NTP處理柴油機(jī)PM排放研究

陳祎 程靜峰 季亮

摘要：顆粒物是柴油機(jī)的主要污染物之一，柴油機(jī)顆粒捕集器是目前降低顆粒物排放最為有效的手段之一，是應(yīng)對(duì)愈發(fā)嚴(yán)格的排放法規(guī)的必然選擇。目前，柴油機(jī)顆粒捕集器技術(shù)基本趨于成熟，但其再生成為了新的研究重點(diǎn)。本文介紹了一種全新的柴油機(jī)顆粒捕集器再生技術(shù)，即低溫等離子體再生技術(shù)。國(guó)際研究表明低溫等離子體技術(shù)在柴油機(jī)顆粒捕集器的再生領(lǐng)域有著極大的前景。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī)；PM；NTP

引言

近年來(lái)，隨著《第六階段輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法》的實(shí)施，車(chē)用柴油機(jī)的排放已成為問(wèn)題。柴油機(jī)的顆粒物（Particulate matter， PM）和氮氧化物（NOX）排放較多，尤其是PM的排放，不僅易造成霧霾和能見(jiàn)度下降等環(huán)境問(wèn)題，也嚴(yán)重危害人類健康，易引發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病[1-2]。因此，降低柴油機(jī)的PM排放，尤為迫切。

相較于國(guó)V，國(guó)VI階段對(duì)顆粒物排放限值加嚴(yán)了百分之三十左右。由于排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，僅通過(guò)提高燃油質(zhì)量和優(yōu)化燃燒過(guò)程的方法已不能滿足排放法規(guī)的要求，必須加裝先進(jìn)的后處理裝置[3]。低溫等離子體技術(shù)憑借轉(zhuǎn)化效率高、裝置簡(jiǎn)單、無(wú)二次污染等特點(diǎn)，成為目前柴油機(jī)排氣后處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[4-5]。

1 NTP處理PM的研究現(xiàn)狀

1.1顆粒物的主要成分

柴油機(jī)PM的成分，主要由干碳煙、可溶性有機(jī)成分（Soluble organic fraction，SOF）、硫酸鹽和金屬物質(zhì)組成[6]。干碳煙是在高溫缺氧的情況下，燃油經(jīng)熱裂解形成小分子不飽和烴，小分子不飽和烴通過(guò)環(huán)化反應(yīng)生成多環(huán)芳香烴形成的。

1.2低溫等離子體技術(shù)

低溫等離子體（Non-Thermal Plasma，NTP）是繼固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)之后的物質(zhì)第四態(tài)。NTP中的活性物質(zhì)與PM發(fā)生一系列復(fù)雜物理化學(xué)反應(yīng)，從而分解去除PM。NTP技術(shù)有處理效率高、裝置簡(jiǎn)單、能耗低、抗顆粒干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，處理柴油機(jī)的排氣有明顯的優(yōu)勢(shì)。

1.3 低溫等離子體技術(shù)處理柴油機(jī)顆粒物排放的研究現(xiàn)狀

大量試驗(yàn)證明NTP可降低柴油機(jī)排氣中的PM，Babaie等人利用DBD放電產(chǎn)生臭氧處理柴油機(jī)排氣中的PM，他通過(guò)研究PM、臭氧和二氧化碳的相互關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在去除PM的過(guò)程中，臭氧發(fā)揮了主要的作用，而且當(dāng)放電功率較高時(shí)，臭氧濃度可達(dá)幾百ppm，PM的去除效率可達(dá)到50%以上[7]。M. Okubo 等人還提出了利用低溫等離子體結(jié)合顆粒捕集器DPF去除PM的新思路，柴油機(jī)顆粒捕集器（Diesel Particulate Filter， DPF）是目前降低柴油機(jī)PM排放最有效的技術(shù)之一，捕集效率可達(dá)90%以上[8]。但隨著PM在DPF中的沉積，DPF會(huì)發(fā)生堵塞，造成排氣背壓升高，油耗增加，進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行。目前再生DPF的方法主要有電加熱再生、噴油再生、催化再生和連續(xù)再生，但都存在一定問(wèn)題。因此，尋求一種新型高效再生DPF的方法是很有必要的。M. Okubo 等利用壓縮空氣作為氣源通入到針-板式NTP反應(yīng)器中產(chǎn)生活性物質(zhì)，然后將其噴入DPF系統(tǒng)，通過(guò)監(jiān)測(cè)DPF兩端的壓差和氣體成分的變化來(lái)判斷DPF的再生情況。研究結(jié)果表明，利用等離子體噴射系統(tǒng)在200℃就可以實(shí)現(xiàn)DPF再生；當(dāng)溫度控制在280℃時(shí)，連續(xù)工作2.5小時(shí)，PM去除率可達(dá)61%。

2結(jié)論

相較于其它凈化技術(shù)，低溫等離子體技術(shù)在降低柴油機(jī)排放的顆粒污染物方面有著巨大的優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)使用NTP凈化柴油機(jī)排氣已取得了一定的成果。相較于其它方法，NTP對(duì)氧化排氣中的PM有著明顯的效果。但目前大多數(shù)有關(guān)NTP處理柴油機(jī)排氣污染物的研究仍停留在理論和試驗(yàn)階段，離實(shí)際車(chē)載應(yīng)用還存在很長(zhǎng)的一段路要走。繼續(xù)提高NTP的凈化效率，提高NTP發(fā)生器與柴油機(jī)的匹配性，結(jié)合新型催化劑探究NTP與催化劑的協(xié)同催化氧化PM，依舊是低溫等離子體凈化柴油機(jī)排氣的發(fā)展趨勢(shì)。

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