废气再循环对二甲基醚均质压燃燃烧过程影响的试验研究
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一、电子技术是发动机现代化的灵魂汽油机的燃油电子喷射相比于过去采用的化油器,燃油电子喷射系统可以的燃油计量精确度上有较大幅度的提高。
因此,采用电子控制燃油喷射的汽油机,其经济性和动力性有很大的提高,使对混合气浓度要求的三效催化转化器降低排放成为可能。
电子控制燃油喷射从单点式发展到多点式。
这使汽油机不仅在动力性上仍旧能保持其密度的特点,而且其燃油性几乎可以和柴油机相媲美.有人甚至称汽油直接喷射是汽油机的一次革命.汽油直接喷射技术已经在日本三菱、丰田和日产的一些发动机上应用。
欧洲的一些汽车公司如德国大众、法国雷诺等也在发展之中。
汽油机点火和管理系统汽油机是电火花点燃混合气的点燃式发动机。
火花的发生过去是依靠点火系统内的机械式白金断电器来完成的。
断电器在高速运转下很容易磨损并烧蚀,从而使发动机出现失火,造成动力性下降和有害排放物激增的后果。
采用电磁式或霍尔式无触点的断电器便彻底解决汽油机运转过程中动力下降的排放增加的难题,也大大地减少了发动机的维修和保养工作。
现代的高性能汽油机已经毫无例外地采用了电子控制的无触点点火系统。
汽油机的可变气门定时和升程系统发动机的气门是控制进气与换气过程的基本机构,主要的控制参数是气门定时和升程。
对应于一定的运行工况,要求的定时和升程各不相同.但一般发动机一经制造出后,气门机构的定时和升程便不能改变,这势必造成部分工况不能在最优的状态下,动力性、经济性和排放品质达到最优.以日本本田思域车用发动机为例,1.5升排量、非增压的直列4缸汽油机,采用VTEC 系统后,功率由70kW提高至100kW.目前正在发展的完全电子控制的气门机构,可以取消汽油机的节气门,进气量大小完全由气门定时和升程决定。
这样可以使汽油机燃料经济性再提高一步。
柴油机的高压共轨喷射和可预喷的泵喷嘴技术柴油机的高压喷射是实现高动力性、经济性和低排放的关键。
但柴油机的工作噪声比较大一直是限制其发展的主要障碍。
燃油预喷是解决柴油机燃烧噪声的关键电子控制的高压共轨喷射和预喷的泵喷嘴技术已经可以成功解决这一难题。
化学在解决能源危机中起着重要的作用能源消费总量预测:在过去20年间,我国一次能源消费总量逐年增加,人均年能源消费量从80年代初期的约100千克/人增长到1996年的145千克/人。
预测到2020年将达到172.2千克/人,2050年增加到212.6千克/人。
尽管人均年能源消费量在未来50年都保持增长趋势,但我国能源年均消费增长率却一直处于下降趋势,80年代初期的年均能源消费增长率为7%—8%,90年代下降到5%—6%。
预测至2020年降为3%。
2050年降为1.05%左右,达到发达国家现今的能源消费增长水平。
与此同时,我国单位国内生产总值的能源消耗量也逐渐降低,1980年单位国内生产总值的能源消耗量约为40吨油当量/万美元,到1998年下降到14.6吨油当量/万美元。
预测到2050年我国单位国内生产总值的能源消耗量将降至3吨油当量/万美元左右,达到目前中等发达国家的水平。
此外,随着能源利用效率的提高,能源消费弹性系数也呈下降趋势。
据此预测,2020年为22.59亿吨标准煤,2030年为27.79亿吨标准煤,2040年为32.23亿吨标准煤,2050年为35.61亿吨标准煤。
在新经济论者看来,新经济-知识经济的出现业已改变了当代经济活动的性质。
在工业经济时代,能源和其它原材料是生产活动的基础,能源、原材料的价格对产品成本影响很大,直接决定投入-产出比,对经济效益具有很大的决定作用。
而在新经济-知识经济时代,在传统经济中扮演重要角色的能源、原材料的地位大大下降了,对经济活动的整体效率已经起不了决定性作用。
这种状况在新经济滥觞的西方发达国家显得尤为突出。
今后半个世纪将是我国完成工业化过程的重要时期。
工业发达国家在这个过程中都经历了从全球获取所需资源以保证其高度消费的过程。
如今,随着发展中国家的崛起,全球资源日趋紧张,完全照搬发达国家所走过的资本、资源高度消耗的模式已不可能也不应该。
因此,我们必须充分发挥先进文化和先进技术的作用,寻求工业化进程中新的社会发展模式,以保证在减少资源消耗的条件下,保持经济的高速发展。
2004年中国内燃机学会燃烧联合学术会议论文编号:0404105-005变气门正时对柴油燃料HCCI燃烧的影响石磊邓康耀崔毅刘宇何方正上海交通大学内燃机研究所,200030摘要:自行开发了可变进排气正时控审l系统,采用在气门负重叠期内进行燃油喷射,利用缸内高温废气余热促进燃油蒸发,制备均质混合气实现7柴油燃料的Hccl燃烧.研究了不同气门重叠期下,孵cl燃烧的燃烧特性,工作稳定性和排放特性,分析了气门负重叠期对柴油燃料HCCI燃烧的影响规律。
关键词:HCCI可变气门正时燃烧控制1前言由于均质充量压缩燃烧HCCI(HomogeneousChargeCompressionIgnition)采用多点着火及分布式低温燃烧技术,因而在内燃机节能和降低排放方面具有巨大潜力,20世纪90年代后赣引起了全世界内燃机界的高度关注,认为是满足未来严格排放法规的重要技术手段,是内燃机燃烧技术的重大进步…。
均匀混合气制备和燃烧相位控制是目前HCCI燃烧研究的主要问题。
柴油燃料HccI燃烧的研究在这两个问题尤为突出。
首先,因为柴油粘度大,挥发性差,不易形成均质混合气“’;其次,柴油作为高十六烷值燃料容易发生低温自燃反应,当燃烧室内温度超过800K就将产生快速自燃着火,使着火过分提前,发动机工作粗暴。
采用VVT技术可以改变缸内残余废气量,并起到了改变有效压缩比的效果。
残余废气量可以改变缸内混合气的时间一温度进程并起到稀释混合气的作用,这种效果同EGR类似,因此VVT又被成为内部E6R。
由予vⅥ技术响应快,能及时根据工况改变燃烧,将其应用在HCCI燃烧的控制中,具有很好的前景。
国外很多研究机构采用wT技术对HCCI燃烧进行了研究。
斯坦福大学采用电液式全可变VVT系统实现了稳定的HCCI燃烧。
并且可根据不同运转工况进行调整或进行不同燃烧模式的切换时无节流损失”1。
剑桥大学的George等人在一台四冲程进气道喷射车用发动机上利用进气门晚开、排气门早关技术“1、Lotus公司利用FVVT技术和排气门早关技术“‘”也成功地实现了CAI燃烧,AVL研发的CSI发动机也采用可变图1试验台架布置总图FigISetupschematicoft∞tbench・国家重点基础研究发展规划项目(批准号:2001CB209205)资助36正时系统实现了HCCI燃烧的有效控制”1。
废气再循环系统EGR的探讨桂林;孙亮【摘要】With the continuous improvement of economic level and living standards, an explosion of car makes easier to people in the life, but also causes serious air pollution. Exhaust gas recirculation technology (EGR)is the more effective emission control means. By a typical structure introduction, this paper gives an indepth analysis about how exhaust gas recirculation system works and the control strategies.%随着经济水平、生活水平的不断提高,汽车保有量激增,在给人们生活带来便利的同时,也造成了十分严重的大气污染。
废气再循环技术(EGR),是目前比较有效地尾气控制手段。
通过典型结构的介绍,深入分析废气再循环系统的工作原理、控制策略等。
【期刊名称】《河北能源职业技术学院学报》【年(卷),期】2012(012)001【总页数】4页(P55-58)【关键词】再循环;氮氧化物;排放【作者】桂林;孙亮【作者单位】河南工业职业技术学院,河南南阳473000;河南工业职业技术学院,河南南阳473000【正文语种】中文【中图分类】X734.2为了减少环境污染、满足日益严格的排放法规,废气再循环系统被广泛采用。
废气再循环系统,简称EGR(Exhaust Gas Recirculation),它的任务就是使废气的再循环量在每一个工作点都达到最佳状况,从而使燃烧过程始终处于最理想的情况,最终保证排放物中的污染成份最低。
均质充量压缩燃烧研究现状与存在的问题-廖水容在能源危机和环境保护的双重压力下, 人们对高效能、低污染动力源的需求与日俱增, 对柴车油机性能的要求越来越高。
但目前车用传统发动机从燃烧过程上无法同时降低 NOX 和碳烟的排放, 降低 NOX 排放导致温度降低, 不利于碳烟的氧化反应, 使碳烟排放量增加, 即不能同时解决碳烟和 NOX 生成的 trade-off 关系。
在这种情况下, 许多研究人员开始尝试一种预混合燃烧和低温燃烧相结合的新型燃烧方式: 依靠预混合燃烧形成的均匀混合气和低温燃烧较低的缸内温度来同时降低碳烟和 NOX 排放。
这种燃烧方式被称作均质压燃式燃烧方式, 即 HCCI( Homoge- neous Charge Compression Ignition) 。
1.HCCI 简介HCCI 的中文意思是“均质充量压缩点燃”。
从理论上讲, HCCI 燃烧过程中, 均匀的空气与燃料混合气及残余废气被压缩点燃, 燃烧在多点同步发生且无明显的火焰前锋, 燃烧温度比较均匀, NOX 和碳烟 PM 的形成能够被有效抑制。
2.种燃烧方式发动机的比较均质混合气压燃燃烧方式的出现, 有效地解决了传统均质稀薄点燃燃烧速度慢的缺点, 是有别于传统的汽油机均质点燃预混燃烧、柴油机非均质压燃扩散燃烧和 GDI 发动机分层稀薄燃烧方式的第四种燃烧方式。
3.HCCI 的优缺点HCCI 燃烧方式综合了传统的压燃式发动机和传统的火花点火式发动机的优点。
HCCI 燃烧方式的优点如下 1) 热效率高。
( 2) HCCI 燃烧与传统的柴油机相比, 可以减少90%~98%的 NOX 排放。
( 3) 据研究表明, HCCI燃烧会产生低水平的烟雾和微粒排放。
然而, HCCI 燃烧方式也具有如下缺点 1) 运行范围有限。
发动机采用HCCI 方式运行受到失火( 混合气过稀) 和敲缸( 混合气过浓) 的限制[ 2] 。
( 2) HC 和 CO 排放较高。
122研究与探索Research and Exploration ·工艺流程与应用中国设备工程 2024.03 (下)随着全球产业的迅速增长,化学工业公司等企业大量排放废气,导致自然环境破坏日益加剧。
在化工生产过程中,产生的废气中,大多数挥发性有机化合物是细颗粒物的重要原料之一。
为了保护自然环境和人类健康,这些废气必须经过处理后才能排放。
近年来,随着环境压力的不断加大,人们认识到清洁的环境是任何国家最宝贵的财富。
因此,我们应该宁愿关闭那些污染严重但产量不大的化工厂,也不能破坏环境。
化工产业是国家经济发展必不可少的重要组成部分之一。
然而,在相关化工企业的生产中,大量排放含有挥发性有机化合物的废弃气体,既有害于人体健康,又会对环境造成负面影响。
因此,化工行业必须对产生的废气进行净化处理,以达到排放要求,这是实现可持续性发展的必然要求。
目前,VOCs 处理主要采用吸附技术、生物技术处理法和热氧化技术等方法。
现阶段,探讨高温氧化技术在化学工厂废气处理中的优点,最近,高温氧化技术已成为化工厂废气治理的重要代表之一,因为其高效节能等优点得到了快速发展。
然而,有机废气成分错综复杂,浓度变化大,可能对高温氧化设备的稳定运行带来重大风险,可能导致安全事故发生。
因此,保证热氧化设备的平稳运行和安全方面是化学厂最重要的问题。
本篇文章分析了催化燃烧设备在化学工厂废气处理中的应用情况,并提出一些提议以便强化其运行稳定性。
1 化工废气处理技术简介近年来,随着化学工业的高速发展,废气成分日益复杂,种类也更加多元化。
随着时间的推移,挥发的有机化合物的排放量逐年增加,几乎要超过氮氧化合物的排放量。
成为化学企业治理的重点。
一般来说,化工企业通常会将易挥发的有机物质变成环保材料后再排放,以保护自然环境。
这是因为易挥发的有机物质数量较大,不易回收,实现再利用需要巨大投资,不经济。
现阶段,废气治理通常采用吸附法、生物处理技术、光催化处理和RTO 技术等,其中吸附机理利用活性炭或吸附剂作为一种吸附剂,对废气排放物进行吸附和过滤,包含吸附、解吸、凝结和再利用4个关键步骤。
M etallurgical smelting冶金冶炼回转窑焚烧与侧吹炉熔炼协同处理工艺研究张玉涛摘要:在城市工业化进程不断发展和人民生活水平不断提高的同时,工业建设所产出的城市垃圾及危险废物也在迅速增加。
危险废物具有毒性、腐蚀性、感染性强及易燃性等特点,对周围土壤和地下水等环境安全带来了严重的隐患,不符合当下可持续发展的理念。
因此,加强对危险废物的无害化处理工艺研究显得尤为重要。
危险废物焚烧处理工艺凭借自身减容、资源化、无害化等优点,在国内外被广泛应用,并且成为处理危险废物的有效措施。
本文介绍了危险废物回转窑焚烧技术,分析了焚烧危废二次污染的成因。
提出了采用回转窑焚烧与侧吹炉熔炼协同处理工艺,处理二次污染的环保理念及具体治理措施,以此来提升回转窑焚烧的稳定性、环保性及经济性,并实现经济环保的发展目标,进而推动企业的健康发展。
关键词:回转窑焚烧;侧吹炉熔炼;危险废物处理;二次污染;玻璃化回转窑焚烧工艺作为目前处理危险废物常用的一种工程工艺,具有环保性、减量化和热回收的特征。
根据数据统计,国内已建成的采用回转窑焚烧工艺的企业多达数十家。
该工艺主要用于处理一些有机类危险废物,如石油、化工、制药和医疗废物。
机械化程度非常高,维护性能强,操作起来也稳定可靠,建设投资的性价比高。
然而,它唯一需要注意的缺点是焚烧过程会产生焚烧渣、烟尘和烟气。
其中前两者属于危险废物,仍具有一定的毒性。
因此,必须采取有效方式进行二次处理,使产生的烟气达到净化后才可排放,以确保不再对环境造成任何隐患。
为了优化和完善回转窑焚烧处理危险废物的工艺,有效治理二次污染物是采用此工艺的企业所面临和需要解决的问题。
1 危险废物回转窑焚烧技术国内外的危险废物焚烧均采用回转窑焚烧,这种技术应用范围广,可处理固态、膏状、粉状、液态、气态等类型的危险废物。
此外,它还可以协同处理多种类型的危险废物,进料方式多样,适合处理复杂危险废物。
不同国家的企业对这种技术有各自的工艺控制要求,具体内容见表1。
第22卷(2004)第2期 内 燃 机 学 报Transactions of CSICEVol.22(2004)No.2文章编号:1000 0909(2004)02 0104 0622 017废气再循环对二甲基醚均质压燃燃烧过程影响的试验研究尧命发1,郑尊清1,沈捷2,陈征2,张波2(1.天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津300072;2.广西大学机械工程学院,广西南宁530004)摘要:在一台单缸发动机上进行了废气再循环(EGR)对二甲基醚(DM E)均质压燃(HCCI)燃烧过程影响的试验研究。
结果表明,EGR比例小于20%对运行最大负荷工况范围影响不大;采用高比例EGR可以拓宽DM E均质压燃运行工况范围,随着EGR率增大,HCCI运行的最大负荷工况增大,着火燃烧时刻推迟,燃烧放热率降低,缸内最大爆发压力降低,发动机热效率增大;EGR率小于75%,HC排放略有降低或相当,EG R率为75%时,HC排放显著增加;EGR率大于25%,随着EGR率增加,CO排放增大,小负荷工况尤其明显,在中高负荷工况,EG R率对CO排放影响较小。
关键词:二甲基醚;均质压燃;废气再循环;燃烧过程中图分类号:T K464 文献标识码:AExperimental Stu dy on the Effects of Exhaust Gas Recirculation(EGR)onthe HCCI Combustion of Dimethyl Ether(DME)YAO Ming fa1,ZHENG Zun qing1,SHEN Jie2,CHEN Zheng2,ZHANG Bo2(1.State K ey Labor ator y of Engine Combustion of T ianjin U niversity,T ianjin300072,China;2.M echanical Engineering School,Guangx i U niv ersity,Nanning530004,China)Abstract:T he effects of ex haust gas recirculation(EGR)ratios on homogeneous charge compressio n ignition(HCCI)combustion of Dimet hyl Ether(DM E)w er e exper imentally investigated.T he ex periments w ere carriedout in a single cylinder,4 stroke engine with a port fuel injection.Results showed that t here had little influenceon t he operating rang e of HCCI w hen t he EGR ratio was less than20%.Increasing of EG R r at io w ould increasethe ignition delay,decreasing the peak v alue of heat release ratio,increasing the combust ion duration and the indicated t hermal efficiency.M oreover,the eng ine oper ating rang e could be extended to the large load area.ForEG R r at io less than75%,HC emi ssion decreased slightly w ith the increase of EGR r atio,w hereas it incr easedlargely in the case o f75%EGR ratio.F or EGR ratio over than25%,CO emission increased w ith the incr ease ofEG R ratio,and this behavior was obv ious under the small load.How ev er,under t he intermediate load,EGR rat io gave small effect on CO emissions.Keywords:Dimet hyl ether(DM E);Homog eneous charg e compressio n ig nitio n(HCCI);Ex haust gas recir culation(EGR);Co mbustion引言均质充量压燃(Homogeneous Charge Compression Ignition,HCCI)发动机的着火燃烧主要受燃料与收稿日期:2003 08 05;修订日期:2003 12 20。
基金项目:国家自然科学基金资助项目(50106007);国家重点基础研究发展规划项目(2001CB209201)。
作者简介:尧命发(1968-),男,博士,副教授,Email:mfrao@。
空气反应的化学反应动力学所控制,其着火时刻主要由混合气的成分、温度和压力的变化历程所决定,只能通过间接方式控制着火及燃烧反应速度。
着火时刻和燃烧反应速度的控制是H CCI 面临的重大问题之一。
另一方面,HCCI 燃烧几乎是同步进行的,发动机在大负荷工况,过快的燃烧反应速度会引起爆震燃烧,H CCI 存在向大负荷扩展的问题。
而对于高辛烷值燃料,低负荷工况下因燃烧反应速度过慢引起火焰温度过低,使燃烧不充分,能耗率严重恶化,有害排放物增加,甚至会导致发动机 失火 ,HCCI 存在向低负荷扩展的问题。
因而拓宽运行工况范围是HCCI 发动机需要解决的另一个重要课题。
采用双燃料方式是解决上述技术难题重要技术措施之一,即发动机燃用高十六烷值燃料和高辛烷值燃料,通过控制两种燃料的比例来控制着火时刻和燃烧反应速度,拓宽H CCI 是是气体,液体粘度低,因而在传统压燃式发动机上燃用DME 面临供油系统的诸多难题。
国内外许多研究者提出了燃用DME 新的燃烧方式,如DM E/天然气(CNG)双燃料[1,2]、DM E/甲醇双燃料[3]、DME/甲醇合成气(MRG,67%H 2+33%CO))[4]以及预混合燃烧系统。
这是由于一方面DM E 十六烷值高,在冷起动和低负荷工况可以实现HCCI,解决高辛烷值燃料冷起动困难和低负荷 失火 技术难题;另一方面,甲醇在较低的温度条件下选用不同的催化剂可以得到甲醇合成气(M RG)或DM E,实际上发动机使用的是单一甲醇燃料。
值得注意的是,甲醇经过催化重整后可以显著降低其醛类排放[5],所以研究DME 均质压燃燃烧过程也为甲醇燃料的高效清洁利用寻找新的技术途径。
EGR 是控制HCCI 着火时刻和燃烧反应速度,拓宽其运行工况范围的重要技术措施[6]。
本研究的目的一方面是探讨通过EGR 控制DM E 燃料HCCI 燃烧过程的途径及对燃烧、性能、排放和工况范围影响的基本规律,揭示EGR 对DM E 燃料HCCI 燃烧过程的作用机理;另一方面,作者进行DM E/CNG 双燃料H CCI 发动机性能研究结果表明,在低负荷工况,采用单一的DME 燃料结合高EGR 率可以提高发动机的热效率,因而本研究可以为双燃料方式H CCI 优化控制策略提供依据。
本文介绍这一工作的主要结果。
图1 试验装置简图Fig 1 Schematic of testsetup1 试验装置和设备本研究在一台单缸卧式水冷直喷柴油机进行,缸径和行程均为115mm,压缩比为17,燃烧室形状为 形,标定功率/转速为14 7kW/(2200r/min)。
燃料喷射通过一套电控气道燃油喷射系统控制实现,电磁阀安装在靠近发动机进气道位置,燃料和空气在压缩行程形成均质混合气。
为了减小进气脉动对测量进气流量的影响,在进气系统中安装了一个容积较大的稳压箱,涡街流量安装在稳压箱的空气进口处。
图1所示是试验装置框图。
气缸压力的采集由Labview 高速采集系统完成。
缸盖上安装有压力传感器,与Labview 采集系统相连。
气体排放的测量采用的是FGA !4015五组分排气分析仪。
NO 的测试原理为电化学法,HC 和CO 采用不分光红外法(NDIR)测量。
2 研究方法试验前发动机燃用柴油将发动机预热,机油温度大于80∀,冷却水温度95∀左右后发动机切换到燃用二甲基醚HCCI 工作模式,进行HCCI 试验时环境温度在28∀~33∀。
首先进行了不同EGR 比例1400r/min 负荷特性试验,通过调节进、排管之间的阀门得到不同的EGR 率。
均质压燃燃烧过程由化学反应动力学控制,温度是最重要的影响参数。
为消除EGR 对进气温度的影响,采用了冷却EGR 的方案。
EGR 管外壁有冷却水通过,以冷却进入进气管的废气,通过调节冷却水流量将进气温度控制在#105#2004年3月 尧命发等:废气再循环对二甲基醚均质压燃燃烧过程影响的试验研究30∀~40∀。
EGR 率(%)通过安装在进、排气管的五气体分析仪测量的CO 2浓度进行计算,计算关系式如下[6,7]:EGR =c(CO 2)inlet c(CO 2)ex haust∃100%(1)有EGR 后,DM E 缸内混合气过量空气系数 DME 定义如下:DM E =!air (Q air +Q %air EGR r O 2/r %O 2)m DMEF DM E (2)式中:!air 为空气密度,kg/m 3;Q air ,Q %air 为同一工况下分别为有EGR 和无EGR 情况下流量计测量的空气流量,m 3/h; EGR ,r %O 2,r O 2分别为EGR 比例、排气中氧的浓度和空气中氧气浓度;m DME 为DM E 燃料流量,kg/h;F DME 为DM E 燃料当量空燃比。
然后进行了1000r/min 、1400r/min 、1600r/min 和2000r/min 四个转速下不同EGR 率发动机所能达到的最大负荷工况试验,研究EGR 率对工况范围的影响。
试验中测量了DM E 消耗率和气体排放,采集了缸内示功图,并用零维热力学分析模型计算燃烧放热规律。
3 试验结果及分析3 1 EGR 对运行工况范围的影响DME 十六烷值高,面临的主要问题是如何向大负荷工况扩展。
在没有EGR 条件下,由于爆震燃烧的限制,DME 只能够在低负荷工况下实现HCCI 燃烧。