生物柴油机的NOx排放分析



生物柴油机的NOx排放分析

生物柴油是以菜籽油、棕榈油、大豆油等为原料采用酯交换法合成的脂肪酸甲酯。生物柴油燃烧所释放的CO2含量被定义为燃烧产生的CO2减去其原料生长过程中所吸收的CO2量，使用生物柴油对减少温室气体排放至关重要。然而，与传统柴油相比，采用生物柴油会增加NOx的排放。因而，如何减少生物柴油NOx的排放是应用生物柴油的一个关键问题。对生物柴油燃烧的NOx排放量进行了分析，全文分为两部分：①给出了使用生物柴油增加NOx排放量的原因，并给出了改善柴油机排放性能的一些影响因素；②具体给出了改善NOx排放的方法。

选用一个水冷式4冲程单缸柴油机，分别对生物柴油和超低硫柴油两种燃料的排放物进行了分析。使用日本堀场：MEXA-7100D气体排放测试仪测量排放尾气的浓度，使用奥地利AVL：415S烟度计测量排放尾气的烟度，使用奇砾：6052C压力传感器和奇砾：5018A1010电荷放大器测量缸内压力。

测量结果表明：使用生物柴油的热释放率与超低硫柴油的相差不大，两者放热特性之间的微小差异是由于两者单位体积热释放率的微小差异而引起的。以生物柴油为燃料的柴油机排放物中，NOx的含量增加了10%，点火滞后时间和活化预混燃料时间的延长是NOx排放量增加的主要原因。生物柴油由于含有大量的氧元素而使得其化学计量空燃比较低，因此可以认为生物柴油喷雾中空气比例高于超低硫柴油形成的喷雾，空气比例过高对产生NOx也有很大影响。

通过改变柴油机的相关参数发现，柴油机在中等负荷条件下运行时，减小生物柴油的喷射压力及增加喷嘴孔直径有利于减少NOx的排放。然而，柴油机在低负荷条件下运行时，减小喷射压力只能略微减少NOx的排放，而增加喷嘴孔直径不能有效减少NOx的排放。由于生物柴油富含氧元素且不含芳香烃，因而减少喷射压力、增加喷嘴孔直径只会使柴油机排放物中的烟度略微增加。如果在保证喷射压力的情况下，增加喷嘴孔直径则能同时降低排柴油机放物中NOx含量和烟度。理论上，燃烧室的火焰温度对产生NOx也有影响，但由于不易被观察和测量而仅简单指出。

NorifumiMizushimaetal. SAE 2013-01-2677.

编译：王祥