微孔過濾器再生技術的萌發
信息來源：//wl132.cn/ 發布時間：2013/12/6 10:02:07 點擊數：
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過濾器設備
使用柴油作燃料的壓燃式內燃機排放的微粒，一般要比使用汽油作燃料的點燃式內燃機多幾十倍。排放微粒的主要物質是碳，其粒度一般小于0. 3μm，可深入人的肺部造成機械性超負荷，損傷肺內各種通道的自凈機制，從而使其他化合物容易發揮致癌作用。碳粒還吸附有多種有機物質，具有不同程度的誘發和致癌作用。在柴油車較多的城市中，柴油機排放的微粒可使市內光線受折射，使天空變暗。對于轎車和輕型車用的輕型柴油機，微粒排放量在0. 1~1. 0 g/km的數量級，對于重型車用的重型柴油機，微粒排放量在0. 1~1. 0 g/(kW·h)的數量級。車用柴油機排放微粒的凈化技術是微粒過濾器及其再生，已經研究開發的體積過濾濾芯用泡沫陶瓷、鋼絲棉繩或陶瓷纖維筒等疏松材料制成，表面過濾濾芯材料用蜂窩陶瓷，這些材料各有特點。介紹一種新的濾芯材料的使用——粉末冶金材料，并設計了粉末冶金微孔過濾器的再生結構及方(fang)法(fa)。
[一]排氣微孔過濾(lv)器的理化特(te)性(xing)
柴(chai)油(you)機排氣(qi)(qi)(qi)微(wei)孔過濾器的(de)組成(cheng)取決于(yu)柴(chai)油(you)機的(de)運轉(zhuan)工況，尤其是(shi)排氣(qi)(qi)(qi)溫(wen)度(du).當排氣(qi)(qi)(qi)溫(wen)度(du)超過約500℃時，排氣(qi)(qi)(qi)微(wei)粒(li)基本(ben)上是(shi)很(hen)多碳(tan)質(zhi)微(wei)粒(li)的(de)聚集(ji)體(ti)，稱為碳(tan)煙粒(li)。當排氣(qi)(qi)(qi)溫(wen)度(du)低于(yu)500℃時煙粒(li)會吸附和(he)(he)(he)凝(ning)聚多種(zhong)有(you)(you)機物，稱為有(you)(you)機可溶成(cheng)分。沿著(zhu)柴(chai)油(you)機的(de)排氣(qi)(qi)(qi)管道和(he)(he)(he)測試取樣系統，可觀測到微(wei)粒(li)粒(li)度(du)不(bu)斷(duan)增大，且由于(yu)存在于(yu)氣(qi)(qi)(qi)相中的(de)有(you)(you)機化(hua)合物逐漸冷凝(ning)在微(wei)粒(li)上，使(shi)其SOF含量增加。微(wei)粒(li)中的(de)SOF含有(you)(you)對健康和(he)(he)(he)環(huan)境有(you)(you)害的(de)成(cheng)分，包括各(ge)種(zhong)未燃(ran)碳(tan)化(hua)合物、含氧有(you)(you)機物和(he)(he)(he)多環(huan)芳烴及其含氧和(he)(he)(he)含氮衍生物等(deng)。
經(jing)電子顯微(wei)鏡觀測(ce)表明，柴(chai)油(you)機排(pai)氣微(wei)粒(li)(li)是(shi)一種由很(hen)多原生微(wei)球聚(ju)(ju)集(ji)而成的(de)聚(ju)(ju)集(ji)體，這種聚(ju)(ju)集(ji)體可以包(bao)含103~104個微(wei)球體。這些微(wei)球體都是(shi)燃燒產生的(de)碳(tan)粒(li)(li)，其直徑在(zai)10~100 nm數量級，但大多數在(zai)15~40 nm范(fan)圍(wei)(wei)內。測(ce)得的(de)微(wei)粒(li)(li)粒(li)(li)度大多在(zai)0. 02~1. 0μm范(fan)圍(wei)(wei)內，其體積平均(jun)粒(li)(li)度為(wei)0. 1~0. 3μm。微(wei)粒(li)(li)的(de)表觀密度在(zai)0. 25~1. 0 kg/L范(fan)圍(wei)(wei)內，煙粒(li)(li)的(de)實測(ce)比表面為(wei)200 m2/g左右，可見其結構(gou)很(hen)疏松。
[二(er)]排氣微粒凈(jing)化技(ji)術(shu)及其特點分(fen)析
目前(qian)，比較可行(xing)的車(che)用(yong)柴油機排氣微粒凈(jing)化(hua)技(ji)術，還是微粒過濾器DPF。
(1)微孔過濾器DPF
微孔過(guo)(guo)濾器過(guo)(guo)程(cheng)按濾芯結構特(te)征不(bu)同分為表面(mian)過(guo)(guo)濾型和(he)體積過(guo)(guo)濾型兩(liang)種。
體(ti)積(ji)過濾型DPF主要用比較(jiao)疏松的過濾體(ti)積(ji)容納微粒，濾芯(xin)是用泡沫(mo)陶瓷、鋼絲(si)棉或(huo)陶瓷纖維筒等較(jiao)疏松材(cai)料制成的，共同缺點是過濾效率(lv)(lv)、排氣(qi)阻力與外形(xing)尺寸之間有(you)很(hen)大的矛(mao)盾，即在令(ling)人滿(man)意的效率(lv)(lv)和可以(yi)接受的阻力下，外形(xing)尺寸顯得過大。
表面過(guo)(guo)濾(lv)型(xing)(xing)濾(lv)芯(xin)用比較密實的(de)過(guo)(guo)濾(lv)表面阻擋微粒(li)，一般單位體(ti)積(ji)的(de)表面積(ji)很(hen)大(da)，材料壁薄，既可獲得較高的(de)過(guo)(guo)濾(lv)效率，又可具(ju)有較小的(de)阻力。目(mu)前，公認成功的(de)表面過(guo)(guo)濾(lv)型(xing)(xing)DPF濾(lv)芯(xin)是蜂窩陶(tao)瓷(ci)DPF，但濾(lv)芯(xin)形狀復雜，在很(hen)高的(de)溫度和溫度梯度下易(yi)于損壞。
(2)微孔過(guo)濾器DPF的再生(sheng)
DPF只能把微孔過濾(lv)器從柴油機(ji)的(de)排(pai)氣(qi)中過濾(lv)出來，沉積(ji)(ji)在濾(lv)芯內，它本身并不能除(chu)去微粒。除(chu)去DPF中積(ji)(ji)聚的(de)微粒，以(yi)恢復到(dao)接近原先的(de)低阻力(li)特性，這個過程稱為DPF的(de)再生(sheng)。
已經開(kai)發的(de)(de)有用(yong)丙烷(wan)或柴油(you)作為燃料(liao)、用(yong)電點(dian)火的(de)(de)燃燒(shao)(shao)(shao)(shao)器來(lai)引(yin)發DPF的(de)(de)再生(sheng)。柴油(you)燃燒(shao)(shao)(shao)(shao)器應用(yong)與柴油(you)機相同的(de)(de)燃料(liao)，比(bi)較方便，但燃燒(shao)(shao)(shao)(shao)過(guo)程的(de)(de)組(zu)織比(bi)較困難，尤其啟(qi)起(qi)動時可能燃燒(shao)(shao)(shao)(shao)不(bu)良，引(yin)起(qi)二次(ci)污(wu)染(ran);應用(yong)丙烷(wan)作為燃燒(shao)(shao)(shao)(shao)器的(de)(de)燃料(liao)，容易保證完全燃燒(shao)(shao)(shao)(shao)，但需(xu)要單(dan)獨的(de)(de)高(gao)壓丙烷(wan)氣瓶。平均(jun)溫度在700~800℃，可以可靠點(dian)燃已沉積的(de)(de)微粒，但陶瓷濾芯因尺寸大(da)再生(sheng)周期延長，使濾芯過(guo)熱(re)而易碎裂或熔融。
用電(dian)阻(zu)加(jia)熱器供熱也(ye)可使其再生，電(dian)阻(zu)加(jia)熱器由車載蓄(xu)電(dian)池供電(dian)。其一種結構(gou)(gou)型式是把螺旋形電(dian)阻(zu)絲塞(sai)入蜂(feng)窩陶瓷濾芯進(jin)口一側的蜂(feng)窩，另一種結構(gou)(gou)型式是采用回形電(dian)阻(zu)絲，布置在各(ge)蜂(feng)窩孔道(dao)的進(jin)口段。
其電(dian)阻絲直接點燃微粒(li)，DPF前部微粒(li)燃燒的(de)(de)火(huo)焰隨著排氣氣流(liu)向DPF的(de)(de)尾部傳(chuan)播，將整個(ge)通道內的(de)(de)微粒(li)燃燒完畢。用電(dian)阻加(jia)熱(re)(re)(re)器供熱(re)(re)(re)再生可(ke)避免采用復雜(za)(za)昂(ang)貴的(de)(de)燃燒器，同時電(dian)加(jia)熱(re)(re)(re)可(ke)控制(zhi)任(ren)何二次污染，但(dan)由于蜂(feng)窩(wo)陶(tao)瓷濾芯(xin)孔道數很多，這(zhe)種結構是十分(fen)復雜(za)(za)的(de)(de)。
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