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随着全球石油资源的逐渐减少以及全球环境污染的持续加剧,寻找替代能源、提高柴油机的燃烧效率和减少排气污染成为国内外的重要研究课题。柴油添加剂可以改变燃料的理化特性,改善燃料的燃烧,减少污染物排放,是目前研究热点之一。
本文针对乙醇柴油十六烷值低的特点,在乙醇柴油中添加十六烷值改进剂及消烟剂,研究了两种添加剂与乙醇柴油的相溶性,并通过试验和计算分析了其理化特性。
通过YZ4DB3柴油机台架试验,研究了柴油机燃用含有不同比例添加剂的乙醇柴油的动力性、经济性和排放性。结果表明:随着十六烷值的增加,高负荷时柴油机CO排放、HC排放会随之升高,但Nox排放浓度会下降。随着消烟剂比例的增加,CO排放、HC排放和Nox排放随之增加,但其对烟度有明显的抑制作用。相对于0#柴油的颗粒物排放,含有两种添加剂的乙醇柴油的颗粒物排放降低50%以上,且消烟剂降低颗粒物排放效果显著,含0.1%消烟剂的乙醇柴油降颗粒幅度高达84%。
对颗粒物粒径分布的研究得出,含两种添加剂的乙醇柴油的颗粒物排放50%以上的质量都分布在0.56μm以下,且随着添加剂的增加质量也随之增加。通过对颗粒物排放进行热重试验得出,颗粒在热解失重过程中主要有三个阶段:1)颗粒吸附的水分发生挥发阶段;2)可溶性物质发生氧化反应阶段;3)烟煤基元发生氧化反应阶段。根据颗粒物的挥发特性分析,乙醇柴油及柴油添加剂对降低颗粒物中的可挥发部分有积极作用。0#柴油、N5E10乙醇柴油、添加消烟剂的N5E10乙醇柴油和添加十六烷值改进剂的N5E10乙醇柴油的颗粒物排放中的可挥发部分的比例分别为67%、61.7%、62.6%和64%。通过对不同升温速率下的颗粒物的DTG曲线的分析,利用Flynn-Wall-Ozawa(FWO)方法求解颗粒物活化能得出,乙醇对颗粒物的活化能影响较小,十六烷值改进剂能大幅降低颗粒物的活化能,而消烟剂会略微增加颗粒物的活化能。用动力学方程求颗粒物的活化能,分析乙醇及添加剂对颗粒物活化能的影响,为开发高效的颗粒催化剂及柴油机颗粒捕集器选择适当的可再生技术提供理论依据。