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生物柴油機(jī)的NOx排放分析

生物柴油是以菜籽油、棕櫚油、大豆油等為原料采用酯交換法合成的脂肪酸甲酯。生物柴油燃燒所釋放的CO2含量被定義為燃燒產(chǎn)生的CO2減去其原料生長過程中所吸收的CO2量，使用生物柴油對減少溫室氣體排放至關(guān)重要。然而，與傳統(tǒng)柴油相比，采用生物柴油會增加NOx的排放。因而，如何減少生物柴油NOx的排放是應(yīng)用生物柴油的一個關(guān)鍵問題。對生物柴油燃燒的NOx排放量進(jìn)行了分析，全文分為兩部分：①給出了使用生物柴油增加NOx排放量的原因，并給出了改善柴油機(jī)排放性能的一些影響因素；②具體給出了改善NOx排放的方法。

選用一個水冷式4沖程單缸柴油機(jī)，分別對生物柴油和超低硫柴油兩種燃料的排放物進(jìn)行了分析。使用日本堀場：MEXA-7100D氣體排放測試儀測量排放尾氣的濃度，使用奧地利AVL：415S煙度計測量排放尾氣的煙度，使用奇礫：6052C壓力傳感器和奇礫：5018A1010電荷放大器測量缸內(nèi)壓力。

測量結(jié)果表明：使用生物柴油的熱釋放率與超低硫柴油的相差不大，兩者放熱特性之間的微小差異是由于兩者單位體積熱釋放率的微小差異而引起的。以生物柴油為燃料的柴油機(jī)排放物中，NOx的含量增加了10%，點火滯后時間和活化預(yù)混燃料時間的延長是NOx排放量增加的主要原因。生物柴油由于含有大量的氧元素而使得其化學(xué)計量空燃比較低，因此可以認(rèn)為生物柴油噴霧中空氣比例高于超低硫柴油形成的噴霧，空氣比例過高對產(chǎn)生NOx也有很大影響。

通過改變柴油機(jī)的相關(guān)參數(shù)發(fā)現(xiàn)，柴油機(jī)在中等負(fù)荷條件下運行時，減小生物柴油的噴射壓力及增加噴嘴孔直徑有利于減少NOx的排放。然而，柴油機(jī)在低負(fù)荷條件下運行時，減小噴射壓力只能略微減少NOx的排放，而增加噴嘴孔直徑不能有效減少NOx的排放。由于生物柴油富含氧元素且不含芳香烴，因而減少噴射壓力、增加噴嘴孔直徑只會使柴油機(jī)排放物中的煙度略微增加。如果在保證噴射壓力的情況下，增加噴嘴孔直徑則能同時降低排柴油機(jī)放物中NOx含量和煙度。理論上，燃燒室的火焰溫度對產(chǎn)生NOx也有影響，但由于不易被觀察和測量而僅簡單指出。

NorifumiMizushimaetal. SAE 2013-01-2677.

編譯：王祥