柴油发电机的颗粒捕集器原理及可靠性试验

摘要：柴油发电机排气的有害成分主要有CO、HC、NOx、硫化物以及颗粒物、臭味气体等，由于柴油发电机操作的混合气平均空燃比比理论空燃比大，故其CO及HC排放明显低于柴油机，但NOx、颗粒物及臭味气体却较高。目前，尾气处理技术常用技术有选购性催化还原（SCR），氧化催化（DOC），颗粒捕捉器（DPF）等技术。其中，颗粒捕集器是公认的减小PM排放较高效的装置之一，其捕集效率可达95%以上。康明斯在

      柴油发电机颗粒捕集器的作业主体是过滤器，主用的过滤材料有泡沫陶瓷、壁流式蜂窝陶瓷、金属丝网、陶瓷纤维等。过滤器决定滤清器的过滤效率、工作可靠性、使用年限以及再生技术的操作和再生效果。滤清器应满足较高的性能指标，具有偏高的过滤效率，具有大的过滤面积、耐热冲击性好、较强的机械性能指标、热稳定性好及能承受偏高的热负荷、较小的热膨胀系数，在外形尺寸相同的情况下背压小， 背压延迟率低，适应再生能力强，品质轻。

      如图 1 所示为 DPF系统的捕集机理图，柴油发电机排放的含有大量碳烟微粒的污染物通过排气管道进入 DPF 柴油发电机保养规范，捕集器内部为蜂窝状结构，其两端一边是敞开，一边是堵塞的通道壁，废气从敞开的一端进入，穿越多孔的蜂窝壁，然后从相邻的通道排出。 大部分微粒由于体积过度而不能穿越壁孔，因而被吸附在通道壁上而不会排放到空气中。

      在发电机组空载或轻载运行中 ，排烟温度只有 150 ℃左右 ，由于发电机刚起动时柴油发电机气缸温度偏低 ，这时发电机的排气状况是较差的。因此 ，康明斯在催化剂陶瓷载体前增加了加热装备 ，将柴油发电机尾气升温 80 ℃到 120 ℃，这样经过催化剂陶瓷载体时的气温可以保持在 220 ℃以上 ，加热器总容量约占发电机输出容量的 15 %到 20 %。另外 ，柴油发电机排烟管装配温度监测装置 ，用于控制加热装置投入工作 ，当柴发机组的负荷超过 30 %后 ，其排气温度通常可达到 220 ℃以上 ，这时候温控设备切断加热装置电源 ，让其脱离作业。

      由于温度对烟尘净化器的作业影响很大 ，温度越高 ，其工作效果越好 ，因此烟尘净化器的装配位置要求尽量靠近柴油发电机，示意图如图2所示。因为烟尘净化器内部有陶瓷和水泥 ，为了预防水泥粉尘进入柴油发电机气缸 ，烟尘净化器应该水平安装。另外 ，为了保证进入烟尘净化器的气体温度 ， 在柴油发电机烟尘净化器之间的排管要求包保温材料。

      采用发电机台架试验燃烧实时自动控制系统技术举措（组成如图3所示），可以实时地自动控制发电机始终运行在目标燃烧状态，同时能够实时的监控和辨识发电机异常燃烧，实时地自动采取保护动作，从而提升燃烧开发试验的效率和品质，保护试验安全康明斯发电机厂家排名，节约试验费用。该举措为工况1持续运行11次，为确保进入工况2前DPF内部碳烟烧完，第11次再生完成后全负荷工况运行40min，再进入工况2，工况1：工况2=11：1。取整后可靠性共运行220次加载再生循环累计385h。

      在DPF前后以及DPF载体内部布置温度传感器，监控再生过程中温度变化情况。DPF中心温度传感器布局如图4所示。

      按照上述工况进行可靠性试验和后解决评价。试验台架如图5所示，试验后各稳态工况点THC转化效率均在80%以上，DOC氧化性能再指标范围内。DOC+DPF后端测得的FSN值均小于0.01，且排烟尾管无任何黑烟，后解决过滤效果良好（加装后对比图如图6所示）。DPF累碳量试验流程中均在6.5±0.5g/L范围内，与标定值基础一致，随可靠性试验进行，累碳能力稍微下降，220次循环后累碳量在18.9g，这是因为部分机油参与燃烧，DPF内部累积灰分，引起碳的加载量减少。

      常规再生循环共运转200次，可靠性程序中T_DPF_BED温度在700～860℃内，自动循环中碳载量不一样较发热度有所不一样，但均在900℃范围内，安全域度较大康明斯室外柴油发电机。DTI工况共运转20次，DTI工况中，T_DPF_BED迅速上升，36s后达到较过热度955℃，，DTI循环过程中T_DPF_BED较高温度均在860～960℃范围内，未超过1000℃。

（1）耐久性试验中，DOC、DPF内部温度未超过900℃，同时DTI工况下DPF内部温度较高值在1000℃以内，在载体安全温度范围内；

（4）DPF累碳能力无恶化，DOC对THC氧化能力在80%以上，通过考核。通过此工况高效考核了DPF，保证了产品质量。