[00973603]内燃机尾气余能利用及有害物测控技术

伴随着能源与环境问题的日益突出，节能、环保也成为了内燃机行业的关键技术瓶颈。排气余能回收直接面向与有效功率相当的尾气余能再利用领域，极具发展前景并被公认为是最具潜力的节能技术之一。可见，内燃机余能高效、方便回收技术开发及产业化研究成为了内燃机行业共性前瞻技术。2013年7月1日中国将全面实施第四阶段排放法规，而采用SCR后处理系统被认为是中重型柴油机主流技术路线。开展SCR还原剂计量喷射系统自主研发并形成产业化技术体系成为了中国柴油机达国Ⅳ及以上排放法规的重要需求。中国柴油机有害物测量标准仪器开发、生产能力十分不足，绝大部分仪器需要进口，造成了极大的浪费，也导致高品质柴油机开发手段受限。鉴于上述情况，项目组在近几年内重点开展了内燃机尾气余能综合利用技术体系研发、通用型SCR后处理还原剂计量喷射系统开发、柴油机有害物测量仪器研制等领域的攻关。在如下四个方面取得了阶段性进展并获得授权发明专利4项、实用新型专利7项，另有2项发明专利进入了实审阶段。1.潜能利用式后处理入口温度控制系统。针对内燃机排气温度变化急剧且范围经常超出后处理器温度窗口导致有害排放物转化效率低的难题，项目组基于相变材料潜热巨大、相变温度恒定、易于控制的优势，提出并实现了“基于相变材料的后处理器入口温度控制”技术。研究表明，采用10升容量的NaNO<,3>作为储能材料可将10分钟内所有的尾气加热或降温100℃。该技术一方面回收了尾气余能，另一方面也解决了后处理系统与整机适配的难题，具有很强的适用性。该领域已获得1项发明专利授权并被企业独占实施。2.气动式内燃机排气余能综合利用技术体系。①针对现存温差发电技术效率低、成本高，动力涡轮技术传动系统复杂、机械效率极低的缺陷，提出了气动式尾气余能利用方案。采用专利的残气动力涡轮、有机朗肯循环耦合气气增压装置获得高压空气并利用气动马达作为机械能转化装置实现了尾气余能的回收及中速-高转矩机械能的获得。②针对西气东输工程中普遍采用的燃气式整体天然气压缩装置特殊性，以有机朗肯循环-自由活塞系统辅助举升天然气、冗余机组快速起动、动力燃气自适应调节装置专利技术体系构建了完整的余能利用系统。前期技术经济评估表明单台套每年可节省66万元的燃气消耗量，极具广泛应用前景和巨大的预期经济效益。3.通用型SCR还原剂计量喷射系统。提出了无泵式通用型SCR还原剂计量喷射系统并获得发明专利授权1项。该系统用极少量的压缩空气作为还原剂供给及喷射所需动力，用PWM占空比作为喷射量调节方式，以氮氧化物浓度传感器作为系统评价和自学习MAP输入信号。最终可以实现任一机型、任一催化反应器能否达标的自动评价及还原剂喷射量MAP的自学习。原理性系统已经构建完成并验证了其可行性，产业化前期技术正在研发中。4.柴油机有害排放物测量系统开发。针对中国缺乏标准的微粒稀释取样系统、消光式烟度计等柴油机有害物测量仪器现状，项目组完成了“柴油机排气微粒部分流等动态稀释取样系统及控制方法”、“用于柴油机尾气烟度测量的激光式消光烟度计系统”研究及开发，并申请发明专利2项。所开发的实验室原理性样机工作正常，达到了国外同类产品的精度。