汽油发动机台架的尾气排放处理方案TWC、DPF、DOC、SCR

1、汽油发动机台架的尾气排放处理方案TWCDPFDOCSCR一、汽油发动机的尾气处理系统一般地，汽油发动机的尾气处理系统由三元催化来完成。三元催化是一种氧化催化 剂，在富氧燃烧的条件下（在1.0附近），如图1所示，可以将尾气中的一氧化碳（CO，碳氢（HC）,和氮氧化合物（NOx）同时除去。U.OS Auoo05A-5BO%吉U世2匸山090.971.0103Air/Fuel Ratio （Lambda）图1. 一个典型三元催化剂中转换效率与空燃比的关系二、汽油发动机台架的尾气处理系统2.1尾气处理方式如果发动机在台架内正常运转，值控制在窗口范围内，三元催化就能完成尾气处理的功能。但是台架中的发动机

2、由于处于测试状态，很可能不能对值进行有效控制，或者催化剂本身工作不正常。在这种情况下，就要对发动机尾气进行特殊处理。发动机工作 不正常表现在或者过于富燃（，二丄'），或者过于稀燃（，：）。在发动机过于富燃时，如图1所示，NOx的转换效率会很高，但HC与CO的转换 效率下降。这时，三元催化本身不能完成对 HC和CO的转换，需要对尾气掺氧，然后使用氧化催化剂将其去除。当发动机过于稀燃时，HC和CO的转换效率会很高，但是NOx的转换效率会降低很多。在这种情况下，需要使用选择性催化还原（ SCR装置将其去除 氧化催化剂的工作温度与三元催化剂基本相同，但是在使用SCR装置时，需要将尾气温度降低到

3、300度到400度的工作区间（汽油机尾气温度在 400度到900度），同 时将空燃比，值升高到1.5以上，以优化SCR的转换效率。2.2系统构成图2.汽油发动机台架的尾气处理系统2.2.1三元催化（TWC）正常工作条件下，汽油发动机排出的尾气空燃比控制在0.97到1.03的区间内，这时，三元催化工作，将发动机排出的 NOx, CO,以及HC等成分去除。2.2.2氧化催化剂DOC当发动机过度富燃时，氮氧传感器 NOx1检测到值小于0.97 （氮氧传感器的前级 是个，传感器）。这时，尾气中会存在大量未燃的HC和CO.启动风扇，并打开阀门V1控制新鲜空气的流量，使得值超过1.5以上，从而启动DOC,

4、将HC和CO等成分氧化掉。2.2.3选择性催化还原（SCR当发动机过度稀燃时，氮氧传感器 NOx1检测到氮氧排放超标（同时值大于 1.03）。这时，风扇启动，并打开阀门 V2控制新鲜空气的流量，使得 T2读值小于400度 并且大于300度，同时根据尾气流量和 NOx1读值喷射尿素，通过SCR去除尾气中的NOx.SCR崔化剂包括了 SCR和AMOX两部分。SCR勺工作原理：尿素水解为氨气（尿素喷 射系统）（NH2） 2CO+H2OT2NH3+CQSCF后处理反应：（SCR催化转化器）NO+NQ+2NH3TN2+3H2O4NO+C2+4NHb4N2+6H2O2NO2+O2+4NH3TN2+6H2O

5、CONTROL2.2.4系统功能的检测在台架尾气处理系统中，需要实时地对尾气处理系统的功能和效能进行检测，当检 测到异常时需要报警，然后对异常进行处理。尾气处理系统的功能检测包括三部分：1传感器和执行器自身功能检测在尾气处理系统中，当传感器（温度传感器，流量传感器，和NOx传感器等）和执行器（风机控制器，阀组控制，和尿素/还原剂计量喷射装置等）本身发生故障时，需要将故 障在控制柜显示屏上显示出来，并产生警报信号。当故障排除后，要能够自动将故障信号 清除。2. 催化剂效率检测尾气处理系统还要对催化剂的效率进行检测。当发现效率异常时，要在控制柜显示屏上显 示出来，并产生报警信号。当故障排除后，要能

6、够通过控制柜的操作将故障信号清除。3. 还原剂品质检测 在SCF系统中，还原剂品质对于 SCF系统的可靠性和转换效率有很重要的影响。尾气处 理系统需要对还原剂的品质进行监测，发现品质问题后，要在控制柜显示屏上显示出来， 并立即停止在SCF系统中喷射。当故障排除后，要能够自动将故障信号清除。除了功能检测以外，尾气处理系统还需要进行效能检测。效能检测主要通过 NOx2 （见图 2）传感器来进行，利用 NOx2 传感器的 Lambda 和氮氧值以及尾气流量值计算出 尾气的排放量，并在控制柜中显示屏上显示出来。当效能出现问题时，要能够发送出提示 报警信号。2.4.1、采用DPF技术去除碳烟在本方案柴油

7、机系统中，我们选择颗粒捕捉器（DPF）作为脱碳烟装置。DPF采用壁 流式结构，可以广谱地去除碳烟颗粒。本系统中，可选装增温系统（燃烧器），对 DPF的再生处理，可根据DPF背压提示进 行拆卸，手动清理，或通过离线的燃烧器进行维修再生。如果选装在线式增温系统，在 DPF背压过高时，可对尾气加温通过燃烧器来自动实现运行再生的，则整个系统运行中不 需要更换部件。根据目前现场的条件，可以设置移动式增温（燃烧器）系统，配置移动式消防措施， 保证消防安全的同时，又可以在不需要拆卸后处理单元情况下实现DPF再生。242 DPF系统的再生控制DPF系统的再生控制分为两个部分，一是碳烟的估测和再生触发，二是再生

8、的温度控 制。在我们的系统中，碳烟的估测是通过测量 DPF两端的相对压力来实现的。当碳烟积 累量升高的时候，DPF两端的相对压力也会随之升高。当这个相对压力超过一定值的时候， 就会需要再生过程。2.5 尿素结晶问题SCR系统中存在尿素的结晶问题，尤其是在尾气温度较低并且控制系统特性不佳的情 况下。对于这个问题，在本系统中，我们采用了ADAMS高雾化（SMD 56微米）喷射系统（Bosch DeNOx 2.2的 SMD是75微米）和特殊实际的多功能分解管。同时，我们还对 结晶进行检测，在出现结晶的时候，系统提醒启动尾气加温功能或离线处理，对尿素结晶 进行高温清除。2.5 .1SCR前后需要有防爆

9、泄爆及报警装置2.5.2 燃油泄露的报警燃料泄露的报警由NOx传感器中的氧气浓度检测和 DOC两端的温度差共同来检测。 氧气浓度检测NOx传感器中的氧气浓度检测可以测出尾气中的氧含量。当有天然气泄漏的时候，即 使天然气没有燃烧，由于传感器的特殊结构，也会检测到氧气浓度的降低。当检测到的氧 气浓度低到一定值的时候，会触发一个报警。2.5.3增温单元在以下几种情况下会启动：情况1： DPF脱碳再生。一个分支的DPF控制器检测到该分支碳沉积量过高时，会触发一 个DPF再生过程。在此过程中，增温单元的作用是产生高温燃气将DPF中的空气温度控制在525-575° C,以去除DPF中的碳烟。DP

10、F再生可以在发动机运转的时候进行（运行 再生），也可以停机后运行（服务再生）。两种再生方式都是自动完成的，中间不需要人 工介入。情况2: DOC/DPF的脱硫再生。当DOC效率显著降低时，会触发一个脱硫再生。在这个 再生过程中，增温单元的作用是产生高温燃气将DPF中的空气温度控制在600 - 650° C,以去除系统中的硫化物。脱硫再生也是一个自动过程，可以在发动机运转的时候进行，也 可以停机后运行。三、汽油和汽柴油混用系统的设计：根据交流，目前#3号试验室会存在汽、柴油试验混用的需求；如前所述， #3试验室 柴油机尾气会切换入#4试验室的柴油尾气后处理，而汽油机尾气后处理，则采用三

11、元催 化器进行处理：Mialyst supported on a ceramic biotk#1和#2为单纯汽油机测试台架，尾气后处理采用三元催化器进行处理后进入排烟主 管道。风险提示：三元催化器有效工作需在较窄的空燃比范围内（即当量燃烧）情况下，一 般而言，三元催化器有效工作区间为空燃比0.971.03之间；如果台架试验，需对发动机做一些喷油量或进气量标定而改变空燃比超出一定范围（混合气过浓或过稀）时，三元催 化器将失去应有作用而导致尾气浓度超标。本方案中，设计了在线式氧传感器、以及电动 补气阀，可在氧浓度不足时及时补充所需氧气，从而使空燃比达到三元催化器有效工作区 间；但如果氧浓度本身已经

12、过高，则本系统将出现三元催化器失去应有效应、从而尾气排 放超标的风险。四、主控系统 针对现场所有试验室均增加尾气后处理系统，可以增加一套上位机主控系统： 每间试验室尾排系统采取闭环控制独立控制系统，同时，在观察间内适当位置设置一 上位机集中控制单元，并配备 10 寸彩色显示屏，用于显示各台架的后处理装置的运行情 况，包括催化剂前后的NOX值、催化剂前后压差、排气流量、NOX排放浓度（ppm ）及 速率（kg/h）、尿素消耗量（g/s）;显示主烟道（导流风机前）的 NOX排放情况，包括 总NOX实时排放速率（kg/h）、总NOX累计排放量（kg）、尿素累计消耗量（kg）等。集中控制单元配备报警系统，监控各台架尾气后处理装置运行情况、催化剂差压、尿 素液位等，及时报警。同时，集中控制单元与客户测试信息管理系统实现通讯，并可实现在客户管理系统查 询各台架相关尾气排放数据。尿素储液罐设置尿素液位传感器，将外部尿素液位信息实时的呈现在控