柴油發(fā)動機尾氣后處理技術SCR的應用

1、柴油發(fā)動機尾氣后處理技術（SCR的應用林曉周（華南理工大學機械與汽車工程學院11級車輛1班201130080454）摘要：隨著柴油機排放法規(guī)的日益嚴格，后處理技術是滿足歐IV及以上排放法規(guī)必須采用的技術措施。2010年之后，國家計劃三年內(nèi)實施柴油車國IV標準，這對EGR技術提出了極大挑戰(zhàn)。EGR技術難以適應柴油車更加嚴格的排放要求，而SCR則能滿足國IV及國V排放標準，因此SCR技術成為了市場發(fā)展主流。SCR技術被稱為目前比較流行和廣泛的機外柴油機排放控制技術。全稱叫選擇性催化還原技術，其轉(zhuǎn)化器具有很強的選擇性，主要是針對NOx的排放控制，其還原系統(tǒng)的還原劑可用各種氨類物質(zhì)或者各種HC。關鍵詞

2、：SCR、尾氣后處理技術、柴油機、NOxEGRWSCR爭為了滿足歐IV歐V1排放法規(guī)，歐美中重型商用車及柴油機企業(yè)在尾氣后處理方面，主要采用了兩條排放控制技術路線。其一是“優(yōu)化燃燒+SCR”技術路線，簡稱SCR路線。其基本工作原理是通過優(yōu)化柴油發(fā)動機缸內(nèi)燃燒過程，使燃燒廢氣中的一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）及顆粒（PM）等排放物得到有效控制并達到法規(guī)要求，最后對發(fā)動機排出尾氣中含量較高的氮氧化物通過專門的車載后處理系統(tǒng)進行技術處理，以滿足法規(guī)要求。這一技術路線目前在歐洲占主流，歐洲長途載貨車幾乎全部采用這一方案。其二是EGR+DOC/DPF/POC（廢氣再循環(huán)+柴油氧化催化器/柴油顆粒過

3、濾器/顆粒氧化催化器）”技術路線。其中以EGR+DPF”應用最廣泛，簡稱EGR路線。EGR（廢氣再循環(huán)）技術，是將柴油機排氣中的少部分廢氣經(jīng)EGR閥進入進氣系統(tǒng)，與混合氣融合后進入氣缸參與燃燒。少部分廢氣進入氣缸參與混合氣的燃燒，降低了燃燒時氣缸中的溫度，因NOx是在高溫富氧的條件下生成的，故對NOx進行了抑制，從而降低了廢氣中NOx的含量。這一技術路線在北美市場占主流。SCR技術是目前世界各國特別是歐盟各國普遍采用的控制柴油車尾氣排放的一項成熟技術。目前，幾乎所有的歐洲載貨汽車制造商，比如達夫、依維柯、梅賽彳i斯-奔馳、雷諾以及沃爾沃公司，為了減少載貨汽車尾氣中有害成分的排放，均采用了SCR

4、技術。SCR系統(tǒng)簡介SCR系統(tǒng)反應原理SCR是Selective（選擇性）、Catalyic（催化）、Reduction（還原）的英文縮寫，是一種機外凈化系統(tǒng)。NOx選擇性催化還原技術作為有效的排氣后處理措施最初應用在鍋爐、焚燒爐和發(fā)電廠等固定式的污染源上以降低NOx的排放。基本原理是以氨氣作為還原劑，在催化劑的作用下將柴油機排氣中有害的NOx轉(zhuǎn)化為無害的氮氣（N2）和水蒸氣。由于氨氣本身雖然無毒，但是一種刺激味很強的氣體，不便于直接在汽車上使用，故采用向排氣管中噴射尿素水溶液的方式提供反應所需的氨氣。戴-克Actros和沃爾沃FH12重卡達到歐IV、歐V排放所用BlueTec技術的基礎就是S

5、CR系統(tǒng)。SCR技術的一個非常顯著的優(yōu)點就是它對燃油中的硫不敏感。在SCR系統(tǒng)中發(fā)生的復雜的物理和化學反應包括：尿素水溶液的噴射、霧化、蒸發(fā)、尿素的水解和熱解氣相化學反應以及NOx在催化劑表而與NH3發(fā)生的催化表而化學反應。選擇催化還原技術，是利用排氣管廢氣的熱量使得還原劑（尿素+水）熱解生成氨氣，并在催化器表面涂層的催化作用下與廢氣中的NOx進行還原反應生成氨氣和水。反應式如下：（NH）工CO工+H.02NH3+CO工4NH&+4NO+里+C024NHS+2NO+2NC%*4N2+6H式）SCR系統(tǒng)工作原理SCR控制器、尿素噴SCR系統(tǒng)主要由尿素罐、尿素泵、壓縮空氣罐、計量供給裝置、

6、射裝置、SCR催化器和傳感器等組成（圖1）發(fā)動機燃燒推出廢氣發(fā)動機冷卻液SCH催化器尿李噴時裝置尿素餐i計區(qū)供給裝酋SLHteL液位傳感器2.魅度傳感器3.催化需人口排氣溫度傳感器4.SCR催化劑5.催化器出口排氣溫度傳感器圖】SCR系統(tǒng)期成尿素罐用于尿素溶液的儲存與供給。尿素箱上安裝有液位及溫度傳感器。液位傳感器用于系統(tǒng)診斷、尿素用量監(jiān)控及低液位報警等。溫度傳感器則用于監(jiān)測尿素溶液的溫度，來確定是否需要啟動或者關閉加熱裝置，防止溶液凍結(jié)或過熱。對尿素溶液的加熱多利用發(fā)動機冷卻液實現(xiàn)。尿素泵為尿素溶液輸送到噴射裝置提供動力。壓縮空氣罐用于給計量裝置提供壓縮空氣，使得尿素液滴在計量裝置內(nèi)提前霧化

7、，并可將管路中的尿素溶液吹除干凈，防止尿素在管路中殘留結(jié)晶阻塞管路?？刂破魍ㄟ^控制計量裝置可控制發(fā)動機不同工況下的尿素噴射量，并有檢測系統(tǒng)故障的功能；噴射裝置主要是將霧化溶液均勻地噴人發(fā)動機排氣中，以提高催化劑的轉(zhuǎn)換效率。SCR催化器由載體、涂層、封裝3部分組成，是進行凈化反應的主要場所。其上安裝的溫度傳感器可以檢測催化劑是否達到要求的溫度來保證催化還原反應的正常進行，并據(jù)此確定需要噴人的尿素量。SCR系統(tǒng)中計量裝置與噴射裝置最為重要的噴射量，二者的精度及響應速度直接影響尿素溶液。SCR工作時，尿素泵運轉(zhuǎn)吸出尿素罐內(nèi)的尿素溶液，在壓縮空氣作用下，尿素溶液在計量單元內(nèi)提前霧化混合，計量單元根據(jù)S

8、CR控制器傳來的尿素噴射量控制信號將一定的尿素溶液通過噴射裝置噴射到SCR催化器前的排氣管內(nèi)。在排氣管內(nèi)尿素溶液中的水分迅速氣化，尿素分解出的氨隨排氣一起進人催化器，再經(jīng)過氨擴散器進一步混合后，在催化器表面與氮氧化物經(jīng)過充分的催化反應，將NOx轉(zhuǎn)化為無害的氮氣和水并隨排氣排出發(fā)動機。SCR系統(tǒng)弊端SCR盡管有很多優(yōu)點，但也存在著一些亟待解決的問題。第一，使用SCR技術需要在車上安裝一套選擇性催化還原系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅占用空間大、增加車重，而且需要建設一套完整的尿素溶液加注基礎設施。第二，使用SCR系統(tǒng)對OBD監(jiān)控系統(tǒng)提出了更高要求，發(fā)動機及零部件企業(yè)在電子系統(tǒng)開發(fā)難度上都有所增加。第三，也是業(yè)界爭議最大的是SCR系統(tǒng)使用中的誠信問題。如可能會發(fā)生尿素供應商用偽劣尿素以次充好的問題。如果用戶在利益驅(qū)使下不使用SCR系統(tǒng)，將帶來排放嚴重超標的問題。另外，目前控制中國絕大部分加油站的兩大石化巨頭，至今還沒有建設尿素溶液補給站。國內(nèi)柴油車進入更加嚴格的排放時期，使用SCR技術已經(jīng)沒有太多爭議，但就這種技術路線而言，由于后處理系統(tǒng)生產(chǎn)商、尿素溶液供應商不同，有時會產(chǎn)生截然不同的效果。公交行業(yè)在國內(nèi)最早使用SCR技術。國內(nèi)有部分使用了SCR技術的國V公交車，在使用的過程中陸續(xù)