微孔過(guò)濾器再生技術(shù)的萌發(fā)

信息來(lái)源：http://m.ms9a85t.cn/ 發(fā)布時(shí)間：2013/12/6 10:02:07 點(diǎn)擊數(shù)： Tags: 過(guò)濾器設(shè)備

使用柴油作燃料的壓燃式內(nèi)燃機(jī)排放的微粒，一般要比使用汽油作燃料的點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)多幾十倍。排放微粒的主要物質(zhì)是碳，其粒度一般小于0. 3μm，可深入人的肺部造成機(jī)械性超負(fù)荷，損傷肺內(nèi)各種通道的自?xún)魴C(jī)制，從而使其他化合物容易發(fā)揮致癌作用。碳粒還吸附有多種有機(jī)物質(zhì)，具有不同程度的誘發(fā)和致癌作用。在柴油車(chē)較多的城市中，柴油機(jī)排放的微�？墒故袃�(nèi)光線(xiàn)受折射，使天空變暗。對(duì)于轎車(chē)和輕型車(chē)用的輕型柴油機(jī)，微粒排放量在0. 1~1. 0 g/km的數(shù)量級(jí)，對(duì)于重型車(chē)用的重型柴油機(jī)，微粒排放量在0. 1~1. 0 g/(kW·h)的數(shù)量級(jí)。車(chē)用柴油機(jī)排放微粒的凈化技術(shù)是微粒過(guò)濾器及其再生，已經(jīng)研究開(kāi)發(fā)的體積過(guò)濾濾芯用泡沫陶瓷、鋼絲棉繩或陶瓷纖維筒等疏松材料制成，表面過(guò)濾濾芯材料用蜂窩陶瓷，這些材料各有特點(diǎn)。介紹一種新的濾芯材料的使用——粉末冶金材料，并設(shè)計(jì)了粉末冶金微孔過(guò)濾器的再生結(jié)構(gòu)及方法。

[一]排氣微孔過(guò)濾器的理化特性

柴油機(jī)排氣微孔過(guò)濾器的組成取決于柴油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況，尤其是排氣溫度.當(dāng)排氣溫度超過(guò)約500℃時(shí)，排氣微粒基本上是很多碳質(zhì)微粒的聚集體，稱(chēng)為碳煙粒。當(dāng)排氣溫度低于500℃時(shí)煙粒會(huì)吸附和凝聚多種有機(jī)物，稱(chēng)為有機(jī)可溶成分。沿著柴油機(jī)的排氣管道和測(cè)試取樣系統(tǒng)，可觀(guān)測(cè)到微粒粒度不斷增大，且由于存在于氣相中的有機(jī)化合物逐漸冷凝在微粒上，使其SOF含量增加。微粒中的SOF含有對(duì)健康和環(huán)境有害的成分，包括各種未燃碳化合物、含氧有機(jī)物和多環(huán)芳烴及其含氧和含氮衍生物等。

經(jīng)電子顯微鏡觀(guān)測(cè)表明，柴油機(jī)排氣微粒是一種由很多原生微球聚集而成的聚集體，這種聚集體可以包含103~104個(gè)微球體。這些微球體都是燃燒產(chǎn)生的碳粒，其直徑在10~100 nm數(shù)量級(jí)，但大多數(shù)在15~40 nm范圍內(nèi)。測(cè)得的微粒粒度大多在0. 02~1. 0μm范圍內(nèi)，其體積平均粒度為0. 1~0. 3μm。微粒的表觀(guān)密度在0. 25~1. 0 kg/L范圍內(nèi)，煙粒的實(shí)測(cè)比表面為200 m2/g左右，可見(jiàn)其結(jié)構(gòu)很疏松。

[二]排氣微粒凈化技術(shù)及其特點(diǎn)分析

目前，比較可行的車(chē)用柴油機(jī)排氣微粒凈化技術(shù)，還是微粒過(guò)濾器DPF。

(1)微孔過(guò)濾器DPF

微孔過(guò)濾器過(guò)程按濾芯結(jié)構(gòu)特征不同分為表面過(guò)濾型和體積過(guò)濾型兩種。

體積過(guò)濾型DPF主要用比較疏松的過(guò)濾體積容納微粒，濾芯是用泡沫陶瓷、鋼絲棉或陶瓷纖維筒等較疏松材料制成的，共同缺點(diǎn)是過(guò)濾效率、排氣阻力與外形尺寸之間有很大的矛盾，即在令人滿(mǎn)意的效率和可以接受的阻力下，外形尺寸顯得過(guò)大。

表面過(guò)濾型濾芯用比較密實(shí)的過(guò)濾表面阻擋微粒，一般單位體積的表面積很大，材料壁薄，既可獲得較高的過(guò)濾效率，又可具有較小的阻力。目前，公認(rèn)成功的表面過(guò)濾型DPF濾芯是蜂窩陶瓷DPF，但濾芯形狀復(fù)雜，在很高的溫度和溫度梯度下易于損壞。

(2)微孔過(guò)濾器DPF的再生

DPF只能把微孔過(guò)濾器從柴油機(jī)的排氣中過(guò)濾出來(lái)，沉積在濾芯內(nèi)，它本身并不能除去微粒。除去DPF中積聚的微粒，以恢復(fù)到接近原先的低阻力特性，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為DPF的再生。

已經(jīng)開(kāi)發(fā)的有用丙烷或柴油作為燃料、用電點(diǎn)火的燃燒器來(lái)引發(fā)DPF的再生。柴油燃燒器應(yīng)用與柴油機(jī)相同的燃料，比較方便，但燃燒過(guò)程的組織比較困難，尤其啟起動(dòng)時(shí)可能燃燒不良，引起二次污染;應(yīng)用丙烷作為燃燒器的燃料，容易保證完全燃燒，但需要單獨(dú)的高壓丙烷氣瓶。平均溫度在700~800℃，可以可靠點(diǎn)燃已沉積的微粒，但陶瓷濾芯因尺寸大再生周期延長(zhǎng)，使濾芯過(guò)熱而易碎裂或熔融。

用電阻加熱器供熱也可使其再生，電阻加熱器由車(chē)載蓄電池供電。其一種結(jié)構(gòu)型式是把螺旋形電阻絲塞入蜂窩陶瓷濾芯進(jìn)口一側(cè)的蜂窩，另一種結(jié)構(gòu)型式是采用回形電阻絲，布置在各蜂窩孔道的進(jìn)口段。

其電阻絲直接點(diǎn)燃微粒，DPF前部微粒燃燒的火焰隨著排氣氣流向DPF的尾部傳播，將整個(gè)通道內(nèi)的微粒燃燒完畢。用電阻加熱器供熱再生可避免采用復(fù)雜昂貴的燃燒器，同時(shí)電加熱可控制任何二次污染，但由于蜂窩陶瓷濾芯孔道數(shù)很多，這種結(jié)構(gòu)是十分復(fù)雜的。

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