天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的排放控制技術(shù)

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的排放控制技術(shù)匯報(bào)人：2024-01-17目錄CONTENTS天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)概述排放污染物及來(lái)源排放控制技術(shù)措施先進(jìn)排放控制策略排放控制系統(tǒng)集成與優(yōu)化法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)及未來(lái)趨勢(shì)01天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)概述燃料供應(yīng)系統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)控制系統(tǒng)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理天然氣通過(guò)高壓儲(chǔ)存裝置進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，經(jīng)過(guò)減壓閥減壓后，由混合器與空氣混合形成可燃混合氣。點(diǎn)火線圈產(chǎn)生高壓電，通過(guò)火花塞點(diǎn)燃可燃混合氣，推動(dòng)活塞做功。ECU根據(jù)傳感器信號(hào)控制燃料噴射、點(diǎn)火正時(shí)等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)高效、低排放運(yùn)行。天然氣燃燒產(chǎn)物主要為水和二氧化碳，對(duì)環(huán)境污染小。環(huán)保天然氣價(jià)格相對(duì)較低，運(yùn)行成本較低。經(jīng)濟(jì)性天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)與局限性天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)與局限性儲(chǔ)存和運(yùn)輸天然氣需要高壓儲(chǔ)存，對(duì)儲(chǔ)存裝置的安全性要求高，同時(shí)運(yùn)輸成本也相對(duì)較高。發(fā)動(dòng)機(jī)性能與傳統(tǒng)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)相比，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性稍遜一籌。天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)與局限性環(huán)境保護(hù)減少大氣污染物排放，改善空氣質(zhì)量，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。法規(guī)要求滿足國(guó)家和地方政府日益嚴(yán)格的排放法規(guī)要求，避免因違規(guī)排放而受到處罰。企業(yè)形象積極履行社會(huì)責(zé)任，提升企業(yè)環(huán)保形象，增強(qiáng)公眾信任度。排放控制重要性02排放污染物及來(lái)源01020304一氧化碳（CO）氮氧化物（NOx）碳?xì)浠衔铮℉C）顆粒物（PM）主要排放污染物天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒不完全時(shí)產(chǎn)生的主要污染物之一，對(duì)人體有害，影響大氣環(huán)境。高溫燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的污染物，對(duì)環(huán)境和人體健康均有危害。未完全燃燒的天然氣和機(jī)油蒸汽等混合物，對(duì)大氣環(huán)境造成污染。發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的微小固體顆粒，對(duì)人體呼吸系統(tǒng)和環(huán)境均有危害。天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程中，由于燃燒室溫度、壓力等因素，可能導(dǎo)致燃料不完全燃燒，從而產(chǎn)生CO、HC等污染物。燃料燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，部分機(jī)油可能進(jìn)入燃燒室參與燃燒，產(chǎn)生HC等污染物。機(jī)油消耗空氣中存在的氮?dú)庠诟邷貤l件下與氧氣反應(yīng)，生成NOx等污染物。空氣污染污染物來(lái)源分析溫室效應(yīng)部分排放污染物如CO2等具有溫室效應(yīng)，加劇全球氣候變化。人體健康危害長(zhǎng)期接觸排放污染物會(huì)對(duì)人體呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等造成損害，增加患癌風(fēng)險(xiǎn)。大氣污染CO、NOx、HC和PM等污染物排放到大氣中，會(huì)導(dǎo)致空氣質(zhì)量下降，形成酸雨、光化學(xué)煙霧等環(huán)境問(wèn)題。對(duì)環(huán)境和健康影響03排放控制技術(shù)措施123通過(guò)將天然氣直接噴入氣缸內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)更精確的燃料控制和更高的燃燒效率，從而減少排放。缸內(nèi)直噴技術(shù)在過(guò)量空氣系數(shù)較大的條件下進(jìn)行燃燒，降低燃燒溫度，減少氮氧化物（NOx）的生成。稀薄燃燒技術(shù)在氣缸內(nèi)形成不同濃度的天然氣混合氣，實(shí)現(xiàn)分層燃燒，提高燃燒效率并降低排放。分層燃燒技術(shù)燃燒優(yōu)化技術(shù)將部分廢氣重新引入氣缸，降低燃燒溫度和氧氣濃度，從而減少NOx的生成。EGR系統(tǒng)EGR閥EGR冷卻器控制廢氣再循環(huán)量的關(guān)鍵部件，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況和排放要求精確調(diào)節(jié)EGR率。對(duì)廢氣進(jìn)行冷卻，降低其溫度，提高EGR系統(tǒng)的效率和可靠性。030201廢氣再循環(huán)（EGR）技術(shù)空燃比控制通過(guò)精確控制空燃比，使廢氣中的CO、HC和NOx在TWC催化劑的作用下達(dá)到最佳轉(zhuǎn)化效率。TWC載體采用高比表面積的陶瓷或金屬載體，提高催化劑的附著量和催化效率。TWC催化劑采用貴金屬催化劑，如鉑、鈀、銠等，促進(jìn)廢氣中的CO、HC和NOx同時(shí)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為無(wú)害的CO2、H2O和N2。三元催化轉(zhuǎn)化器（TWC）技術(shù)DPF濾芯通過(guò)高溫燃燒、微波加熱等方式對(duì)DPF濾芯進(jìn)行再生，去除捕集的顆粒物，恢復(fù)濾芯過(guò)濾性能。再生技術(shù)DPF控制系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況和DPF濾芯狀態(tài)，自動(dòng)控制再生時(shí)機(jī)和再生方式，確保DPF系統(tǒng)的高效運(yùn)行和排放達(dá)標(biāo)。采用高孔隙率、高過(guò)濾效率的陶瓷或金屬濾芯，捕集廢氣中的顆粒物（PM）。顆粒物捕集器（DPF）技術(shù)04先進(jìn)排放控制策略將天然氣直接噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)更精確的燃料控制和更高的燃燒效率。燃料直接噴射采用高壓噴射技術(shù)，使天然氣在氣缸內(nèi)更好地霧化和混合，提高燃燒速度和效率。高壓噴射系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況和負(fù)荷變化，實(shí)時(shí)調(diào)整噴射策略和參數(shù)，優(yōu)化燃燒過(guò)程。靈活控制策略缸內(nèi)直噴技術(shù)03先進(jìn)的點(diǎn)火系統(tǒng)采用高能點(diǎn)火系統(tǒng)和多點(diǎn)點(diǎn)火技術(shù)，確保稀薄混合氣的可靠點(diǎn)燃。01空氣過(guò)量系數(shù)通過(guò)調(diào)整空氣和天然氣的混合比例，實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒，降低燃燒溫度和排放。02高效燃燒室設(shè)計(jì)優(yōu)化燃燒室形狀和氣流組織，提高稀薄燃燒的穩(wěn)定性和效率。稀薄燃燒技術(shù)分層混合氣形成在氣缸內(nèi)形成不同濃度和分布的天然氣混合氣，實(shí)現(xiàn)分層燃燒。精確控制噴射通過(guò)精確控制天然氣的噴射時(shí)間和量，實(shí)現(xiàn)混合氣的分層分布。燃燒過(guò)程優(yōu)化利用先進(jìn)的燃燒室設(shè)計(jì)和點(diǎn)火系統(tǒng)，優(yōu)化分層燃燒的火焰?zhèn)鞑ズ腿紵省７謱尤紵夹g(shù)減少氮氧化物排放低溫燃燒有助于減少氮氧化物的生成和排放，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)保性能。保持燃燒穩(wěn)定性在降低燃燒溫度的同時(shí)，確保燃燒的穩(wěn)定性和發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出。降低燃燒溫度通過(guò)調(diào)整燃燒室形狀、氣流組織和點(diǎn)火策略，降低天然氣燃燒的火焰溫度。低溫燃燒技術(shù)05排放控制系統(tǒng)集成與優(yōu)化采用多個(gè)控制器分別管理不同的排放控制部件，通過(guò)CAN總線等通信方式實(shí)現(xiàn)信息交互和協(xié)同控制。采用單一控制器集中管理所有排放控制部件，通過(guò)內(nèi)部算法實(shí)現(xiàn)各部件的協(xié)同工作和優(yōu)化控制?？刂葡到y(tǒng)架構(gòu)簡(jiǎn)介集中式控制系統(tǒng)分布式控制系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)排氣中的氧含量，向控制器提供空燃比反饋信號(hào)，實(shí)現(xiàn)空燃比的閉環(huán)控制。氧傳感器用于監(jiān)測(cè)排氣溫度、冷卻水溫度等關(guān)鍵參數(shù)，為控制器提供溫度信息，確保排放控制系統(tǒng)的正常工作。溫度傳感器包括廢氣再循環(huán)（EGR）閥、噴油器、點(diǎn)火線圈等，根據(jù)控制器的指令精確控制發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過(guò)程，降低排放。執(zhí)行器關(guān)鍵傳感器與執(zhí)行器選擇基于模型的控制策略通過(guò)建立發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)排放控制系統(tǒng)的精確控制。自適應(yīng)控制策略根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)工況和排放要求，自動(dòng)調(diào)整控制參數(shù)，使排放控制系統(tǒng)始終保持在最優(yōu)工作狀態(tài)。故障診斷與容錯(cuò)控制策略實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)排放控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)采取容錯(cuò)措施，確保發(fā)動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行和排放達(dá)標(biāo)?？刂撇呗蚤_(kāi)發(fā)與優(yōu)化06法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)及未來(lái)趨勢(shì)國(guó)際法規(guī)國(guó)內(nèi)法規(guī)國(guó)內(nèi)外法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)概述中國(guó)政府對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，已經(jīng)出臺(tái)了一系列針對(duì)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)排放的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，例如《非道路移動(dòng)機(jī)械用柴油機(jī)排氣污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第三、四階段）》（GB20891-2014）等。隨著全球?qū)Νh(huán)境保護(hù)的重視，國(guó)際海事組織（IMO）等國(guó)際機(jī)構(gòu)已經(jīng)制定了一系列嚴(yán)格的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)排放法規(guī)，例如TierIIINOx排放標(biāo)準(zhǔn)和硫氧化物（SOx）排放控制要求。更嚴(yán)格的排放法規(guī)隨著環(huán)保意識(shí)的提高和技術(shù)的進(jìn)步，未來(lái)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的排放法規(guī)將更加嚴(yán)格，對(duì)NOx、SOx等污染物的排放限制將更加苛刻。低碳化、零排放技術(shù)為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)將向低碳化、零排放技術(shù)發(fā)展，例如采用可再生天然氣、氫燃料等清潔能源，以及應(yīng)用碳捕集和儲(chǔ)存（CCS）技術(shù)。未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)實(shí)現(xiàn)更嚴(yán)格的排放法規(guī)需要更高的技術(shù)水平，如先進(jìn)的燃燒控制技術(shù)、