scr技术在车用柴油机no

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在世界范围内，汽车的燃油化已成为一个不可逆转的趋势。与汽油机相比，汽油机具有良好的油耗、低维护和低维护成本等优点。在汽车行业中，它已发展成为一个领域。柴油机的主要排放物有CO,HC(少量),NOx及碳烟微粒(PM),其中NOx为影响较大的有害气体之一,NOx排放对于环境和人体健康的危害逐渐为人们所认识。限制柴油机NOx排放的法规也从无到有,从宽松到严格,如何降低车用柴油机NOx排放的研究显得尤为重要。1还原后处理方法世界各国的排放法规越来越严格,要满足高要求的排放就要采用催化还原技术。目前研究开发中的柴油机NOx催化还原后处理方法有:选择非催化还原(SNCR);选择催化还原(SCR);非选择催化还原(NSCR)等3种。这3种方法都已在治理发电厂锅炉的NOx排放中得到了成功的应用,对固定工况运转的大型柴油机也有不少应用实例。作为有希望的车用柴油机NOx后处理方法,SCR法的研究开发在大量进行,并且国外也已经开始投入实际使用。1.1反应设计SCR装置依据NO还原基本原理,将尿素与水以适当比例混合,喷入废气中,能将废气中的NOx还原成氮气(N2)和水(H2O),其化学反应方程式如下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。在高温环境中(温度高于300℃),再加上催化剂的作用,废气中的NOx能迅速与氨气(NH3)反应,生成N2和H2O。而柴油机的排气温度一般在300℃~500℃范围内,满足了NOx还原所需的温度条件。1.2尿素喷枪加scr装置SCR还原装置系统流程原理如第6页图1所示,尿素泵将尿素柜中的尿素液泵入计量器中,形成具有一定压力的尿素液待用。计量器收到控制中心的指令后,提取一定量的尿素液与压缩空气混合形成初步雾化尿素并通往喷枪,多余的尿素液返回尿素柜。同时按尿素量的多少选取一定比例的压缩空气,经另一管道通往喷枪。在喷枪里初步雾化的尿素与压缩空气进一步混合形成尿素雾,喷入排气管。在排气管的混合区,尿素已分解成NH3和H2O并与烟气充分混合,然后进入SCR反应装置。SCR装置的催化剂作用使NH3将迅速还原为N2和H2O,随烟气排入大气。在SCR中设有两层由一块块催化砖整齐排列的催化层。催化砖是将催化剂拌入耐温材料中,做成有透气小孔的砖块,保证排气流通顺畅,尽量减少阻力,降低排气压力。同时又扩大了流通面积,保证混有NH3的废气在通过催化层时,能更多地接触到催化剂,使排气中的NOx得到充分还原。在有些SCR装置中,每个催化层都设有压缩空气吹洗管,定时排出压缩空气,将附着在催化砖中的尘土及烟灰吹走,随烟气排至大气。保持催化砖干净,保证催化砖不被堵塞,使烟气能顺畅地通过催化砖,并在催化剂的作用下,使NOx被迅速还原。2国外scr的应用为了满足日趋严格的排放法规,国外许多汽车及发动机制造商已经开始把SCR技术运用到产品上,也就意味着SCR开始进入实用阶段。2.1尿素溶液喷入scr系统针对计划于2005年10月实施的欧Ⅳ标准,康明斯将采用集成式排放控制系统IEM技术,即把发动机缸内净化和尾气后处理集成在一起,实现“从进气到排气”的全过程控制。为了有效地控制排放,康明斯IEM采用了高效的SCR,并由电控模块对其进行控制。电控系统能够根据发动机的实时工作状况,准确地将适量的催化剂(尿素溶液)喷入SCR装置前端的排气气流中。这个过程将产生催化反应,从尿素溶液中释放出NH3,对排气中的NOx进行还原,从而有效地减少发动机的排放。电控系统还可根据发动机的燃油喷射、缸内燃烧和进气状况,对SCR催化转化器进行同步控制。为了确保车辆运行中SCR系统工作正常,康明斯IEM带有一个全自动的车载排放诊断系统(OBD),驾驶员可以通过驾驶室中的仪表或指示灯随时了解SCR系统的运行情况。车载排放诊断系统可以提醒驾驶员及时加注尿素溶液,按时对SCR系统进行保养。在SCR系统工作过程中,尿素溶液以燃油消耗量5%的比例喷入排气气流中。根据车辆的不同类型和使用情况,车辆上安装的尿素溶液储存罐与燃油油箱的容积比通常为1∶1,2∶1或3∶1。在欧洲,环保部门已经开始在商用车上推广使用SCR系统,用户可以方便地购买和使用尿素溶液,确保车辆排放满足欧Ⅳ标准。车辆使用康明斯IEM系统后,燃油经济性的提升将抵消使用尿素溶液增加的成本。尿素溶液的喷射由康明斯电控系统精确控制,可以完全消除尿素溶液的泄漏和产生的气味。2.2尿素scr系统丹麦格伦德福斯公司和托普索科技公司合作研发出卡车用新型柴油引擎催化转化器。该装置可节省4%的耗油量,将对人体有害的纳米级PM排放量减半,并降低NOx和烃的排放量,减少柴油燃烧时产生的异味。格伦德福斯公司作为泵和电子控制系统的供应商与催化剂的研制者托普索公司进行了战略伙伴合作,开发出了这套系统。格伦福德斯公司估计至2010年,这一装置在全球市场的销售总额将达到800亿丹麦克朗(约合96亿美元)。这套尿素SCR系统能够有效地消除大部分的NOx和未燃HC及柴油机排气中那些危害人类健康的物质。柴油难闻的气味主要是它的成分中有未燃烃,将未燃烃去除,柴油车的工作环境将得到很大的改善。SCR系统基本由尿素储存罐、尿素喷射系统和催化器组成。通过向汽车排出的气体喷入尿素,尿素分解为NH3来去除NOx。NOx与NH3反应在催化剂的表面生成没有危害的气体N2和水蒸汽。HC和PM被留在催化器上,但不会与喷射的尿素混在一起。喷射的尿素是质量分数为32.5%的溶液,用手接触是很安全的,不会对环境造成污染。2.3开发scr系统戴姆勒—克莱斯勒公司日前宣布,为了使配备柴油机的商用车符合欧Ⅳ及欧Ⅴ排放标准,采用了使用尿素的SCR法。该公司将于2005年上半年在卡车及大巴中采用SCR法,在2006年10月符合欧Ⅳ标准前,开始阶段性地支持欧Ⅳ标准。该公司今后还将继续开发SCR技术,以尽早达到欧Ⅴ标准的要求。SCR法采用在尾气中喷射质量含量为32.5%符合DIN70070标准的雾状尿素水溶液“AdBlue”方法,将NOx还原成N2及H2O。尿素消耗量约为柴油消耗的6%。长途运输的卡车,2L尿素可行驶100km,如配有100L的燃料罐,补充一次尿素可行驶5000km。据报道,配备SCR系统的维修成本等不会增加,无需使用低S柴油燃料。在商用车上采用尿素SCR系统时,必须进行小型化设计,以便配备触媒及尿素罐;还必须完善补给尿素的基础设施。SCR系统的设计始于20世纪80年代,目前已在商用车进行了SCR系统的安装试验;尿素基础设施方面,也已开始在加油站进行试验性供给。目前,为在SCR系统投入实际使用之前完善基础设施,该公司正在与AdBlue厂商共同建设补给站。2.4梅塞德斯—梅塞德斯—奔驰为了达到2007年施行的EPA最新的环保法规,世界汽车知名制造商梅塞德斯—奔驰公司也已经把SCR这种后处理技术运用到他们生产的柴油车中,并考虑把这一系统配置到部分的商务车中。3不同因素对柴油排气污染物的影响SCR作为一种新的后处理技术,虽然能使柴油机排气污染物大幅度地降低,但它也受多个方面因素的影响,使其性能还不够稳定,必须加以改进研究。3.1温度适宜的温度SCR还原反应过程中必须有O2存在并且有适宜的温度。温度过高时,NH3可能自行燃烧而不与NOx起反应;温度太低,则反应速度可能太慢,由此产生的冷凝还将损坏催化剂。3.2减少柴油中scr的效率柴油品质的好坏也间接影响了SCR的工作效能。柴油中的S含量将会使装置里的催化剂中毒, 将使SCR的工作效率大大降低。所以,燃油品质的提高与SCR的广泛使用有着密切的联系。3.3影响装置的效率柴油机排放物中的一个主要污染成分就是PM。如果过多的PM堆积在催化器中就会使排气不畅通,增加阻力,混合气不能充分与催化剂接触,装置的效率将会大大降低。在SCR装置进行催化还原反应前先让排气通过颗粒捕集器,既可以降低柴油机PM的排放,同时也解决了SCR中PM粉尘的影响。4存在的问题及应用前景SCR技术是一种能有效降低车用柴油机NOx排放的机外控制措施,在国