柴油机ＳＣＲ技术分析彭才望，阳林，贺绍华，王行（广东工业大学机电工程学院，广州５１（）《１（）ｆ））～，＇■．一Ｐ’Ｌ．翟曩ｔ壕·‘■决的问题。关键词：柴油机；Ｎｏ。；排放控制；选择性催化还原；尿素喷射中图分类号：ＴＫ４２１＋５文献标志码：Ｂ文章编号：１００卜５５２３（２ｆ）１１）０５一ｏｒＪ３６一０４世纪９０年代以来，各国对发动机排放法规的ｓｃＲ技术以后，发动机排放性能在很大程度上取决于对于尿２０不断严格，大大推动了发动机技术的发展。表１列出了欧盟重型柴油车Ｎｏ。排放标准。目前，素喷射系统的标定和在催化剂表面上进行的催化反应的匹国内的几家大型柴油机厂大都通过机内净化降低碳烟，然后利用ｓｃＲ系统降低Ｎｏ。排放的方法来满足国Ⅳ排放法规对碳烟和Ｎｏ。的。ｓｃＲ技术具有可以改善燃油消耗、抗硫中毒能力强等优点ｎ～，作为控制车用柴油机尾气排放的重要手段在欧洲等发达国家和地区已经得到了广泛的应用，对于改善由汽车尾气造成的大气污染发挥了重要作用。采用表１欧盟重型柴油车ＮＯｘ排放标准ｇ／ｋｗ·ｈ万方数据◆节能科技配。的指令后，提取一一定量的尿素液与压缩空气混合形成初步雾化尿素并通过喷．多余的尿素液返回尿素溶液灌。同时，按１选择性催化还原技术要实现欧Ⅳ对Ｎｏ。和ＰＭ较低的要求，目前主要有两条机后净化技术路线：一条是通过使用选择性催化还原（ｓｃＲ）技术，利用尿素溶液对尾气中的氮氧化物进行处理；还有一条是通过微粒捕集器（ＤＰＦ）或微粒催化转换器（Ｄｏｃ）．对燃烧产牛的微粒进行处理的ＥＧＲ（废气再循环）技术。ｓｃＲ这一技术路线具有燃油消耗低以及燃油品种相对不敏感的优点，目前已经成为围内外各大企业竞相发展的技术％１．１尿素最的多少选取一定比例的压缩空气，经另一管道通往喷。在喷里初步雾化的尿素与压缩宅气进一步混合形成尿素，喷入排气管。在排气管的混合区，尿素已经分解成ＮＨ，和Ｈ：ｏ并与烟气充分混合，然后进入ｓｃＲ反应装置｜４Ｊ征ｓｃＲ装置中的催化剂作用下，ＮＨ，迅速还原为氮气ＳＣＲ概述ｓｃＲ的一个最大的特点是发动机的内部燃烧允许最大优化方案，就是说尽可能的ｉ卜柴油在较高温度下富氧充分燃烧，这样产生的Ｎｏ。虽然含量较高但是ＰＭ的含量会较大幅度地降低，通过ｓｃＲ的催化还原效应。可以使尾气的Ｎｏ：含量火幅度降低（减少温室效应）。选择性催化还原的效率取决于气体温度：如果在２００～５００℃的温度范闸内工作，氮氧化合物到氮和水的转化率可达８５％。这种条作基本上就是实际车辆运行的条件。通过内部优化燃烧，燃油所含的硫只有极少部分转化为微粒，典型ｉ■ｈ薄南磊举一芦葡ｌ。一：埘ｌ矗由监付ＩＪ１９３９通信：。。。：压缩空气供应：［互星蔓曼噬．．习鼢国国——。—蜀＝忑＝＿。一分解区域ＳＣＲ砖”＿８－图１ＳＣＲ系统原理图的转化率是１．５‰即使含硫量为ｏ．０３５％时（即欧Ⅲ燃油），也能够满足欧Ｉｖ／ｖ微粒排放限值，这意味着在市场推广阶段，如果欧Ｉｖ燃油供应未能覆盖全同时，这种车辆也可以行驶于城市之间和国家之间。为了早口与世界接轨，我国２００７年初引进欧Ⅲ标准，２０１０年引进欧Ⅳ标准，至于欧Ｖ标准何时引进还未确定。（Ｎ：）和水（Ｈ２０），随烟气排入大气。在ｓｃＲ中设有两层催化层，催化层由一块块催化砖整齐排列，将催化层塞满。而催化砖是将催化剂拌入耐温材料中．做成透气小孔的砖块。这样能保证排气流通顺畅，尽量减少阻力，降低排气阻力。同时，又扩大了流通面积，保证混有氨气（Ｎ心）的废气在通过催化层时，能更多的搠触图蝴Ｉ，使日｝气中的Ｎｏ。得到充分还原。２国内ＳＣＲ应用情况分析１．２化学反应机理ｓｃＲ系统通过还原剂把氮氧化物转化为Ｎ２和ｏ：。一般是选择尿素水溶液作为还原剂。尿素水溶液喷射到催化剂逆流方向的排气管中，在废气温度和气流作用下气化分解为ｃｏ：和氨水，氨水作为还原剂将Ｎｏ。还原为无污染的氮气和水。主动再生ＥＧＲ＋Ｄｏｃ＋ＤＰＦ技术ＴＰＭ（总颗粒物）转化效率远远高于同Ｉｖ法规限值的要求，而主动再生标定技术非常复杂，发动机开发周期较长，成本也较大，所以国Ｉｖ阶段可暂不考虑。而作为过渡阶段的被动再生Ｅ—ＧＲ＋Ｄｏｃ＋Ｐｏｃ技术，因为被动再生受到许多发动机使用工况的，往往需要低硫柴油相配合（小于ｏ．００５％），可在油品质量得到保证，车辆使用工况能够满足再生要求的情况下使用。但需要有效的监控管理策略，以防止在实际使用中原理见图１。尿素泵将尿素溶液灌中的尿素液泵入计量器中，形成具有一定压力的尿素液。计量器控制单元收到控制中心因过滤器没有及时再生而失效，导致尾气ＴＰＭ排放远远超１．３系统构成及工作原理ｓｃＲ系统包括尿素水溶液储罐、输送装置、计量装置、喷射装置、催化器以及温度和排气传感器等。系统的基本工作万方数据冒踞幽甾譬＿ｌＦ卜节能科技Ｉｖ标律，不妨将此当作一种备选方案。冈２是满足欧Ⅳ珞线图。体积的活忖：主要的解决方法如卜：（１）提供催化剂本身的催化活性。目前的催化剂卡要足Ｔｉｏ二一ｗｏ，一Ｖ：（）；或者Ｔｉｏ！一Ｍｏｏ、一ｖ：ｏ；，高温特性好，牛成的Ｎ二。较少。（２）提高化学反出速率。研究发现，当Ｎｏ。中的Ｎｏ！比例增加时．可以提高低温条件下Ｎｏ，转化效率，当Ｎｏ和Ｎｏ：的浓度比为１时Ｎｏ。转化效率最佳，并且低温时比标准ｓｃＲ反应的反应速：莽快很多。这就是快速ｓｃＲ反应：拍Ｈ坨叭∞∞¨陀４ＮＨ一２Ｎｏ！＋２Ｎｏ—｝４Ｎ２＋６Ｈ２０Ｎｏ：在车用柴油机废气中大约占到５％～１（）％。要想提高Ｎｏ：的比例，需要在ｓｃＲ反应器前安装一个氧化催化转换图２满足欧Ｉ＼，技术路线图器，Ｈ｛铂作为催化剂的活性成分，将部分的Ｎｏ氧化成Ｎｏ。然而，在高空速温度低】：２００℃，将很难使Ｎｏ转化为Ｎｏ：二［在的问题崔化剂的体积车用柴油机ｓｃＲ系统要求催化剂的体积不能过人，但为柴油机排气温度变化范罔宽，并且柴油机运行过程中均空气始终是过最的，这样便会产生很多的废气。因此，系统的催化剂体积又不能过小。通常，提高催化剂单位所以这就需要考虑提高预氧化催化剂的活性。由于热力学、卜衡，高温时候Ｎｏ：的转化也会受到。不过这样的彳，时候是有益的，因为随着温度的升高，Ｎｏ的氧化速率也在提高，当Ｎｏ：占到５０％以上时将会减慢其反应速率。３．２尿素ＮＨ，具有很强的选择性，足良好的还原剂，但是ＮＨ，｝｝麓叠研究与利用．２０１１年第５期Ⅱ０ＥＲ（ｔｙｋｌ§Ｉ：＾Ｒｒ：Ｈ＆ＬｒｌｌＵＺ＾】１０Ｎ万方数据有毒性，且不易存储。尿素水溶液无毒，存储方便，没有刺激性气味，因此一般用尿素水溶液作为车用柴油机ｓｃＲ系统的还原剂。首先，尿素水溶液雾化后被喷入高温废气当中，被分解为水蒸气和固态尿素，随后固态尿素被加热发生热分解反应，生成ＮＨ，和ＨＮｃｏ（异氰酸），异氰酸在固体催化剂的作用下，容易发生水解反应。生成Ｎ心和ｃ０２。车用柴油机ｓｃＲ系统从尿素喷射地方到催化剂入口处的距离非常近，这样就导致尿素在进行热解，水解反应的时间很短，很容易造成反应进行不完全，结果使ＮＨ，和ＨＮｃｏ∞∞加ＯＯ．２Ｏ．４Ｏ．６Ｏ．８ｎ（ＮＨ，）／ｎ（忖Ｄｘ）图３丁－３２５０ＣＳＣＲ特性一转化效率和氨泄漏率∞∞∞柏∞ＯＯ．２０．４Ｏ．６ｎ（ＮＨ８帅（ＮＯｘ）图４丁－４０５。ＣＳＣＲ特性一转化效率和氨泄漏率万方数据和尿素一同进入ｓｃＲ反应器。这会对正常的ｓｃＲ反应造成不利影响，并且还会影响到Ｎｏ。和还原剂的均匀混合。如果在ｓｃＲ反应器前再安装预氧化催化转化器，那么尿素喷射器装置只能安装在预氧化催化转化器和ｓｃＲ反应器之间，在这种情况下，这个问题会显得更加突出。３．３氨泄漏用尿素做还原剂，主要成分是ＮＨ，。车辆排放的废气温度可能从怠速的１０１）℃变化到全负荷的６５０℃，因此在不同的工况下需要喷射的还原剂量变化很大，但是ＮＨ，吸附到催化剂的能力会随着温度的升高而有所降低，这样很容易造成氨泄漏，目前主要通过以下措施来减少氨泄漏。（１）可以优化尿素喷射控制策略，尿素喷射时，计算Ｎｏ。的流量，而且还要考虑催化剂活性及其相应的温度，并采用闭环控制。（２）安装后氧化催化装置。将过剩的ＮＨ３氧化掉。通常采用Ｐｔ作为催化剂，只是其催化活性对温度具有很大的依赖性，在温度低于２５０℃，活性不是很高，但是当温度增加时，活性随之提高，但会增加Ｎ２０和Ｎｏ的形成。特别是在２５０～３００℃，会生成较多的Ｎ２０５一，图３和图４分别是温度在３２５℃和４０５℃时ｓｃＲ特性一转化效率和氨泄漏量。４结语ｓｃＲ系统在车用柴油机上的应用还有很大的发展空间，目前主要被应用于重型车辆上，特别是卡车，但是在轿车柴油机上安装ｓｃＲ装置成本花费太高，不易被接受。所以对于轿车柴油机来说，另一种后处理技７Ｒ—吸附还原催化技术可能是更好的选择。参考文献：【１】冉建忠．利用选择性催化还原反应ｌＳＣＲ）降低车用柴油氮氯化物的技术研究【Ｄ】．济南：山东大学。２∞旧．【２】冉建忠，李国祥．佟德辉．Ｈｐ和ＳＯｚ在ＮＨ。选择催化还原ＮＯｋ过程中的影响【Ｊ】．内燃机工程。加∞，２９１３）：５ｐ弱．∞．３２—３４．３２－３４．收稿日期：２０１１—０８—２７【３】卢继东．ＳＣＲ技术在国内车用柴油机上的应用【Ｊ】．翻造与装备。卸０７．（５ｌ：【４】肖青云。吕庭豪．ｓＣ阵—一种新型环保装置【Ｊ】．航海工程．２０Ｉ∞。（２ｌ：【５】黄金科．汽车排放污染殛控制【Ｍ】．北京：人民交通出版社．２０晒．嘲王丙朝．车用Ｕ嗍—ＳＣ只技术面临的问窟ｆＪ】．上海汽车．舢。１７Ｊ：３“３７
