[精品]SCR技術(shù)在柴油發(fā)動機的應(yīng)用淺談

1、scr技術(shù)在柴油發(fā)動機的應(yīng)用淺談scr技術(shù)在柴油發(fā)動機的應(yīng)用淺談【摘 要】本文通過介紹選擇性催化還原(scr)技術(shù)的工作原 理以及結(jié)構(gòu)，具體分析了該技術(shù)在柴油發(fā)動機后處理應(yīng)用的優(yōu)點和缺 點，并展望了 scr技術(shù)在柴油發(fā)動機應(yīng)用上的發(fā)展趨勢?！娟P(guān)鍵詞】柴油發(fā)動機；scr技術(shù)；應(yīng)用0.引言本文僅通過作者個人觀點對scr技術(shù)理解分析并對它的應(yīng)用前 景進行了展望。隨著社會發(fā)展，國家對柴油發(fā)動機尾氣排放的規(guī)定越 來越嚴格。目前，國家限制的柴油發(fā)動機的尾氣排放物主要有c0、 hc、nox、pm等。根據(jù)我國的國iv法規(guī)規(guī)定，要求柴油發(fā)動機在esc 測試中，co的排放量不得大于1. 5g/ (kw h), h

2、c的排放量不得大 于0. 46g/ (kwh), nox的排放量不得大于3. 5g/ (kw h), pm的排 放量不得大于0. 02g/ (kw h)；在etc測試中，co的排放量不得大 于4. 0g/ (kw h), nox的排放量不得大于3. 5g/ (kw h), pm的排 放量不得大于003g/ (kwh)。rfl于國家標準的不斷提高，單純地 提高柴油機的性能已經(jīng)無法滿足排放法規(guī)，所以需要采取額外的措施 來處理尾氣。目前社會普遍的技術(shù)路線有兩種。一種是廢氣再循環(huán)+ 顆粒捕捉器(egr+dpf)技術(shù)，這種技術(shù)的優(yōu)點是成本低，dpf過濾 效率超過90%,缺點是油耗增加，對柴油的硫含量有一

3、定要求，冷啟 動困難，工況不均衡；另一種是采用優(yōu)化燃燒+選擇性催化還原(scr) 技術(shù)，此方法可以降低5%-7%的油耗，對柴油的硫含量耍求低，有害 物質(zhì)nox的轉(zhuǎn)化率大于70%,唯一的缺點是需要消耗尿素。scr技術(shù) 可以節(jié)約燃油，而且我國的燃油品質(zhì)不高，所以scr技術(shù)較適合我國 的情況。本文將對scr技術(shù)進行具體的分析，并對它的應(yīng)用前景進行 了展望。1.尿素-scr系統(tǒng)的工作原理和結(jié)構(gòu)簡介尿素-scr系統(tǒng)是指安裝在柴油發(fā)動機的尾氣排放裝置中，將柴 油發(fā)動機尾氣中的有害氣體nox催化還原成n2和h20的一種裝置。 該裝置主要包括尿素噴射系統(tǒng)、scr催化轉(zhuǎn)化器、尿素箱、噴嘴。其 屮尿素噴射系統(tǒng)包括

4、尿素噴射泵、屯控單元。另外，值得注意的是, 尿素溶液會在零下lloc時凝結(jié)，需要配備尿素加熱裝置。尿素-scr系統(tǒng)的工作原理：在尿素-scr系統(tǒng)止常工作狀態(tài)下， 首先尿素泵在電控單元的控制下將尿素水溶液從尿素罐中取出，然后 經(jīng)過系統(tǒng)的加壓、過濾送到計量噴射單元中，與此同時經(jīng)過控制單元 控制調(diào)壓后的壓縮空氣也進入計量噴射單元。當系統(tǒng)的定量噴射泵打 開后，壓縮空氣帶著尿素溶液液滴攝入噴嘴，在噴嘴混合后，噴出霧 化的尿素小液滴，進入排氣管。在排氣管內(nèi)霧化的細小尿素液滴首先 分解為nh3和hnco,并與汽車尾氣混合進入scr催化轉(zhuǎn)化器。在催 化轉(zhuǎn)化器內(nèi)，iinco進一步水解出更多的nii3,與尾氣中的

5、nox在催化 劑表面發(fā)生scr反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為無害的n2和h20。scr催化轉(zhuǎn)化器是scr后處理系統(tǒng)中最重要的一個部件，關(guān)系著 催化反應(yīng)的轉(zhuǎn)換效率，它主要由三部分組成：載體、涂層、封裝。一 般載體采用給反應(yīng)提供了一個有效的較大反應(yīng)空間的通道，外殼封裝 消咅器，內(nèi)表面涂有化催化劑涂層，對氣體進行催化反應(yīng)。尿素-scr 系統(tǒng)中發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)如下：4n0+02+4nii3 二 4n2+6ii2no+no2+2nh3二2n2+3h2o6no2+8nii3 二 7n2+12ii20圖1尿素-scr系統(tǒng)工作原理示意圖根據(jù)反應(yīng)方程式可以得知，噴入的尿素并非越多越好，必須根據(jù) 排出的氣體量而定。所以尿素-sc

6、r系統(tǒng)的電控單元須與發(fā)動機的控 制單元相連接，根據(jù)具體的工作狀況實吋噴出適量的尿素。尿素-scr 系統(tǒng)的工作原理如圖1所示：2.尿素-scr系統(tǒng)的催化轉(zhuǎn)化器部件分析2. 1尿素-scr系統(tǒng)的催化轉(zhuǎn)化器的涂層催化轉(zhuǎn)化器的涂層是尿素-scr系統(tǒng)中故重要的部分，它是控制 scr反應(yīng)效率的關(guān)鍵所在。在不同的工況下，尾氣的溫度、流動速度 及氣體組成濃度均有不同，如何盡可能地將化學(xué)反應(yīng)進行徹底，是系 統(tǒng)效率的關(guān)鍵。為了提高反應(yīng)效率，通常采用以飢基(v2o5-tio2-wo3) 或沸石分子篩作為活性組分的催化劑涂層。其中飢基催化劑的適合溫 度范圍為250-450oc,銅基分子篩適合于溫度在200oc以下的應(yīng)

7、用， 鐵基分子篩適合于排溫較高(650oc)的發(fā)動機。飢基催化劑抗硫 性能好，且價格較低，在國內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。另外，反應(yīng)結(jié)束后排出的尾氣中還含有大量的nii3,法規(guī)對nii3 的逸出也進行了限定。逸出的nii3主要來自兩個方面：一個是scr反 應(yīng)木身無法反應(yīng)完全，會殘留部分nh3；另一個是nh3的射入量過大， 與氣體中的nox的量不符，會遺留大量nii3。處理nii3的逸出問題主 要有兩種措施：-是加大尿素噴射控制單元的控制精度，使nh3的噴 射量合理，根據(jù)實驗，當噴入nh3與nox的比例大約為0. 8吋，除去 nox的能力可達70%以上，且尾氣中殘留的nox與nii3均可滿足國iv 要求

8、；另一種措施是在后處理催化轉(zhuǎn)化器中加入nh3的催化氧化系統(tǒng) (amox),將多余的nh3催化氧化為n2,以避免nh3的逸出。2. 2尿素-scr系統(tǒng)的催化轉(zhuǎn)化器的載體尿素-scr系統(tǒng)催化轉(zhuǎn)化器的載體一般為圓柱狀，中間有蜂窩狀 的孔供氣流通過，材料一般采用金屬、碳化硅、堇青石等。其中金屬 最適合的，不僅可以做出任意的形狀，并冃體積較小，強度高，便于 安裝，唯一的缺點是造價較高；碳化硅載體的造價不太高，但是不易 做大，只適用于較小排量的發(fā)動機;堇青石載體的性能接近于碳化硅， 而見可以做成較大的完整載體，是重型柴油發(fā)動機的首選。一般來說，載體的孔小且細密有利于尾氣的scr反應(yīng)的完全進行, 也有利于剩

9、余nh3的催化氧化，但是密而細的載體會增加發(fā)動機的排 氣背壓，影響柴油的正常燃燒，所以催化轉(zhuǎn)化器載體的設(shè)計非常重要。 在設(shè)計載體時，其玄徑和有效長度主要取決于發(fā)動機在最大排氣狀態(tài) 下的空速(sv)：sv 二式中的氣體體積是在25oc、lookpa標準狀態(tài)下的體積。q為排 氣體積流量，單位為l/h； v為載體體積，單位為l； sv為空速，單 位為l/ho在設(shè)計時，sv越小，尾氣在催化劑表面停留時間越長，催 化反應(yīng)性能也越好。另外，載體的孔隙率(單位面積內(nèi)的孔數(shù)目)、載體壁厚、前端 面開口、載體表面積等也是影響其性能的重要參數(shù)。2. 3尿素-scr系統(tǒng)的催化轉(zhuǎn)化器的封裝尿素-scr系統(tǒng)催化轉(zhuǎn)化器的

10、封裝就是載體的外殼包裝，用于載 體和排氣管的連接。封裝根據(jù)功能可以分為帶消音器和不帶消音器兩 種，根據(jù)在車輛上安裝位置的不同可以分為箱式封裝和桶式封裝。箱 式封裝的空速較低，催化轉(zhuǎn)化效率好，消音效果也很好，但是體積較 大,適合安裝在較大型的車上;桶式封裝的優(yōu)點是體積小，布置方便， 但消音效果稍差，空速較高，性能上比不上箱式封裝，適合中小車輛。3. 結(jié)束語木文介紹了尿素-scr技術(shù)的工作原理和結(jié)構(gòu)特點，并對其催化 轉(zhuǎn)化器的涂層、載體、封裝這些結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點進行了詳細的分析。尿 素-scr技術(shù)目前還有許多問題沒有解決，如尿素溶液結(jié)冰、燃油含 硫量過高、pm及粉塵過多影響化學(xué)反應(yīng)等問題。但總體來說，scr技