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关于柴油机EGR 中的微粒过滤器应用
柴油发电机公司:
1 前言
随着发动机的排放物对环境的污染日益严重,对于发动机的排放控制,越来越引起人们的关注。排放物的类型和数量因机型、燃油系统和运行条件而异。柴油机的排放物中HC、CO 的浓度比汽油机低得多,NOX 排放与汽油差不多,而微粒排放却比汽油机高约30～70 倍。因此控制柴油机排放污染物的重点是降低柴油机NOX 排放及微粒排放。本文就利用EGR 降低NOX 时引起微粒排放增加的问题提出相关的解决措施。
2 EGR 对柴油机性能的影响
排气再循环就是将废气中的一部分引入燃烧室中,参与燃烧过程。由于排气的主要成分是惰性气体(CO2 ,H2O ,N2 等) ,它们具有较高的比热,当新混合气与排气混合,热容量即随之增大,降低最高的燃烧温度;同时EGR 对新混合气的稀释,也相应的降低了氧的浓度,从而使NOX 在燃烧过程中生成量受到抑制。
2. 1 EGR 对排放的影响
众所周知, EGR (排气再循环) 已经在降低NOX 上取得了很大的成功,它在降低NOX 排放的同时往往会使其他排放物增加,尤其是微粒的排放。EGR 的稀释作用使燃烧过程中的最高温度降低,有效抑制了NOX 的形成,但是由于混合气中氧气浓度降低,燃烧反应不完全,使未燃碳氢化合物、一氧化碳和微粒的排放增加,微粒增加尤其明显,对于环境的危害更严重。微粒和氮氧化物的同时控制是一个急待解决的问题。
2. 2 EGR 对润滑油和发动机零部件的影响
再循环的排气中包含的微粒物质进入气缸后会粘附在气缸壁表面的润滑油油膜中,在发动机工作过程中,活塞环将这些微料物质刮入到曲轴箱中,使润滑油中的不溶性物质增加,导致活塞环、气门等零件的磨损,为此需要将回流排气过滤,这对于安装涡轮增压器的柴油机尤为重要。如果安装有涡轮增压器的柴油机使用EGR 降低氮氧化物时,至少应除去EGR 气体中99 %的微粒。
3 微粒过滤器及其再生
为此设计了再循环排气过滤系统来控制氮氧化物,该系统就是在排气进入再循环线路之前(即进入气缸之前) ,利用捕集器将它过滤,然后进行排气再循环工作过程。
现在使用微粒对滤器有许多种,这些措施都没有完全解决再循环排气的微粒过内燃机,特别是安装有涡轮增压器的柴油机的损害。过滤再循环排气系统在降低NOX 的同时要达到降低微粒目的,再循环排气的过滤元件及其再生是关键。
3. 1 过滤器的简单介绍
微粒过滤器含有一个带有微孔的独立的过滤介质,来捕捉微粒。被收集的大部分是干的碳灰(SOOT) 和吸附有SOF 的碳灰。一般用陶瓷和金属网制成过滤器,由于陶瓷能承受高温并具有高的过滤效率,其成为主要的过滤介质。
过滤器主要为壁流式整体陶瓷(wall - flowmonolith) ,由堇青石和碳化硅的合成陶瓷制成的,堇青石具有一定的机械强度和较好的抗热冲击性,热膨胀系数小,它的弱点是耐高温能力不足,一般不超过1200 ℃ ,导热系数小,在再生时,内部燃烧产生的热量不易传出,致使滤芯烧熔或烧裂。碳化硅是一种比较好的新型过滤材料,它和堇青石相比孔径更均匀,并具有通流性好,过滤效率高,耐高温(超过1600 ℃) ,通过性好等特点,堇青石和炭化硅的合成陶瓷是通用的过滤介质。
一般过滤器分为表面过滤型和深层过滤型。表面过滤型是碳烟沉积于过滤器表面,但当碳烟越来越厚时,过滤器的压力降增加过快,它的过滤效率主要受材料中孔隙尺寸的影响,孔隙尺寸影响过滤器的捕集效率。而深层过滤型中被捕集的微粒聚积在过滤材料的体内,纤维材料和微粒之间的吸附力及微粒和微粒之间的凝聚力对提高微粒捕集的效率起重要作用,这种过滤器的滤芯是由陶瓷或金属纤维制成,有较稳定的捕集效率和压力降,但捕集效率过低,需要高的压力降和厚的过滤器。
3. 2 过滤器的再生
清除沉积在过滤材料上微粒的过程称为过滤器的再生。发动机过滤系统设计真正的挑战是过滤器的再生。过滤系统的再生可以持续发生也可以周期发生,收集的微粒通过氧化成气体(理想状态是二氧化碳) 而被移走,微粒过滤器的再生过程受到总积累的颗粒量、颗粒储存密度及分布情况、排气流速、过滤器向外传热情况和颗粒的活化反应能力等的影响。
(1) 高温加热再生
为了能在多种工况下使颗粒发生氧化反应变成二氧化碳气体,使颗粒物的温度高于最低氧化温度是十分必要的。通常采用降低颗粒着火最低温度或者提高排气温度的方法来实现微粒过滤器的再生。
如果再生不充分,过滤器就会微粒负载过重,发动机背压升高。在极端的情况下过滤器被阻塞发动机停止运转。另一方面如果一个碳烟负载过高的过滤器突然暴露在高温排气中而开始再生,在反应中会放出大量的热,引起滤芯热应力和影响过滤器的稳定性。在极端的情况下过滤器会融化或滤芯破裂。
在内燃机正常工作条件下,内燃机的排气温度一般在200～500 ℃,而微粒的燃点一般在500- 600 ℃,依靠内燃机的排气的温度很难使过滤器再生。要使捕集器再生必须降低微粒的燃点或提高排气温度。通过在燃油、排气中加添加剂或在过滤材料表面涂催化层可以降低微粒的燃点。这种方法也叫被动再生。通过提高排气温度等使捕集器再生的方法也叫主动再生。该方法主要有电热器加热补燃和燃烧器加热补燃。电热器加热补燃系统是在捕集器的前面加装一个电加热器,当电加热器通电时,使捕集器入口温度超过微粒的燃烧温度,通电一段时间,然后将捕集器的入口阀打开并保持一定开度,引入部分排气,利用排气中富余的氧使捕集器中微粒燃烧除去。燃烧器加热补燃系统与电加热方式不同,捕集器的再生是由燃烧器所供应的高温燃气来完成。
(2) 高压气脉冲再生
陶瓷过滤器(CERAMEM) ,沿轴向分布了许多小的平行管道。相邻的管道在末端被交替封死以强迫柴油机废气穿过微孔壁面(壁流整体式) ,是表面过滤型。其过滤效率可以达到99 %。它的再生方式为避免加热再生的弊端(再生时因进入捕集器的气体的温度过高,超过了材料的允许极限,捕集器就会发生熔损或龟裂) ,而采用了一种高压气脉冲再生方法。该方法就是:在捕集器需要再生时,就是给捕集器逆向一个或几个高压气脉冲,将吸附或沉淀在捕集器上微粒吹掉,并将这些微粒收集起来,燃烧掉,从而使捕集器再生。
工作过程为:当压力信号达到预定值时,ECU发出指令将电磁阀2 ,4 关闭,打开电磁阀5 将废气直接通向大气。同时,利用脉冲指令控制电磁阀1 ,3 产生脉冲高压气流,反吹捕集器,使其再生。反吹下来的微粒进入电加热器中燃烧掉。
4 再循环排气过滤系统几种模式
4. 1 对氮氧化物控制要求严格,对微粒排放要求不严的机型,考虑到捕集器的负担问题,因而只对其再循环排气进行过滤。
在进行过滤再循环的过程中,电磁阀2 关闭,电磁阀1 打开,在吸气泵的作用下,一部分(由EGR 率决定的) 排气经过捕集器过滤后通过再循环线路进入进气管,以参加新的工作过程。
当捕集器需要再生(再生的时间由实验确定,就是说再生过程按照一定周期进行) 时,将电磁阀1 关闭,由CPU UNIT按照一定频率来控制电磁阀2 的开闭数次,进而产生一个或数个高压反冲气体脉冲,将吸附或沉淀在捕集器上微粒冲掉,实现捕集器的再生。(注意在此间,EGR 停止) 然后将电磁阀2 关闭,将电磁阀1 开启,重新进行EGR ,重复不断进行。为了实现不间断EGR 工作,可以实现双捕集器轮流工作。
4. 2 如前文所述,由于氮氧化物和微粒排放控制都是柴油机的控制重点,因而二者可以通过过滤排气再循环系统模式同时加以控制。将捕集器直接安装在排气管路上,然后将一部分过滤过的废气作为回流气体重新引入内燃机中。
当进行排气再循环工作过程中,电磁阀1、5、4 关闭,电磁阀2、3、6 开启。从柴油机中出来的废直接进入捕集器中,经过过滤后,通过电磁阀门3 通向大气,一部分的过滤后的废气在吸气泵的作用下进入再循环线路回到柴油机的进气管中,参加柴油机的新工作循环。
当捕集器需要再生(再生的时机有压力信号决定,就是说当背压达到预定数值) 时,将电磁阀1 开启,电磁阀6 关闭,以便废气直接排到大气。关闭2、3 由CPU UNIT 按照一定频率来控制电磁阀4 的开闭数次,进而产生一个或数个高压反冲气体脉冲,将吸附或沉淀在捕集器上微粒冲掉,实现捕集器的再生。(注意在此间,EGR 停止) 然后将电磁阀1、4 关闭,将电磁阀2、3、6 开启,重新进行EGR ,重复不断进行。为了实现不间断EGR 工作和不将所有废气都过滤,可以实现双捕集器轮流工作。具体情况在本文不予以说明了。
5 结论
采用过滤排气再循环来控制氮氧化物的方法有如下优点:
1. 解决了因润滑油有再循环废气的微粒物而引起内燃机的磨损问题;
2. 达到了利用EGR 而控制氮氧化物的目的;
3. 有效地降低了微粒排放;
4. 由于部分除去排气中硫酸盐等进气管腐蚀问题也得以减轻。
想要充分使用发电机的性能，平时的维护非常重要。今天要给大家普及的是润滑脂对于发电机的重要性！使用过程中，所有发电机润滑脂都会因为氧化、油过度渗出、机械运行和油挥发等原因而发生变质。
在实际操作中，要维持乃至激发电机的性能，制定并遵守科学的电机轴承润滑管理计划是非常重要的。
激发发电机的更高性能的方法如下：
一、定时
影响润滑脂更换频率的因素非常复杂，一般包括温度、使用连续性、润滑脂注入量、轴承尺寸和转速、密封有效性和润滑脂在特殊应用方面的合适性等。因此，决定何时和多久更换一次润滑脂并不是一件简单的事情。
通常情况下，连续运行的轻负荷至中负荷电机，要求至少每年更换一次润滑脂；每高于标称推荐温度10°C时，润滑脂更换间隔时间需要减少一半。
二、定量
确定电机轴承的润滑脂注入量是轴承初次润滑和更换润滑脂时的重要步骤之一。润滑脂注入量不足会引起润滑不足导致轴承故障，而注入量过多则会导致轴承故障和因润滑脂被带入电磁绕组内引发问题。可以参考以下两种方法来确定轴承的润滑脂注入量：
· 轴承内剩余空间的1/2至2/3——当运转速度小于轴承极限速度的50%时;
轴承内剩余空间的1/3至1/2——当运转速度大于轴承极限速度的50%时。
· 确定轴承合适的润滑脂注入量的另一种方法是采用以下公式：
o 润滑脂注入量(克)=轴承外径(毫米)X轴承宽度(毫米)X0.005;
o 或润滑脂注入量(盎司)=0.114X轴承外径(英寸)X轴承宽度(英寸)X0.005；
三、定序
尽可能多地清除旧润滑脂是杜绝润滑脂变质、泄漏和被污染的重要方法，也是避免不相容润滑脂掺混的关键。因此在确认更换时间和更换量后，必须要遵循一套严谨的冲洗和换脂程序！以装有加脂口和排脂口的滚动轴承为例，采用5步“减压法”即可干净利索地完成冲洗和换脂过程：
1. 拆：拆下位于下方的排脂口螺栓，从排脂口清除所有已硬化的油脂;
2. 擦：擦拭润滑脂加脂口;
3. 注：将润滑脂注入加脂口，直到新的润滑脂从排脂口排出，确保旧的润滑脂已全部排尽。在确保设备运行环境安全、可行的情况下，可在设备运行的同时执行本步骤;
4. 排：不用装上排脂口螺栓，电机正常运行并保持运行温度，润滑脂会进行延展以分布均匀，直到多余的润滑脂从排脂口排出，从而降低内部压力;
5. 装：清除多余润滑脂并装上排脂螺栓。
选择正确的润滑脂是整个电机轴承焕新的基础。随着发电机设备润滑环境日趋严苛，选择一款高性能的润滑脂非常重要。润滑脂是一种由基础油、增稠剂和添加剂组成的半固体润滑剂，优质的电机润滑脂在粘度、稠度、抗氧化性、抗磨损、滴点、剪切稳定性等这些典型指标上都表现出色。
我们将为客户持续地创造价值，不断地完善服务品质，不断地开拓市场，再创新的辉煌！
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