由廢潤滑油再生的燃油燃燒與排放特性研究.pdf

1、隨著機(jī)械化程度越來越高，消耗的潤滑油日益增多，產(chǎn)生的廢潤滑油隨之增加。廢潤滑油不能直接用于柴油機(jī)燃燒，但如果是廢潤滑油再生成燃油則成為可能，實現(xiàn)廢物再利用，具有重要的現(xiàn)實意義。圍繞廢潤滑油再生燃油的理化性能、噴霧燃燒規(guī)律、碳煙顆粒形成特征及化學(xué)動力學(xué)機(jī)理等方面，以試驗與模擬相結(jié)合的方法，開展了再生燃油與柴油的燃燒與排放特性的研究。
　　 采用氣相色譜質(zhì)譜、電感耦合等離子體發(fā)射光譜、高頻往復(fù)試驗機(jī)方法，分別測量了再生燃油的烴類組成

2、、微量元素和潤滑性能，測試了主要理化參數(shù)。研究結(jié)果表明:再生燃油主要成分是直鏈烷烴和芳香烴;在再生燃油微量元素中，硫濃度最高，其次是鈣、鈉、硅、銣;再生燃油的潤滑性優(yōu)于柴油。再生燃油主要參數(shù)與柴油接近，可以滿足柴油機(jī)燃用要求。
　　 從廢潤滑油再生燃油平均分子量出發(fā)，采用CHEMKIN軟件研究了正十二烷預(yù)混層流燃燒特性和均質(zhì)壓燃燃燒特性。采用預(yù)混層流火焰?zhèn)鞑ニ俣扔嬎隳Ｐ偷玫秸閷恿骰鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣?、層流質(zhì)量燃燒流量和絕熱火焰溫度

3、的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明，當(dāng)量比為1.1時，層流火焰?zhèn)鞑ニ俣群蛯恿髻|(zhì)量燃燒流量達(dá)到最大值，層流火焰?zhèn)鞑ルS著混合氣初始壓力的增加而減小，隨初始溫度增加而增加。當(dāng)量比為1.0-1.1時絕熱火焰溫度最高。絕熱火焰溫度和質(zhì)量燃燒流量隨著混合氣初始壓力和溫度的增加而增加。研究表明，羥基、氧、氫等自由基引發(fā)的鏈反應(yīng)促進(jìn)了火焰?zhèn)鞑ァ?br>　　 在內(nèi)燃機(jī)均質(zhì)壓燃燃燒模型中，采用生成速率與敏感性方法，分析得到對正十二烷、中間產(chǎn)物與生成產(chǎn)物有較大影響的

4、基元反應(yīng)，獲得不同曲軸轉(zhuǎn)角位置時正十二烷燃燒反應(yīng)路徑圖。研究揭示了正十二烷燃燒反應(yīng)的衍生過程。結(jié)果表明，在低溫低壓時，正十二烷分解反應(yīng)對正十二烷消耗的貢獻(xiàn)率高達(dá)94.6％，由甲基、羥基對正十二烷進(jìn)行提氫反應(yīng)，生成較小的烯烴、烷烴和烷基的基元反應(yīng)的貢獻(xiàn)率較低。在溫度、壓力增加后，正十二烷發(fā)生分解反應(yīng)的貢獻(xiàn)率減少，自由基提氫反應(yīng)的貢獻(xiàn)率增加。
　　 在常壓環(huán)境下，采用酒精燈燃用再生燃油和柴油，測量了燃燒火焰溫度。與柴油相比，再生燃油

5、的火焰面積小，火焰溫度高。采用熱重分析法研究了再生燃油和柴油燃燒生成碳煙的熱重特性，再生燃油的熱穩(wěn)定性好于柴油，再生燃油生成碳煙的10％起燃溫度高于柴油生成碳煙的10％起燃溫度，兩者生成碳煙的50％起燃溫度相差不多。采用Coats-Redfern方法，計算了熱動力學(xué)參數(shù)。結(jié)果表明，再生燃油活化能比柴油高。
　　 在186F柴油機(jī)上，開展燃用再生燃油與柴油的燃燒特性試驗。結(jié)果表明，燃用再生燃油氣缸內(nèi)最大爆發(fā)壓力和燃燒放熱率峰值均高

6、于柴油，兩者著火時刻與燃燒持續(xù)期接近。柴油機(jī)燃用再生燃油與柴油在小負(fù)荷時放熱率曲線均呈單峰形狀，在中高負(fù)荷時放熱率曲線均呈雙峰形狀。
　　 以FIRE模型中柴油燃料為基礎(chǔ)，通過修正噴霧破碎模型常數(shù)，修改燃料熱值，建立柴油機(jī)燃用再生燃油噴霧燃燒模擬程序。將得到的示功圖與實測結(jié)果進(jìn)行對比，驗證了模型的正確性。對柴油機(jī)標(biāo)定工況下，燃用再生燃油與柴油的噴霧燃燒過程進(jìn)行仿真。結(jié)果表明，再生燃油的噴霧貫穿距離和噴霧夾角與柴油基本相同，索特平

7、均直徑比柴油大，燃油蒸發(fā)量比柴油小。在燃油噴射持續(xù)期，再生燃油燃空當(dāng)量比比柴油小，再生燃油濃度比較集中。再生燃油混合氣形成質(zhì)量比柴油差，使得預(yù)混層流火焰速度較小。再生燃油粘度高、熱值高分別是導(dǎo)致碳煙和NO較高的主要因素。
　　 采用同步輻射小角X射線散射技術(shù)，研究了再生燃油與柴油碳煙顆粒的微觀結(jié)構(gòu)特征?；谛〗巧⑸淅碚?，通過對散射強(qiáng)度曲線的擬合，得到粒徑尺寸分布、回轉(zhuǎn)半徑、表面微結(jié)構(gòu)與界面特征和分形特征等統(tǒng)計特性。研究結(jié)果表明，

8、再生燃油碳煙粒徑較大，所產(chǎn)生散射強(qiáng)度較大，結(jié)構(gòu)較松散，表面較粗糙。散射數(shù)據(jù)均呈現(xiàn)Porod正偏離，說明兩種燃油的碳煙顆粒內(nèi)部存在微結(jié)構(gòu)起伏區(qū)。研究認(rèn)為，再生燃油的碳煙顆粒形狀與柴油類似，均為球形，但團(tuán)聚狀態(tài)程度較小。
　　 在186F柴油機(jī)上，開展燃用再生燃油與柴油的經(jīng)濟(jì)性和排放性能的試驗研究。結(jié)果表明，柴油機(jī)燃用再生燃油經(jīng)濟(jì)性比柴油好，與柴油相比，柴油機(jī)燃用再生燃油時CO排放增加，在高轉(zhuǎn)速時NOx和HC排放增加，在中等負(fù)荷時碳