论文部分内容阅读
快速热解技术可以将生物质规模化转化为粗生物油,但粗生物油品质差难以高值化利用,粗生物油经简单酯化后,性能会得到大幅提高,有望添加到汽柴油中混合使用。本文首先研究了酯化生物油模型化合物--短链酯(甲酸乙酯、乙酸乙酯和丙酸乙酯)在柴油机中的应用和污染物排放特性,然后对酯化生物油进行测试研究,重点探索了燃料配比、转速和负荷等对做功性能、气态污染物(NO_x、CO等)和炭烟排放特性的影响规律,主要工作如下:搭建了生物燃料燃烧性能研究和在线测试平台,选用甲酸乙酯、乙酸乙酯和丙酸乙酯三种短链酯为催化酯化生物油模型化合物,研究了短链酯掺混比对柴油机运行、排放特性和碳烟形貌的影响。实验表明,在所有负荷下,三种短链酯的添加都可以有效降低柴油机的有效能量消耗率并实现尾气中NO_x的减排。随着短链酯掺混比增高,NO_x排放量降低,20%甲酸乙酯混合燃料在高负荷下可实现NO_x减排40%。乙酸乙酯和丙酸乙酯的添加有效降低了 CO的排放,其中20%乙酸乙酯和20%丙酸乙酯在最高功率下,分别实现CO减排22%和25%。研究表明,短链酯的添加可以有效降低颗粒物的排放,并减少碳烟表面官能团丰度,降低碳烟活性。对制备的生物油进行催化酯化,研究了催化酯化前后燃料性质的变化和混合燃料在不同起始转速下的应用及其排放特性。富含酸、酮、酚类物质的生物油经过加热酯化后酸类大幅降低,酯类增加,pH值大幅提高(达到6.2),当乳化剂的HLB值为7时混合油稳定性最高。混合油的燃烧和排放特性和柴油有较大差异:柴油机在空载和高负荷下运行时,混合油会导致尾气中较高的CO排放和烟度,空载时混合油的CO排放比柴油增加了10%,高负荷下混合油的CO排放高于柴油的CO排放。燃用混合油可以实现NO_x的减排,随着柴油机负荷的升高,减排效果变弱,混合油在1600r/min和2200r/min起始转速的最高负荷下分别实现了 NO_x减排15%和20%。混合油会导致碳烟颗粒物粒径变大,并有效去除颗粒物中可溶性有机物和水分,降低了颗粒物的比表面积和碳烟活性。