1、 硕士学位论文 催化型连续再生颗粒 捕集器对生物柴油公交车排放的影响研究 姓 名： 学 号： 所在院系：汽车学院 学科门类：工学 学科与业：动力机械及工程 指导教师： 二 XX年 X 月 Effects of Catalyzed Continuously Regeneration Trap on Emission Characteristics of Diesel Bus Fueled with Biodiesel Candidate: Student Number: School/Department: Discipline: Major: Supervisor: 催 化 型 连 续 再 生
2、 颗 粒 捕 集 器 对 生 物 柴 油 公 交 车 排 放 的 影 响 研 究 同 济 大 学 同济大学 硕士学位论文 摘要 摘要 柴油机在燃油经济性、动力性和可靠性等方面的优势使其越来越多地被运用在城市公交车上，然而柴油公交车主要行驶在城市人口密集区域，其尾气排放严重影响了人们的健康与安全，因而柴油机尾气污染物排放限制了柴油公交车的推广与使用，寻找清洁的替代燃料和可靠的后处理技术迫在眉睫。一方面，以餐厨废弃油脂为来源的生物柴油燃料既可以避免废弃油脂重回餐桌，又可以直接在柴油机上使用且具有降低颗粒排放的优势，成为了清洁替代燃料领域的研究重点。另一方面，催化型连续再生颗粒捕集器可实现连续可靠的
3、再生而被公认为最有前景的后处理技术，是后处理技 术领域的研究热点。 本文选取一辆上海市在用的国 III 柴油公交车为试验样车，开展了基于重型底盘测功机测试技术的整车排放试验，对比分析公交车原车燃用纯柴油 B0（原车+B0）、原车燃用生物柴油 B10（原车 +B10）和安装 DOC+CDPF 后燃用生物柴 油 B10（ DOC+CDPF+B10）时运行在中国典型城市公交车循环（ CCBC）下时其尾气污染物的排放特性，重点研究了 DOC+CDPF 对燃用生物柴油 B10 的公交车尾气气态物（ CO、 THC、 NO、 NO2、 NOX）排放、颗粒数量与质量排放和颗粒组分（碳质组分、离子组分、有机组
4、分）排放的影响，此外还从单颗粒层面上研 究了公交车尾气颗粒的质谱图与粒径。得到的主要结论如下： （ 1）研究了 DOC+CDPF 对生物柴油公交车气态物排放的影响。试验结果表明：与燃用纯柴油 B0 相比，燃用生物柴油 B10 时公交车尾气中 CO 和 NO2 排放 上升明显， CCBC 循环下 CO 和 NO2 排放分别上升 12.5%和 18.9%， THC 排放下 降 3.6%，公交车尾气中 NOX 排放特性主要取决于 NO 的排放水平， CCBC 循环下 NO 和 NOX 排放有小幅上升。燃用生物柴油 B10 公交车安装 DOC+CDPF 后，其尾气气态物 CO 和 THC 分别降低 1
5、8.0%和 33.9%， DOC+CDPF 对 NO2 减排效 果显著，降幅高达 58.1%，但安装 DOC+CDPF 后引起排气背压与排气温度升高，造成 NO 排放上升 2.7%，使得 CCBC 循环下 NOX 排放也增加 1.3%。 （ 2）研究了 DOC+CDPF 对生物柴油公交车尾气颗粒数量、质量排放的影响。试验结果表明：与燃用纯柴油 B0 相比，公 交车燃用生物柴油 B10 时其 CCBC 循环下核态颗粒数量与质量排放分别降低 35.5%和 40.2%；聚集态颗粒数量排放增加 44.1%，聚集态颗粒质量排放水平为燃用纯柴油 B0 时的 4.9 倍；总颗粒数量排放降低 22.8%，总颗
6、粒质量排放水平为燃用纯柴油 B0 时的 4.8 倍。公交车燃用生物柴油 B10 时， CCBC 循环下 DOC+CDPF 对核态颗粒数量和质量排放的捕集效率分别为 99.5%和 98.9%；对聚集态颗粒数量和质量排放的捕集效率分别 I 同济大学 硕士学位论文 摘要 为 99.4%和 98.7%；对总颗粒数量和质量排放的捕集效率分别为 99.5%和 99.7%。（ 3）研究了 DOC+CDPF 对生物柴油公交车尾气颗粒组分排放的影响。试验 结果表明：公交车原车燃用纯柴油 B0、原车燃用生物柴油 B10 和安装 DOC+CDPF 后燃用生物柴油 B10 运行在 CCBC 循环下时，其尾气颗粒碳质组
7、分 EC 与 OC 的浓度均依次降低。公交车燃用生物柴油 B10 时，相比于燃用纯柴油 B0，其尾气颗粒离子组分 Cl-、 NO3-、 SO42-、 C2O42-、 Na+和 Ca2+排放浓度降低， NH4+排放浓度有所上升。安装 DOC+CDPF 后，燃用生物柴油 B10 公交车尾气中 Cl-与 SO42-排放减小，但 NO3-、 C2O42-、 Na+、 NH4+和 Ca2+的排放浓度变大。 DOC+CDPF 对燃用生物柴油 B10 公交车尾气中颗粒有机组分烷烃、脂肪酸和 PAHs 的捕集率分别为 67.2%、 56.8%和 89.9%。公交车原车燃用纯柴油 B0、原车燃用生物柴油 B10
8、 和安装 DOC+CDPF 后燃用生物柴油 B10 运行在 CCBC 循环下时， EPA 规定的 PAHs 分别占到 PAHs 总排放的 90.7%、 90.0%和 89.4%，此外尾气颗粒 PAHs 的毒性当量依次降低，分别为 0.0225、 0.0215 和 0.0034 ng/cm2。 （ 4）基于 SPAMS 分析研究了各方案公交车尾气颗粒的质谱图与粒径。试验结果表明：公交车原车燃用纯柴油 B0、原车燃用生物柴油 B10 和安装 DOC+CDPF 后燃用生物柴油 B10 运行在 CCBC 循环下时，其尾气颗粒的 单颗粒平均粒径分别为 0.85、 0.99 和 0.88 m。公交车燃用纯
9、柴油 B0 时，其尾气颗粒主要由 NaKCa_Nitrate、 EC、 PAHs_OC_S-N、 EC_S-N、 OC_Nitrate、 K_S-N 和 PAHs_Nitrate 组成。燃用生物柴油 B10 时主要由 EC_S-N、 Ca_EC_P-N、 OC_P-N、 EC、 NaK_Nitrate、Fe_Nitrate、 PAHs_OC_S-N 和 OC_S-N 组成。 DOC+CDPF 能有效 氧化颗粒表面的有机成分，对颗粒的捕集效果突出。与安装前相比，燃用生物柴 油 B10 公交车安装 DOC+CDPF 后尾气中没有发现新类别的颗粒，主要由 EC_S-N、OC_P-N、 NaK_Nit
10、rate、 Ca_EC_P-N、 Fe_Nitrate 和 PAHs_OC_S-N 组成。 关键词 ：柴油公交车，生物柴油，催化型连续再生颗粒捕集器，排放特性 II Tongji University Master of Engineering Abstract ABSTRACT With its superior characteristics of fuel consumption, power performance and high reliability, diesel engines are increasingly used in city diesel buses. Howev
11、er, diesel buses mainly work in the densely populated districts of city, and the exhaust pollutants threaten peoples health and safety. As a result, exhaust emission has become the biggest obstruction when promoting the application of diesel engines, and it is of great importance to find clean alter
12、native fuel and reliable after treatment technology. On the one hand, the biodiesel made from waste oil can avoid food waste oil returning to the table and be used in diesel bus without any changes, which makes it become a research emphasis in the field of alternative fuel research. On the other han
13、d, DOC+CDPF is known as one kind of after treatment with the optimal prospects and has gained extensive attention in after treatment technology field. An in-use Shanghai China Three diesel bus was selected as test bus to conduct vehicle emissions study by the heavy-duty chassis dynamometer. The emis
14、sion characteristics of the test bus when it burned diesel B0, biodiesel B10 and biodiesel B10 with a DOC+CDPF were investigated when the bus worked under the CCBC condition. Effects of DOC+CDPF on the gaseous and particulate pollutants of diesel bus fueled with biodiesel B10 were the key research p
15、arts, meanwhile the particle mass spectrum and size were studied by SPAMS. The main conclusions are as follows: (1) Effects of DOC+CDPF on gaseous pollutants emission of diesel bus fueled with biodiesel B10 were investigated. Compared with burning diesel B0, CO and NO 2 obviously increased 12.5% and
16、 18.9% when the diesel bus was fueled with biodiesel B10 under the CCBC condition, and THC has been decreased by 3.6%. The NO emission level decided the NOX emission characteristic of the diesel bus, and biodiesel B10 caused a light increase of both NO and NOX. When the biodiesel bus was equipped wi
17、th a DOC+CDPF, DOC+CDPF could decrease the CO and THC emission by 18.0% and 33.9%, and DOC+CDPF had a superior performance by decreasing the NO2 emission by 58.1%. Meanwhile, the exhaust pressure and temperature increased when DOC+CDPF was adopted, which caused the NO and NOX increased 2.7% and 1.3%. (2) Effects of DOC+CDPF on particulate number and quality emission of diesel bus fueled with biodiesel B10 were investigated. Compared with burning diesel B0, when the diesel bus was fueled with diesel B0 under the CCBC condition, the nucleate III
