现代柴油发电机排放控制及其发展趋势

10年前发达国家开始实行排放规范时的情况相比，国内现在的优势是上述技术已经日趋成熟，因而可以直接吸收发达国家成功的经验和技术，而不必重复他们在探索阶段走过的弯路。柴油

机排放物的生成具体和缸内燃油的分布情况，即和缸内空气和燃油的混合状况密切相关。就宏观而言，控制和减少柴油

i．采用提升燃油的品质、进气品质等对策，如采用增压中冷，多气门技术，EGR（废气再循环）等。这种方法一般称为机前方案。

机对柴油喷射技术的要求为：正确的燃油计量，灵活的喷油定时，较佳的喷油压力，优化的喷油规律。一般将这一策略称为机内净化步骤。由于几乎所有的排放污染物都和柴油

机排放问题的关键。如提升供油压力，目前采用的高压共轨喷射方法等。缸内直喷是燃烧系统技术的一项重要构成部分。与非直喷的柴油发电机相比，具有更好的经济性和可靠性，但是如果不一样时采取相应技术方法，燃烧产生的NO

排放可能会有所增加。燃烧系统的现代技术还包括减轻燃烧室余隙，以减轻HC排放。喷油嘴居中规划，改良燃油与空气的混合，促进完全燃烧。改善喷油规律的努力，目前具体集中于多次喷射上，使燃烧柔和，噪声降低，双弹簧喷油器可以很好地实现预喷射用途。

机排烟尾部加装废气净化装置以进一步减少有害排放物直接排入大气，如采用De-NOx催化转换器和颗粒捕集器等可以有效地减少NO

iv.通过使用洁净能源来改良排放。如采用生物燃料，可再生燃料，CNG（压缩天然气），LPG（液化石油气）等。目前国外机组采用天然气的已经比较普遍。

机的性能恶化康明斯发电机样本，导致污染物排放量增加。在使用与保养中，有必要采取严格的管理规范和技术策略。要购买规定品质等级黏度的机油。要选购十六烷值适中的柴油，一般夏日用0＃、＋10＃柴油，冬天用-10＃、-20＃柴油，严寒地区用-35＃柴油；并尽可能地选取低硫柴油。在柴油中按3/10000～5/10000的比例掺入XS30.30有效柴油添加剂，可有效地控制碳烟的排放。按期保养维保至关重要。

机优良的动力性和经济性，目前，国内外柴油发电机组全部采用涡轮增压技术或涡轮增压中冷技术。涡轮增压进气中冷技术能显着提高功率密度、减轻排放和改善燃油消耗率。与1980年以前的机型相比，现今的柴油

机的容量密度提高了近100％，燃油消耗率改善了16％，NOx和颗粒物的排放分别减小了80％和90％。

为满足越来越严的排放法规要求，必须提高燃料质量和采用先进的发电机技术。要达到各阶段排放限值需有相应的柴油

机技术作保证。除了采用其他先进技术，诸如高压喷射、多气门技术、泵喷嘴、EGR、预喷射、电喷喷射、De-NOx催化器等技术外，各阶段都对应一定增压技术的改进和提高。

由以上两式可见，未采用中冷时，进气密度受压气机绝热效率的限制；当柴油发电机高增压时，增压压比大，应同时采用中冷技术，以提升进气密度。柴油发电机的排放污染物详细有CO、HC、NOx和颗粒物，此外，因为温室效应引起全球变暖的问题，CO2的排放量也受到限制。①一氧化碳（CO）柴油发电机中CO是燃料不完全燃烧的产物，具体是在局部缺氧或低温下形成的。因为柴油发电机在过大空气系数a＞1下燃烧的特点，康明斯柴油发电机的CO排放偏低。采用涡轮增压后，可供燃烧的空气增多，并且增压发电机大多数工况负载较大，发电机的缸内温度能保证燃料更充分燃烧，CO排放可进一步减少。②碳氢化合物（HC）柴油发电机排烟中的HC是由原始燃料分子、分解的燃料分子以及再化合的中间化合物所结构；小部分HC是由润滑油生成的。增压时，由于进气密度增加，可以改进油束的形成，提升燃油雾化质量，减轻沉积于燃烧室壁面上的燃油，HC降低；增压还使柴油发电机燃烧整个循环的平均介质温度升高，氧化反应速率大，未燃HC排放减小。③氮氧化物（NOx）柴油发电机中氮氧化物的主要成分NO的生成取决于氧的浓度、温度及反应时间等。降低NO的方案是以减少火焰温度、氧浓度及发烫下停留时间为目标。对于现有的自然吸气柴油发电机，如果只大概采用增压举措，可能会由于过度空气系数增大和燃烧温度的升高而致使NOx增加。实际应用中，柴油发电机增压时采用减小压缩比、推迟喷油定时等对策来减小热负载、降低过高燃烧温度。压缩比的减小可以减少压缩终了的介质温度从而减少燃烧火焰温度；推迟喷油定时，可以缩短滞燃期，减轻油束稀薄火焰区的燃料蒸发和混合，减轻较高燃烧温度。为降低喷油定时导致的后燃期过长的问题，须增大供油速率，缩短喷油时间，以加快燃烧速率，缩短燃烧时间。废气再循环EGR是减轻NOx排放的一种有效方案。引入热容量过高的废气成分与新气混合，可以降低过高燃烧温度；同时，废气对新鲜混合气的稀释功用，减少了氧的浓度，达到降低NOx的目的。根据柴油发电机燃烧理论，减轻NOx生成浓度的措施将会影响燃烧效率、增加燃油消耗、减少动力性能。增压柴油发电机在燃油经济性和动力性能上的改进，可以使康明斯柴油发电机在减小NOx的同时，保持良好的燃油经济性和动力性。采用进气中冷技术减少进气温度，可减少增压柴油发电机NOx的排放；特别采用领先的空-空中冷后，可进一步减少进气充量的温度。进气充量温度减小，燃烧温度可以得到有效控制，有利NOx的减轻。如图5.5所示，随着中冷后进气温度的减少，NOx和燃油消耗率都有所改良。试验数据表明，增压中冷柴油发电机中NOx排放物可以减少60％。④颗粒（PM）影响柴油发电机颗粒生成的缘由较复杂，其详细因素是过量空气系数、燃油雾化品质、喷油速率、燃烧步骤和燃油品质等。此外，柴油发电机机内净化减小NOx的方案一般会带来PM增加。增压柴油发电机，特别是采用高增压比和空-空中冷技术后，可显着增大进气密度，增加缸内可用的空气量。如同时采用高压燃油喷射、共轨电喷喷射、低排放燃烧室和中心喷嘴四气阀技术柴油发电机厂家排名，并提高燃油雾化质量，改进燃烧过程，则可高效地控制PM排放。试验数据表明，采用增压中冷技术的柴油发电机可减小PM排放约45％。在大负荷区，与颗粒排放密切相关的可见污染物排放，也随着柴油发电机增压比的增大而显着下降，如图1所示。

图1  柴油发电机可见污染物柴油发电机正规厂家、功率密度与增压比的关系⑤燃油经济性及二氧化碳（CO2）增压柴油发电机的燃油经济性改善得利于废气能量的利用和燃烧效率的提升；另外，增压柴油发电机的平均高效压力增加，发电机的摩擦损失增加相对较小，且没有任何进气损失，因而机械效率提高；增压柴油发电机的质量密度大，同样容量的柴油发电机可以做得更小、更轻，整机的品质可以减小，也有利于燃油经济性的改善。柴油发电机的燃油经济性与进气密度有一定关系，因此，高增压柴油发电机采用进气中冷技术减轻进气温度，提升进气密度能改良燃油经济性，如图2所示。

图2 柴油发电机燃油消耗率与增压比的关系⑥燃油消耗 意味着更多的清洁空气。采用涡轮增压的柴油发电机的动力具有良好的燃油经济性。较小的燃油消耗量消耗的新鲜空气量少，有害污染物排放的总量也下降。3．涡轮增压技术的发展趋势促进涡轮增压技术发展的具体因素是增大发电机输出容量、提高发电机低速转矩、加快瞬态响应转速、减轻排放有害物和改进燃油经济性。增压器的技术关键是改善涡轮和压气机的效率，拓宽工作范围，提升增压比，减少轴承系统的损失和提高稳定性及耐久性。柴油发电机增压器的新技术包括：可变喷嘴涡轮VNT、铁铝合金、滚动轴承、可擦涂层、混流式涡轮、电子控制执行器总成、电喷涡轮复合式发电机等。进一步改进增压器效率必须提高峰值效率，并考虑非设计工况效率的提高对发电机性能的影响。采用改进轴承和先进的可擦涂层技术是有效的技术对策。试验表明，涡轮增压器压气机室涂覆聚酯可擦涂层、涡轮壳室涂覆一种镍铝石墨材料可擦涂层的小型增压器的效率可以提升7％～8％；采用滚动轴承可以提高涡轮低速度的效率约10％。采用可调喷嘴增压器VNT可以提高发电机低速进气压力而不增加发电机背压。VNT可进一步改良涡轮的响应特征，提升涡轮效率，拓宽流量范围。与旁通式增压器相比，采用领先的可调喷嘴增压器性能可以得到进一步提升，功率密度增大，具有更好的燃油经济性和更低的排放水平；油耗可减小2％～5％，低速烟度可减小，发电机转矩显着增加。采用轻质的铁铝合金，可以减小涡轮转动惯量，改良响应特性。与陶瓷材料相比，铁铝合金材料便宜60％，而且比陶瓷涡轮具有过高的抗击碎强度。此外，混流式涡轮可进一步提高涡轮的效率；电子控制执行器总成可更精确地完成对增压器的控制；对于高增压的柴油发电机，采用电控涡轮复合增压式可销售废气中多余的能量作为动力输出。废气涡轮增压中冷技术的运用大大提高了柴油发电机的动力性、改良了燃油经济性，并且还在减少排放有害物、减少温室效应气体CO2、保护环境等方面起到了重要功能。