柴油發電機的顆粒捕集器原理及可靠性試驗
發布時間：2023-11-09 點擊：125
性能特點和作用說明
柴油發電機的顆粒捕集器原理及可靠性試驗
柴油發電機排氣的有害成分主要有co、hc、nox、硫化物以及顆粒物、臭味氣體等，由于柴油發電機使用的混合氣平均空燃比比理論空燃比大，故其co及hc排放明顯低于汽油機，但nox、顆粒物及臭味氣體卻較高。目前，尾氣處理技術常用技術有選擇性催化還原（scr），氧化催化（doc），顆粒捕捉器（dpf）等技術。其中，顆粒捕集器是公認的降低pm排放最有效的裝置之一，其捕集效率可達95%以上。康明斯在文章中通過合理設計臺架可靠性試驗循環和過程分析，有效驗證dpf系統可靠性。
一、顆粒捕集器原理及結構
柴油發電機顆粒捕集器的工作主體是濾芯，常用的過濾材料有泡沫陶瓷、壁流式蜂窩陶瓷、金屬絲網、陶瓷纖維等。濾芯決定過濾器的過濾效率、工作可靠性、使用壽命以及再生技術的使用和再生效果。濾芯應滿足較高的性能指標，具有較高的過濾效率，具有大的過濾面積、耐熱沖擊性好、較強的機械性能指標、熱穩定性好及能承受較高的熱負荷、較小的熱膨脹系數，在外形尺寸相同的情況下背壓小， 背壓增長率低，適應再生能力強，質量輕。
如圖2所示為dpf系統的捕集原理圖，柴油發電機排放的含有大量碳煙微粒的污染物通過排氣管道進入dpf，捕集器內部為蜂窩狀結構，其兩端一邊是敞開，一邊是堵塞的通道壁，廢氣從敞開的一端進入，穿越多孔的蜂窩壁，然后從相鄰的通道排出。大部分微粒由于體積過大而無法穿越壁孔，因而被吸附在通道壁上而不會排放到空氣中。
在發電機組空載或輕載運行中 ，排煙溫度只有 150 ℃左右 ，由于發電機剛啟動時柴油發電機氣缸溫度較低 ，這時發電機的排煙情況是最差的。因此 ，我們在催化劑陶瓷載體前增加了加熱裝置 ，將柴油發電機尾氣升溫 80 ℃到 120 ℃，這樣經過催化劑陶瓷載體時的氣溫可以保持在 220 ℃以上 ，加熱器總功率約占發電機輸出功率的 15 %到 20 %。另外 ，柴油發電機排煙管安裝溫度監測裝置 ，用于控制加熱裝置投入工作 ，當柴油發電機組的負荷超過 30 %后 ，其排煙溫度一般可達到 220 ℃以上 ，這時候溫控裝置切斷加熱裝置電源 ，讓其脫離工作。
由于溫度對煙塵凈化器的工作影響很大 ，溫度越高 ，其工作效果越好 ，因此煙塵凈化器的安裝位置要求盡量靠近柴油發電機。由于煙塵凈化器內部有陶瓷和水泥 ，為了防止水泥粉塵進入柴油發電機氣缸 ，煙塵凈化器應該水平安裝。另外 ，為了保證進入煙塵凈化器的氣體溫度 ， 在柴油發電機煙塵凈化器之間的排管要求包保溫材料。
圖1 顆粒捕集器安裝圖
圖2 顆粒捕集器原理圖
二、試驗方案
1、試驗方案
工況1連續運行11次，為確保進入工況2前dpf內部碳煙燒完，第11次再生完成后全速全負荷工況運行40min，再進入工況2，工況1：工況2=11：1。取整后可靠性共運行220次加載再生循環累計385h。
2、傳感器布置
在dpf前后以及dpf載體內部布置溫度傳感器，監控再生過程中溫度變化情況。
dpf中心溫度傳感器布置簡圖
3、加載再生可靠性試驗
按照上述工況進行可靠性試驗和后處理評價。如表4所示，試驗后各穩態工況點thc轉化效率均在80%以上，doc氧化性能再指標范圍內。doc+dpf后端測得的fsn值均小于0.01，且排氣尾管無任何黑煙，后處理過濾效果良好。dpf累碳量試驗過程中均在6.5±0.5g/l范圍內，與標定值基本一致，隨可靠性試驗進行，累碳能力稍微下降，220次循環后累碳量在18.9g，這是因為部分機油參與燃燒，dpf內部累積灰分，導致碳的加載量減少。
常規再生循環共運行200次，可靠性過程中t_dpf_bed溫度在700～860℃內，自動循環中碳載量不同最高溫度有所不同，但均在900℃范圍內，安全域度較大。dti工況共運行20次，dti工況中，t_dpf_bed迅速上升，36s后達到最高溫度955℃，，dti循環過程中t_dpf_bed最高溫度均在860～960℃范圍內，未超過1000℃。
柴油發電機臺架布置圖
三、結論
（1）耐久性試驗中，doc、dpf內部溫度未超過900℃，同時dti工況下dpf內部溫度最高值在1000℃以內，在載體安全溫度范圍內；
（2）耐久性試驗后，doc、dpf外部無開裂、載體無裂紋；
（3）doc的co、hc轉化效率未出現惡化現象，pm捕集效率未出現惡化現象；
（4）dpf累碳能力無惡化，doc對thc氧化能力在80%以上，通過考核。通過此工況有效考核了dpf，保證了產品質量。
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你知道主用柴油發電機和備用柴油發電機有什么區別嗎？
柴油發電機的顆粒捕集器原理及可靠性試驗
柴油發電機排氣的有害成分主要有co、hc、nox、硫化物以及顆粒物、臭味氣體等，由于柴油發電機使用的混合氣平均空燃比比理論空燃比大，故其co及hc排放明顯低于汽油機，但nox、顆粒物及臭味氣體卻較高。目前，尾氣處理技術常用技術有選擇性催化還原（scr），氧化催化（doc），顆粒捕捉器（dpf）等技術。其中，顆粒捕集器是公認的降低pm排放最有效的裝置之一，其捕集效率可達95%以上。康明斯在文章中通過合理設計臺架可靠性試驗循環和過程分析，有效驗證dpf系統可靠性。
一、顆粒捕集器原理及結構
柴油發電機顆粒捕集器的工作主體是濾芯，常用的過濾材料有泡沫陶瓷、壁流式蜂窩陶瓷、金屬絲網、陶瓷纖維等。濾芯決定過濾器的過濾效率、工作可靠性、使用壽命以及再生技術的使用和再生效果。濾芯應滿足較高的性能指標，具有較高的過濾效率，具有大的過濾面積、耐熱沖擊性好、較強的機械性能指標、熱穩定性好及能承受較高的熱負荷、較小的熱膨脹系數，在外形尺寸相同的情況下背壓小， 背壓增長率低，適應再生能力強，質量輕。
如圖2所示為dpf系統的捕集原理圖，柴油發電機排放的含有大量碳煙微粒的污染物通過排氣管道進入dpf，捕集器內部為蜂窩狀結構，其兩端一邊是敞開，一邊是堵塞的通道壁，廢氣從敞開的一端進入，穿越多孔的蜂窩壁，然后從相鄰的通道排出。大部分微粒由于體積過大而無法穿越壁孔，因而被吸附在通道壁上而不會排放到空氣中。
在發電機組空載或輕載運行中 ，排煙溫度只有 150 ℃左右 ，由于發電機剛啟動時柴油發電機氣缸溫度較低 ，這時發電機的排煙情況是最差的。因此 ，我們在催化劑陶瓷載體前增加了加熱裝置 ，將柴油發電機尾氣升溫 80 ℃到 120 ℃，這樣經過催化劑陶瓷載體時的氣溫可以保持在 220 ℃以上 ，加熱器總功率約占發電機輸出功率的 15 %到 20 %。另外 ，柴油發電機排煙管安裝溫度監測裝置 ，用于控制加熱裝置投入工作 ，當柴油發電機組的負荷超過 30 %后 ，其排煙溫度一般可達到 220 ℃以上 ，這時候溫控裝置切斷加熱裝置電源 ，讓其脫離工作。
由于溫度對煙塵凈化器的工作影響很大 ，溫度越高 ，其工作效果越好 ，因此煙塵凈化器的安裝位置要求盡量靠近柴油發電機。由于煙塵凈化器內部有陶瓷和水泥 ，為了防止水泥粉塵進入柴油發電機氣缸 ，煙塵凈化器應該水平安裝。另外 ，為了保證進入煙塵凈化器的氣體溫度 ， 在柴油發電機煙塵凈化器之間的排管要求包保溫材料。
圖1 顆粒捕集器安裝圖
圖2 顆粒捕集器原理圖
二、試驗方案
1、試驗方案
工況1連續運行11次，為確保進入工況2前dpf內部碳煙燒完，第11次再生完成后全速全負荷工況運行40min，再進入工況2，工況1：工況2=11：1。取整后可靠性共運行220次加載再生循環累計385h。
2、傳感器布置
在dpf前后以及dpf載體內部布置溫度傳感器，監控再生過程中溫度變化情況。
dpf中心溫度傳感器布置簡圖
3、加載再生可靠性試驗
按照上述工況進行可靠性試驗和后處理評價。如表4所示，試驗后各穩態工況點thc轉化效率均在80%以上，doc氧化性能再指標范圍內。doc+dpf后端測得的fsn值均小于0.01，且排氣尾管無任何黑煙，后處理過濾效果良好。dpf累碳量試驗過程中均在6.5±0.5g/l范圍內，與標定值基本一致，隨可靠性試驗進行，累碳能力稍微下降，220次循環后累碳量在18.9g，這是因為部分機油參與燃燒，dpf內部累積灰分，導致碳的加載量減少。
常規再生循環共運行200次，可靠性過程中t_dpf_bed溫度在700～860℃內，自動循環中碳載量不同最高溫度有所不同，但均在900℃范圍內，安全域度較大。dti工況共運行20次，dti工況中，t_dpf_bed迅速上升，36s后達到最高溫度955℃，，dti循環過程中t_dpf_bed最高溫度均在860～960℃范圍內，未超過1000℃。
柴油發電機臺架布置圖
三、結論
（1）耐久性試驗中，doc、dpf內部溫度未超過900℃，同時dti工況下dpf內部溫度最高值在1000℃以內，在載體安全溫度范圍內；
（2）耐久性試驗后，doc、dpf外部無開裂、載體無裂紋；
（3）doc的co、hc轉化效率未出現惡化現象，pm捕集效率未出現惡化現象；
（4）dpf累碳能力無惡化，doc對thc氧化能力在80%以上，通過考核。通過此工況有效考核了dpf，保證了產品質量。
如何讓柴油發電機壽命延長至十年？
這5個方法可修復柴油發電機氣缸體與氣缸蓋裂紋，你知道嗎？
玉柴柴油發電機組的幾個保養小技巧
如何正確啟動及運行東風康明斯柴油發電機組？
柴油發電機組連桿與軸瓦結構及區別
購買備用柴油發電機組最要考慮哪些因素？
如何減少柴油發電機組磨損以及改善方法
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