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    柴油發動機尾氣后處理技術應用研究

    發布時間:2020-04-28 08:51所屬分類:交通運輸瀏覽:1加入收藏

    摘要:近些年來,我國經濟得到快速發展,但隨之而來的是嚴重的環境污染問題,空氣污染最為嚴重。一系列的環境問題不斷出現,其中很大一個原因是汽

      摘要:近些年來,我國經濟得到快速發展,但隨之而來的是嚴重的環境污染問題,空氣污染最為嚴重。一系列的環境問題不斷出現,其中很大一個原因是汽車尾氣的排放不符合標準,為了改善這個情況,政府制定了相關的汽車排放標準,減少排放污染。這就需要相關技術人員對柴油發動機進行改造,使其排出廢氣符合排放標準。本文主要對目前所使用的柴油發動機尾氣后處理技術SCR的應用現狀進行分析研究,探討尾氣處理的未來發展趨勢。

      關鍵詞:SCR;柴油機;尾氣處理;NOx

    汽車尾氣論文

      目前,我國的汽車市場得到不斷地發展和擴大,汽車越來越功能性,其使用也越來越多樣化,極大的推動了我國經濟的發展,起到了不可替代的作用。但是,我們也要承受由于汽車尾氣排放帶來的污染問題,改善尾氣污染現狀。汽車尾氣中最大的污染氣體主要是NOx,以及其他燃燒不充分的氣體,柴油發動機中尾氣排放處理裝置主要針對NOx的處理。現今在市場上比較普遍的尾氣后處理技術為SCR技術。

      1 尾氣處理后技術應用現狀

      汽車的排放標準根據其生產注冊年限不同其排放標準也不同,現在我國的排放標準其實和歐洲排放標準類似。對柴油機而言,達到國家排放標準,最難的是降低顆粒和氮氧化物的排放,我國的排放標準和歐洲排放標準在排放指標等級上是一致的,就目前而言,歐Ⅳ~歐Ⅵ的排放標準要求較為嚴格,且逐級遞增,因此,為滿足該環保要求,許多國家的汽車企業對汽車尾氣處理技術下足了功夫。通常情況下,汽車尾氣排放控制常用的兩種途徑為EGR和SCR。

      1.1 EGR技術現狀

      1.1.1 EGR技術簡介

      EGR技術指的是將柴油排氣中的一部分廢棄氣體通過EGR進入到進氣系統,和其他混合氣體混合后,再次進入到氣缸中進行充分燃燒的過程Ⅲ。EGR技術的基礎原理是廢氣再循環(EGR)+柴油氧化催化器(DOC)/柴油顆粒過濾器(DPF)/顆粒氧化催化器(POC),這三條途徑可以分別實現尾氣處理。目前,國內使用EGR技術的主要路線為EGR+DOC+DPF+SCR,普遍運用于各大機廠。

      1.1.2 EGR技術原理

      EGR技術將發動機排出的廢氣再重新送進進氣管,與新的混合氣體(燃料)一起再次進入氣缸進行燃燒反應。但是由于廢氣中存在大量的二氧化碳等多原子氣體,而二氧化碳氣體無法燃燒,氣缸內同樣的體積卻少了許多能燃燒的氣體,稀釋了氣缸內混合氣體的氧含量,從而使得氣缸內的溫度降低,減少了NOx的生成。

      1.1.3 EGR技術限制

      由于廢氣重新進入氣缸參與燃燒,導致氣缸內的設定燃料的純度和量都發生一定的變化,發動機各個環節和參數也會發生相應的變化,這就無形當中創造了很多不確定因素,對發動機的影響是多方面的,極易影響發動機的整個運行狀態。

      1.2 SCR技術現狀

      SCR技術其路徑為“優化燃燒+SCR”,所以簡稱為SCR技術。SCR技術原理是對柴油發動機內的燃燒過程進行優化處理,使燃料進行充分燃燒,降低混合廢氣的混合度,使廢氣中基本為某一化合物,然后再對該化合物進行處理翻。柴油發動機中的燃料經過充分燃燒后的尾氣主要為NOx,在隨后的尾氣處理裝置中利用專門的技術系統進行處理,使其達到排放標準進行排放。

      2 SCR技術的應用原理

      2.1 SCR系統反應原理

      就單純的SCR技術而言,其是獨立于發動機的機外凈化系統,因為其所有的反應其實是在發動機內反應完成然后排除尾氣時才開始的。SCR意為選擇性催化還原技術,這一柴油發動機尾氣后處理技術在歐洲的使用率很高,基本上所有跑長途的載貨汽車都是用的是這種技術,這和歐洲國家的發達程度也有一定的關系。

      SCR技術的選擇性還原主要針對的是NOx,針對NOx的選擇性還原技術最初并不用于柴油發動機尾氣處理,而是應用于鍋爐、焚燒爐、發電廠等的廢氣排放處理上,因為這些主要使用煤炭作為燃料,廢氣中會含有較多的NOx,使用該技術來減少NOx的排放。對NOx進行選擇性還原的原理是利用氨氣作為還原劑,在催化劑的作用下,充分反應,將NOx轉化為氮氣和水蒸氣[3]。但是,直接使用氨氣作為還原劑是不現實的,氨氣雖然是無毒氣體,但是其氣味極具“殺傷力”,使人無法接受,這就導致在汽車上無法直接使用氨氣。因此,將氨氣換為尿素的水溶液,通過向排氣管中噴射尿素的水溶液的方法為反應提供所需要的氨氣。SCR技術的一個最大的亮點便是其對硫不敏感,不會導致一些硫化物的生成。

      2.2 SCR工作反應原理

      2.2.1 SCR系統的反應原理(圖1系統工作基本原理)

      柴油發動機尾氣排出后進入排氣混合罐,在混合管上裝有控制尿素噴射的裝置,從而噴入尿素水溶液進入系統,為進一步反應,尿素水溶液需轉換為氨氣[4]。尿素水溶液不穩定,在高溫條件下,尿素和水產生分解生成氨氣,此時,將氨氣與尾氣混合,在SCR系統內,氨氣和NOx在催化劑表面進行反應,還原NOx,產生氮氣。此外,裝置內部還設了氧化環節,參與反應的氨氣為使NOx幾近完全反應,故氨氣的含量必然多余NOx,所以,在反應剩余物中,還有部分氨氣的存在,為防止氨氣泄漏,所以SCR系統內增設了氧化裝置,將多余的氨氣氧化為氮氣。

      2.2.2 SCR電控系統的工作原理

      SCR電控系統是指用SCR電力調整器控制的加熱系統,SCR系統的整體運作是在對電控單元嚴格控制的前提下進行的。SCR電控系統工作時,SCR控制器會接收到來自發動機控制器傳遞的信息,采集催化器的排氣溫度、NOx的濃度、催化劑的狀態、尿素水溶液的濃度以及尿素水溶液儲存箱內的液位等相關信息,根據SCR系統提前設置好的尿素噴射控制標準,噴射尿素水溶液進行反應。此外,為了防止尿素結晶阻塞噴射導管,尿素水溶液停止噴射后,SCR電控系統控制尿素泵將噴射導管中剩余的尿素水溶液抽回尿素箱,在較冷的環境下,電控系統還需要控制啟動加熱功能對尿素水溶液進行加熱,防止其結冰導致系統相關器件損壞[5]。

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