【《柴油机尾气处理系统分析概述》3300字】

PAGE6-柴油机尾气处理系统分析概述目录TOC\o"1-3"\h\u24394柴油机尾气处理系统分析概述 1324201.1国六标准和排放要求 1151381.1.处理系统分类 3107411.1.1DPF（颗粒捕集器）技术 3217041.1.2DOC（氧化催化器）技术 34701.1.3SCR（选择催化还原器）技术 4306661.1.4尾气处理对比 4198421.3SCR系统 4227381.3.1SCR系统原理 4143171.1.3SCR系统构成 5256411.3.3SCR系统优点 51.1国六标准和排放要求排放法规对我国第六阶段排放污染物标准进行了说明，不仅对排放限值提出了更高的要求，还在国五基础上增加了颗粒物数量(PN)排放限值、非标准循环(WNTE)排放测试方法和排放限值等要求。不同于欧美日等发达国家，我国机动车及相关产业起步较晚但发展迅猛，与之相对的排放法规实施时间也较短，规范水平不足。为了尽快赶上甚至超越欧美等发达国家的排放控制水平，我国参考了欧洲排放法规后结合中国国情制定出属于中国自己的排放法规。相对于国五标准，国六排放标准下各种污染物的限值进一步降低，其中NOx更是重中之重。如表1.1所示柴油机NOx的排放限值降低了超过70%以上，HC排放限值也降低了超过60%，此外还增加了NH4泄漏量的排放限值。表1.1国V和国VI测试方法及排放限值对比国VI排放法规不仅在排放限值上更加严格，还对测试方法提出了新的要求。轻型车辆将使用世界轻型车统一瞬态循环(WLTC)测试方法来代替国V标准的NEDC测试方法。WLTC测试方法主要分为四个阶段:低速、中速、高速和超高速。与NEDC测试方法相比，WLTC循环方法的速度更加灵活多变，且挡位变化频繁，与实际情况更加相符，循环测试方法对比过程如下图1.1所示。图1.1WLTC与NEDC测试循环对比图}对于重型车辆，则由世界统一重型车稳态测循环(WHSC)测试方法和全球统一瞬态循环(WHTC)测试方法来代替国V标准的ESC和ETC循环测试方法。ESC测试方法转速段分布较窄，且转速选取以中高速为主，以最大净功率下5075%的转速为基本转速，而WHSC测试方法除怠速工况外选取最大净功率下25~75%的五个转速，更具有代表性;WHTC测试方法较ETC测试方法也更加复杂，WHTC测试方法是由1800秒的转速和扭矩变化构成，该测试包含冷启动循环和热启动循环两个项目，测试结果由两种启动循环的加权得出，其中冷启动的权重系数为14%，热启动的权重系数为86%。显而易见，WHTC测试方法对引擎在热机状态下启动有更为严格的要求。除上述测试方法变更以外，国六排放法规还增加了非标准循环排放测试(WNTE)和整车实际道路排放测试(PEMS。不难看出国六的循环测试更加注重低速的城市道路工况，相比国五更具有代表性和现实意义，能够为控制排放污染物起到很好的指导作用。1.1.处理系统分类柴油机尾气排放的有害成分有：一氧化碳（CO）、烃类（CH）、氮氧化合物（NOx）、二氧化硫（SO2）、烟尘微粒等等[2]。1.1.1DPF（颗粒捕集器）技术柴油机废气通过专用过滤装置后，尾气中绝大多数微粒被滤除，由此实现净化。由于特殊过滤装置对柴油机尾气具有良好的吸附效果，因而可以将大部分的颗粒吸附在特殊过滤装置上。当设备内微粒越来越多时，就会导致柴，排气时阻力增大，背压增大，最终造成柴油机动力输出（动力性）、燃油消耗（经济性）与尾气排放（排放性）相伴随，油机排气不畅也有变坏趋势。由于这些微粒对发动机造成了严重的危害，因此必须定期的将其清除干净，以保证发动机能正常运行。因此，在设备内微粒积累到某一水平时，要及时收拾干净，将设备排气阻力回复至原标准，这就是所谓的“再生”。目前，国内外在柴油机上所采用的主要是过滤方法。现在国内，外应用最普遍的过滤材料要数堇青石陶瓷、碳化硅陶瓷、钛酸铝陶瓷，等等[4]。1.1.2DOC（氧化催化器）技术容量大排放尾气中碳氢化合物（HC）及一氧化碳（CO）等有害成分，有催化剂存在时，会产生（化学氧化反应）较为无害的水分（H20）及二氧化碳（CO2），它基本上和催化转化器一样，都是一种结构，相比之下，DOC技术以利用氧化为主，在二次空气喷射装置（提供了它们发生化学反应所需要的O2）共同作用下，减少柴油机废气HC,CO等有害成分排放。该方法不仅能够有效地将尾气中硫氧化物和氮氧化合物脱除，还能提高燃料的燃烧温度。DOC技术可去除SOF89%或更多，这样，PM排放降低了45%左右。另外，通过增加氧还原活性位提高了催化反应活性。它在CO,HC处理中的效率特别显着，可以分别达到68%和88%。1.1.3SCR（选择催化还原器）技术SCR是以催化剂为基础，氨气（NH3）选择性地在290-400°C条件下使一氧化氮（NO）及二氧化氮柴油机废气中NOx含量降低，从而起到节能，减排及环保作用。同时也可通过对燃烧过程进行控制，提高燃料的利用率，从而达到降低燃油消耗率的目的。如今SCR技术已经是使用最为普遍的技术、其中以烟气脱氮技术最为突出。1.1.4尾气处理对比在全世界排放法规逐渐完善，要求越来越严的今天，减少柴油机尾气有害气体排放量、提高它的经济性与可靠性，将是首先要解决的。由于该技术具有非常好的性能，所以被广泛应用在汽车工业、冶金、石油化工等行业的尾气净化方面。柴油机尾气PM与NOx为最重要的两大污染源（雾霾、酸雨）。在目前我国对机动车污染治理工作日益重视的形势下，对于发动机废气排放进行控制已经刻不容缓。为使动力机械尾气排放指标（排放性）符合欧V标准，除采用改装动力机械自身结构（球形燃烧室）、改善燃油喷射雾化质量（电喷）外，也可通过排气后处理这一行之有效且具有现实意义的方法，与其他技术相结合使用，SCR系统可以把动力机械排放尾方式减少污染物排放，而且SCR技术也是目前最气NOx下降85%以上的技术。因此，本文对尾气处理技术进行了简要介绍。综合以上方面，阐述了尾气处理的不同工艺，基于对燃烧过程进行优化，利用SCR技术能较好地减少尾气有害气体成分，由此满足国六排放标准。1.3SCR系统1.3.1SCR系统原理SCR系统基本原理为：尿素计量喷射泵装于柴油机排气管内，适时喷尿素水溶液，尿素水溶液的温度较高时，进行水解，加热。分解反应，使氨与空气中的氧气结合成气态氨，然后通过尾气管排入大气中。解后发生化学反应产生NH3；然后利用所产生的NH3进行NOx还原反应，得到N2。此外，其余NH3将通过优化喷油（多阶段喷射）及而还原成N2，进而实现节能，减排。本文对不同类型的燃料进行了详细的研究，并根据其特点提出相应的改进措施。为了避免这种情况，必须对催化剂加以保护。相比之下尿素水溶液更易保存，又比较便宜，因此，通常选用质量百分比31.5%尿素水溶液作催化还原剂。由于其价格低廉，因此被广泛地应用在柴油发动机当中。SCR系统不但可以吸收NOx，也可处于不同的范围内，降低HC和CO的排放。本设计就是以尿素溶液作为载体，通过改变催化剂的活性物质来达到净化废气的目的。系统运行时，反应的化学方程式为：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O（1）6NO+4NH3→5N2+6H2O（2）6NO2+8NH3→7N2+12H2O（3）2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O（4）从反应化学方程式（1）至（4）对SCR技术催化还原反应进行了宏观描述，可见，催化反应过程在整个SCR系统中处于中心地位。尿素是一种重要的化工原料，也是目前使用最为广泛的机动车尾气净化装置。位于柴油机排气管道混合区，柴油机的废气沿排气管道进入SCR系统催化器，通过喷入催化器内的催化剂NH3对尾气进行NOx选择性催化，实现减排效果。1.1.3SCR系统构成（V2O5/TiO2）、Mondule，DM)、尿素SCR系统主要是由催化器及催化剂本体计量喷射泵（SupplyMondule，SM)、尿素喷嘴（Dosing罐、传感器（NOxsensor&Thermocouple）、后处理控制单元（ACU)以及相关管路和其它附件如尿素电磁阀开关等构成、控制如尿素电磁阀开关等各种执行器以及处在SCR系统中，我们可以把SM与ACU集成在一起。图1.1SCR控制系统1.3.3SCR系统优点目前在持续进行实验研究，研究人员发现柴油机尾气NOx与PM之间有“此消彼长的（trade-off）”关系，减少柴油机可以在缸内燃烧（例如，电喷和分阶段喷射）优化的基础上使用SCR技术，从而达到减少PM,NOx排放的目的。另一种是尾气排放NOx及其它排放SCR技术对于柴油机所用燃油中硫元素（S）的含量比较不敏感。而且目前我国实际应用的汽柴油含S量一般都很高，在短时间内制造低S量燃油存在较大难度，因此，从国情出发，SCR技术更适用于柴油机尾气中NOx净化。结合前文对SCR系统进行了简介