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王建昕:换个思路 升级国Ⅳ生物柴油就行

  发布时间:2015-07-01  文章转自:互联网 手机新闻

很多专家认为,国Ⅲ柴油机达到国Ⅳ标准只有一个途径,即加装尾气后处理装置。有两种尾气后处理系统可供选择,一是SCR(选择性还原催化器);二是EGR(废气再循环系统)+DPF(颗粒捕集器)。可是,清华大学汽车工程系汽车安全与节能国家重点实验室副主任、博士生导师王建昕指出,尾气后处理系统成本高、结构复杂,达到国Ⅳ排放标准可以换个思路——使用生物燃料。

生物柴油减排效果有差异

 

王建昕告诉记者:“生物柴油的原料很多,包括各类油料作物、富油木本植物以及废弃的食用油。将棉籽油、大豆油、菜籽油、棕榈油、废弃油与柴油的尾气排放效果相比较,总体来说,生物柴油可以降低37%~80%的颗粒物排放。由于不同原料的物理性质不同,减排效果有所不同。”

一般来说,尾气中的颗粒物主要包括碳烟、硫酸盐和可溶有机物(SOF)。在碳烟方面,生物柴油的含氧量越高、黏度越低,降低碳烟的效果越好。在硫酸盐方面,如果在生物原料中采用低硫或无硫的原料,就可以明显降低硫酸盐的含量。

在SOF方面,生物柴油会较大幅度地增加SOF在颗粒物中的比例,影响减排效果。试验结果显示,在柴油的颗粒物排放中,SOF所占的比例不会超过30%,而在生物柴油的颗粒物排放中,SOF所占的比例都在40%以上,在很多工况下,甚至超过50%。

王建昕说:“使用生物柴油后,随着尾气中碳烟含量的大幅下降,SOF可能成为颗粒物中的主要成分。SOF含量增加的主要原因是生物柴油中未燃碳氢量增加,如果选择高十六烷值的生物原料就可以缓解这个问题。”

除颗粒物之外,尾气中的另一项主要污染物为氮氧化物,试验结果显示,生物柴油可能使氮氧化物的含量增加10%~20%,5种生物柴油氮氧化物的尾气含量相差10%。王建昕说:“氮氧化物含量升高的主要原因是生物柴油含氧量高。由于生物柴油的这个性质无法改变,只能采用推迟喷油时间或废气再循环等方法改善发动机的燃烧性能。”

混合生物柴油减排效果好

由于不同的生物柴油对汽车尾气排放效果的影响很大,设计一种性能优越的生物燃料非常重要。

“通过研究生物柴油对发动机尾气排放效果的影响,我们认为含氧量高、十六烷值高和含硫量少的生物柴油是比较理想的选择。”王建昕说:“通过研究多种生物柴油的性质,我们设计了新的燃料方案,即生物柴油占50%,柴油占35%,碳酸二甲酯(DMC)占15%。”

对此设计方案,可能很多人会提出疑问:为何不能单独使用生物柴油,而需要掺入柴油和DMC。

王建昕介绍说,掺混柴油是新燃料适应原始发动机的必然选择。由于与柴油的物理和化学性质不同,生物柴油无法适应原始发动机的燃烧过程。生物柴油与普通柴油混合后,可以增强对发动机的适应性。此外,生物柴油低温流动性差,无法适应北方地区寒冷的外部环境,掺混柴油可以明显提高新燃料的低温性能。

掺混DMC的目的是为了进一步降低颗粒物排放。生物原料的自身含氧量不能满足大幅度降低颗粒物排放的需要,因此,需要添加含氧量高的DMC。如果考虑到资源供应现状,可以用乙醇来替代。

混合生物柴油使国Ⅲ变国Ⅳ

“我们将生物柴油、普通柴油和DMC的混合燃料用在康明斯国Ⅲ发动机上,这种新燃料能使国Ⅲ发动机达到国Ⅳ排放标准。”王建昕说。

记者了解到,在发动机稳态循环试验ESC中,颗粒物和氮氧化物的排放量分别为国Ⅳ排放标准限值的75%和85%。在发动机瞬态循环试验ETC中,颗粒物和氮氧化物的排放量分别为国Ⅳ限值的77%和90%。

王建昕说:“在发动机不用任何尾气后处理装置的情况下,生物柴油有可能使国Ⅲ发动机达到国Ⅳ排放标准,希望生物柴油可以先在城市公交车和市政车上试用,以便获得更多试验数据,为日后新燃料的改进打下良好基础。”

相关专家评价说:“我国已在生物柴油制备方面具备了较强的能力,如果积极与国外专家进行有效交流,我国可能成为研发生物柴油的先进国家。”


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