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新聞主題 |
柴油發(fā)電機裝配顆粒捕集器后的排放試驗 |
隨著發(fā)電機組排放法規(guī)的日趨嚴格，DPF 后處理是柴油機滿足國三排放法規(guī)的主要技術(shù)方案。基于 DPF 設(shè)計基 礎(chǔ)上，在臺架上對 DPF 壓差和極限情況下的碳載量等特性測試評價；累碳初期，壓差增加較快，隨后緩慢增加； 同時在最高溫度允許情況下確定最大碳載量， 為后期再生標定提供模型輸入。在轉(zhuǎn)轂上進行 WLTC 循環(huán)的排放驗 證試驗，結(jié)果表明 DPF 的捕集效率達到 92% ，顆粒物數(shù)量低于排放限值 30% ，滿足實際應(yīng)用的工程目標。
一、試驗方案
1、試驗裝置
試驗臺架主要包括 一臺QSB3.9系列康明斯柴油發(fā)動機、DPF 后處理系統(tǒng)、 發(fā)動機燃油供給及油耗測量系統(tǒng)、 測功機及控制系統(tǒng)、 排放測試系統(tǒng)等。
2、 DPF 常規(guī)耐久工況
柴油發(fā)電機初、復(fù)始萬有特性煙度偏大，綜合考慮后選擇 1500rpm@ 100Nm 作為累碳點，該點初始煙度為 7. 174 ，DPF 滿載累碳時間約 1h 。再生時 DPF 前溫度保持在 650℃左右， 進行 350 次。
3、 DTI 工況
DTI 試驗降怠速時刻以再生時 DPF 內(nèi)部溫度 650C作為 觸發(fā)條件，進入再生后，柴油發(fā)電機進入怠速工況。
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排煙污染物示意圖 |
二、DPF 特性測試評價
DPF 的壓差特性和極限情況下(DTI)的碳載量是評價 DPF 性能的關(guān)鍵指標， 為了準確的反應(yīng) DPF 性能， 設(shè)計相應(yīng)的試驗方法進行測試評價。
1、不同碳載量的壓差特性
準確測試評價 GPF 捕集的碳煙產(chǎn)生壓差，對后期的標定 具有重要意義，而柴油發(fā)電機氣流通過 GPF 壓差包括過濾壁壓 差、 灰分產(chǎn)生的壓差、 碳煙產(chǎn)生的壓差之和， 即
△Ρ總=△Ρ過渡+△Ρ灰分+△Ρ碳煙=A*μ*Q+B*ρ*Q2................................（1）
△Ρ過濾=A濾*μ*Q＋B*ρ*Q2.................................................................（2）
△Ρ碳煙=A碳煙*μ*Q...............................................................................（3）
△Ρ灰分=A灰分*μ*Q...............................................................................（4）
A=A過濾+A碳煙+A灰分.........................................................................（5）
其中， △P 總為總壓差；△P 過濾為過濾壁的壓差；△P 總灰 分為灰分的壓差；△P 碳煙為碳煙的壓差；Q 為流量；A 碳煙、A 灰分、A 碳煙為計算因子； 在 GPF 初始狀態(tài)的情況下， 灰分累積的量較少，可以忽略對壓差的影響。
在壓力傳感器測試總壓差、 和計算排氣量通過過濾壁的 壓差，即計算碳煙產(chǎn)生的壓差。結(jié)果如下：
如圖2所示，在累碳初期，壓差增加較快，斜率比較大； 主要原因是開始累積的碳進入 DPF 過濾孔道內(nèi)，這時產(chǎn)生的 壓差較大；隨著累碳量的增加，壓差增加變緩，斜率變小， 主要因為碳累積覆蓋在 DPF 過濾壁表面，形成蛋糕層，累碳量增加、壓差增加，基本上形成正相關(guān)的關(guān)系。
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圖2 不同碳載量下的DPF壓差 |
2、循環(huán)下的 DPF 壓差特性
圖 3 所示為試驗初始階段再生循環(huán)過程中DPF 前后壓力 變化曲線，從圖中可以看出， 隨著 DPF 碳載量不斷增加其前 后壓差在不斷變大，當(dāng) DPF 滿載時，其前后壓差達到 7kPa 左右，隨即進入再生工況， 壓差減小，再生完全后 (即空載) DPF 前后壓差保持在 2.5kPa 左右。
圖4 所示為試驗結(jié)束階段最后 10 次再生循環(huán)過程中DPF 前后壓力變化曲線，和圖4 相比， DPF 滿載時前后壓差基本 一致，都保持在 7kPa 左右，但在試驗結(jié)束階段 DPF 空載時 壓差約 3kPa 左右，比初始階段壓差增大 0.3~0.5kPa；說明 經(jīng)過 350h 試驗后，DPF 內(nèi)儲存了一定量的灰分 (從稱重結(jié)果來看，灰分約 7.3g)。
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圖3 DPF初始10次循環(huán)壓差曲線圖 |
圖4 DPF最后10次循環(huán)壓差曲線圖 |
3、極限工況下的碳載量
降怠速極限情況下(DTI)的碳載量，通過試驗測試不 同溫度、碳載量情況下的再生最高溫度，考慮 DPF 的允許載碳量 6~7g ，按照該目標進行相關(guān)的試驗，確定最大累碳量， 作為后期標定的輸入。
圖 5 和圖 6 所示為 DTI 試驗過程中 DPF 中心溫度變化曲 線。6g/L 碳載量 DTI 試驗進入 DTI 時刻為 DPF 中心溫度達 650℃，DPF 前溫度達到 620C (再生溫度) 距 DTI 時刻約 36S ；DPF 中心溫度最高達 955℃，在安全范圍內(nèi)。7g/L 碳 載量 DTI 試驗進入 DTI 時刻為 DPF 中心溫度達 650℃，DPF 前溫度達到 620℃ (再生溫度) 距 DTI 時刻約 36S ；DPF 中心溫度最高達 1067℃，小于碳化硅載體最高耐受溫度 1200℃，在安全范圍內(nèi)。建議最大碳載量標定在 7g/L。
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圖5 6g碳載量極限溫度 |
圖6 7g碳載量極限溫度 |
三、WLTC 排放測試
DPF 的捕集效率是測試評價關(guān)鍵指標， 也是能否達到工程目標的核心性能指標。 因此按照 GB18352.6-2016要求，進行 WLTC 循環(huán)排放測試，試驗三次。試驗機使用滑行法加載，匹配計 算換檔線，試驗再 CVS-4000 型定容采樣系統(tǒng)、 AMA-4000 型氣態(tài)排放物分析系統(tǒng)以及 HORIBA 2000spcsPN 計數(shù)器， 以及 METTLER TOLEDO-XP2U (梅特勒-托利多) PM 稱重設(shè)備的轉(zhuǎn)轂試驗室進行；經(jīng)過系統(tǒng)分析后得到 PN 模態(tài)數(shù)據(jù)和試驗結(jié)果。
從模態(tài)數(shù)據(jù)分析，隨著試驗的進行 DPF 逐漸提升，主要是累積的碳煙占據(jù)過濾壁，提高過濾的效率。在整機原排 PN 為 3.52×1012 的情況下， 加裝 DPF 的 WLTC 測試結(jié)果如圖 9 所示。在第一次試驗中， 對 PN 的轉(zhuǎn) 化效率只達到 82%；第三次試驗時，PN 排放為 2.8×1011 ， 轉(zhuǎn)化效率為 92% ，大于 90%設(shè)定轉(zhuǎn)化效率， 最終排放值低于 4.2×1011 的工程設(shè)計目標。
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DPF捕集效率 |
四、結(jié)論
基于排放法規(guī)對柴油發(fā)電機顆粒物排放的要求，針對某型機的排放開發(fā)目標， 設(shè)計的 DPF 特性進行測試評價， 同時將測試數(shù)據(jù)提供給標定模型輸入。通過對 DPF 測試發(fā)現(xiàn)：在壓差特性方面，累碳初期，壓差增加較快；主要原因是開始的碳進入 DPF 過濾孔道內(nèi)，阻力迅速增加，產(chǎn)生的壓差較大；隨著累碳量的增加，壓差增 加變緩。碳層在壁表面覆蓋，形成蛋糕層，基本上形成正相關(guān)的關(guān)系。測試不同入口溫度、載碳量情況下的最高溫度， 確定最大碳載量。 并通過 WLTC 排放驗證，結(jié)果表明，轉(zhuǎn)化效率和 PN 排放滿足工程應(yīng)用目標。
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