scr技術(shù)在車用柴油機(jī)no

scr技術(shù)在車用柴油機(jī)no

在世界范圍內(nèi)，汽車的燃油化已成為一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。與汽油機(jī)相比，汽油機(jī)具有良好的油耗、低維護(hù)和低維護(hù)成本等優(yōu)點(diǎn)。在汽車行業(yè)中，它已發(fā)展成為一個(gè)領(lǐng)域。柴油機(jī)的主要排放物有CO,HC(少量),NOx及碳煙微粒(PM),其中NOx為影響較大的有害氣體之一,NOx排放對(duì)于環(huán)境和人體健康的危害逐漸為人們所認(rèn)識(shí)。限制柴油機(jī)NOx排放的法規(guī)也從無到有,從寬松到嚴(yán)格,如何降低車用柴油機(jī)NOx排放的研究顯得尤為重要。1還原后處理方法世界各國(guó)的排放法規(guī)越來越嚴(yán)格,要滿足高要求的排放就要采用催化還原技術(shù)。目前研究開發(fā)中的柴油機(jī)NOx催化還原后處理方法有:選擇非催化還原(SNCR);選擇催化還原(SCR);非選擇催化還原(NSCR)等3種。這3種方法都已在治理發(fā)電廠鍋爐的NOx排放中得到了成功的應(yīng)用,對(duì)固定工況運(yùn)轉(zhuǎn)的大型柴油機(jī)也有不少應(yīng)用實(shí)例。作為有希望的車用柴油機(jī)NOx后處理方法,SCR法的研究開發(fā)在大量進(jìn)行,并且國(guó)外也已經(jīng)開始投入實(shí)際使用。1.1反應(yīng)設(shè)計(jì)SCR裝置依據(jù)NO還原基本原理,將尿素與水以適當(dāng)比例混合,噴入廢氣中,能將廢氣中的NOx還原成氮?dú)?N2)和水(H2O),其化學(xué)反應(yīng)方程式如下CO(NH2)2+2H2O→2NH3+COCΟ(ΝΗ2)2+2Η2Ο→2ΝΗ3+CΟ2+H2O,4NH3+2NO2+O2→3N2↑?+6H2O,4ΝΗ3+2ΝΟ2+Ο2→3Ν2↑+6Η2Ο,4NH3+4NO+O2→4N2↑?+6H2O4ΝΗ3+4ΝΟ+Ο2→4Ν2↑+6Η2Ο。在高溫環(huán)境中(溫度高于300℃),再加上催化劑的作用,廢氣中的NOx能迅速與氨氣(NH3)反應(yīng),生成N2和H2O。而柴油機(jī)的排氣溫度一般在300℃~500℃范圍內(nèi),滿足了NOx還原所需的溫度條件。1.2尿素噴槍加scr裝置SCR還原裝置系統(tǒng)流程原理如第6頁(yè)圖1所示,尿素泵將尿素柜中的尿素液泵入計(jì)量器中,形成具有一定壓力的尿素液待用。計(jì)量器收到控制中心的指令后,提取一定量的尿素液與壓縮空氣混合形成初步霧化尿素并通往噴槍,多余的尿素液返回尿素柜。同時(shí)按尿素量的多少選取一定比例的壓縮空氣,經(jīng)另一管道通往噴槍。在噴槍里初步霧化的尿素與壓縮空氣進(jìn)一步混合形成尿素霧,噴入排氣管。在排氣管的混合區(qū),尿素已分解成NH3和H2O并與煙氣充分混合,然后進(jìn)入SCR反應(yīng)裝置。SCR裝置的催化劑作用使NH3將迅速還原為N2和H2O,隨煙氣排入大氣。在SCR中設(shè)有兩層由一塊塊催化磚整齊排列的催化層。催化磚是將催化劑拌入耐溫材料中,做成有透氣小孔的磚塊,保證排氣流通順暢,盡量減少阻力,降低排氣壓力。同時(shí)又?jǐn)U大了流通面積,保證混有NH3的廢氣在通過催化層時(shí),能更多地接觸到催化劑,使排氣中的NOx得到充分還原。在有些SCR裝置中,每個(gè)催化層都設(shè)有壓縮空氣吹洗管,定時(shí)排出壓縮空氣,將附著在催化磚中的塵土及煙灰吹走,隨煙氣排至大氣。保持催化磚干凈,保證催化磚不被堵塞,使煙氣能順暢地通過催化磚,并在催化劑的作用下,使NOx被迅速還原。2國(guó)外scr的應(yīng)用為了滿足日趨嚴(yán)格的排放法規(guī),國(guó)外許多汽車及發(fā)動(dòng)機(jī)制造商已經(jīng)開始把SCR技術(shù)運(yùn)用到產(chǎn)品上,也就意味著SCR開始進(jìn)入實(shí)用階段。2.1尿素溶液噴入scr系統(tǒng)針對(duì)計(jì)劃于2005年10月實(shí)施的歐Ⅳ標(biāo)準(zhǔn),康明斯將采用集成式排放控制系統(tǒng)IEM技術(shù),即把發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)凈化和尾氣后處理集成在一起,實(shí)現(xiàn)“從進(jìn)氣到排氣”的全過程控制。為了有效地控制排放,康明斯IEM采用了高效的SCR,并由電控模塊對(duì)其進(jìn)行控制。電控系統(tǒng)能夠根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)工作狀況,準(zhǔn)確地將適量的催化劑(尿素溶液)噴入SCR裝置前端的排氣氣流中。這個(gè)過程將產(chǎn)生催化反應(yīng),從尿素溶液中釋放出NH3,對(duì)排氣中的NOx進(jìn)行還原,從而有效地減少發(fā)動(dòng)機(jī)的排放。電控系統(tǒng)還可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴射、缸內(nèi)燃燒和進(jìn)氣狀況,對(duì)SCR催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)行同步控制。為了確保車輛運(yùn)行中SCR系統(tǒng)工作正常,康明斯IEM帶有一個(gè)全自動(dòng)的車載排放診斷系統(tǒng)(OBD),駕駛員可以通過駕駛室中的儀表或指示燈隨時(shí)了解SCR系統(tǒng)的運(yùn)行情況。車載排放診斷系統(tǒng)可以提醒駕駛員及時(shí)加注尿素溶液,按時(shí)對(duì)SCR系統(tǒng)進(jìn)行保養(yǎng)。在SCR系統(tǒng)工作過程中,尿素溶液以燃油消耗量5%的比例噴入排氣氣流中。根據(jù)車輛的不同類型和使用情況,車輛上安裝的尿素溶液儲(chǔ)存罐與燃油油箱的容積比通常為1∶1,2∶1或3∶1。在歐洲,環(huán)保部門已經(jīng)開始在商用車上推廣使用SCR系統(tǒng),用戶可以方便地購(gòu)買和使用尿素溶液,確保車輛排放滿足歐Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)。車輛使用康明斯IEM系統(tǒng)后,燃油經(jīng)濟(jì)性的提升將抵消使用尿素溶液增加的成本。尿素溶液的噴射由康明斯電控系統(tǒng)精確控制,可以完全消除尿素溶液的泄漏和產(chǎn)生的氣味。2.2尿素scr系統(tǒng)丹麥格倫德福斯公司和托普索科技公司合作研發(fā)出卡車用新型柴油引擎催化轉(zhuǎn)化器。該裝置可節(jié)省4%的耗油量,將對(duì)人體有害的納米級(jí)PM排放量減半,并降低NOx和烴的排放量,減少柴油燃燒時(shí)產(chǎn)生的異味。格倫德福斯公司作為泵和電子控制系統(tǒng)的供應(yīng)商與催化劑的研制者托普索公司進(jìn)行了戰(zhàn)略伙伴合作,開發(fā)出了這套系統(tǒng)。格倫福德斯公司估計(jì)至2010年,這一裝置在全球市場(chǎng)的銷售總額將達(dá)到800億丹麥克朗(約合96億美元)。這套尿素SCR系統(tǒng)能夠有效地消除大部分的NOx和未燃HC及柴油機(jī)排氣中那些危害人類健康的物質(zhì)。柴油難聞的氣味主要是它的成分中有未燃烴,將未燃烴去除,柴油車的工作環(huán)境將得到很大的改善。SCR系統(tǒng)基本由尿素儲(chǔ)存罐、尿素噴射系統(tǒng)和催化器組成。通過向汽車排出的氣體噴入尿素,尿素分解為NH3來去除NOx。NOx與NH3反應(yīng)在催化劑的表面生成沒有危害的氣體N2和水蒸汽。HC和PM被留在催化器上,但不會(huì)與噴射的尿素混在一起。噴射的尿素是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32.5%的溶液,用手接觸是很安全的,不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。2.3開發(fā)scr系統(tǒng)戴姆勒—克萊斯勒公司日前宣布,為了使配備柴油機(jī)的商用車符合歐Ⅳ及歐Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn),采用了使用尿素的SCR法。該公司將于2005年上半年在卡車及大巴中采用SCR法,在2006年10月符合歐Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)前,開始階段性地支持歐Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)。該公司今后還將繼續(xù)開發(fā)SCR技術(shù),以盡早達(dá)到歐Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)的要求。SCR法采用在尾氣中噴射質(zhì)量含量為32.5%符合DIN70070標(biāo)準(zhǔn)的霧狀尿素水溶液“AdBlue”方法,將NOx還原成N2及H2O。尿素消耗量約為柴油消耗的6%。長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)目ㄜ?2L尿素可行駛100km,如配有100L的燃料罐,補(bǔ)充一次尿素可行駛5000km。據(jù)報(bào)道,配備SCR系統(tǒng)的維修成本等不會(huì)增加,無需使用低S柴油燃料。在商用車上采用尿素SCR系統(tǒng)時(shí),必須進(jìn)行小型化設(shè)計(jì),以便配備觸媒及尿素罐;還必須完善補(bǔ)給尿素的基礎(chǔ)設(shè)施。SCR系統(tǒng)的設(shè)計(jì)始于20世紀(jì)80年代,目前已在商用車進(jìn)行了SCR系統(tǒng)的安裝試驗(yàn);尿素基礎(chǔ)設(shè)施方面,也已開始在加油站進(jìn)行試驗(yàn)性供給。目前,為在SCR系統(tǒng)投入實(shí)際使用之前完善基礎(chǔ)設(shè)施,該公司正在與AdBlue廠商共同建設(shè)補(bǔ)給站。2.4梅塞德斯—梅塞德斯—奔馳為了達(dá)到2007年施行的EPA最新的環(huán)保法規(guī),世界汽車知名制造商梅塞德斯—奔馳公司也已經(jīng)把SCR這種后處理技術(shù)運(yùn)用到他們生產(chǎn)的柴油車中,并考慮把這一系統(tǒng)配置到部分的商務(wù)車中。3不同因素對(duì)柴油排氣污染物的影響SCR作為一種新的后處理技術(shù),雖然能使柴油機(jī)排氣污染物大幅度地降低,但它也受多個(gè)方面因素的影響,使其性能還不夠穩(wěn)定,必須加以改進(jìn)研究。3.1溫度適宜的溫度SCR還原反應(yīng)過程中必須有O2存在并且有適宜的溫度。溫度過高時(shí),NH3可能自行燃燒而不與NOx起反應(yīng);溫度太低,則反應(yīng)速度可能太慢,由此產(chǎn)生的冷凝還將損壞催化劑。3.2減少柴油中scr的效率柴油品質(zhì)的好壞也間接影響了SCR的工作效能。柴油中的S含量將會(huì)使裝置里的催化劑中毒, 將使SCR的工作效率大大降低。所以,燃油品質(zhì)的提高與SCR的廣泛使用有著密切的聯(lián)系。3.3影響裝置的效率柴油機(jī)排放物中的一個(gè)主要污染成分就是PM。如果過多的PM堆積在催化器中就會(huì)使排氣不暢通,增加阻力,混合氣不能充分與催化劑接觸,裝置的效率將會(huì)大大降低。在SCR裝置進(jìn)行催化還原反應(yīng)前先讓排氣通過顆粒捕集器,既可以降低柴油機(jī)PM的排放,同時(shí)也解決了SCR中PM粉塵的影響。4存在的問題及應(yīng)用前景SCR技術(shù)是一種能有效降低車用柴油機(jī)NOx排放的機(jī)外控制措施,在國(guó)