重型車排放控制技術(shù)初步研究

楊悅

【摘 要】主要介紹重型卡車的后處理技術(shù)及其技術(shù)路線，并具體介紹了不同路線的特點(diǎn)和優(yōu)劣。

【關(guān)鍵詞】排放控制；后處理技術(shù)；SCR；技術(shù)路線

環(huán)保部發(fā)布的《中國機(jī)動(dòng)車污染防治年報(bào)》顯示，機(jī)動(dòng)車污染日益嚴(yán)重，已經(jīng)是大氣環(huán)境最突出、最緊迫的問題之一。2010年我國機(jī)動(dòng)車排放顆粒物（PM）近60萬噸，在機(jī)動(dòng)車中，汽車是污染物總量的主要貢獻(xiàn)者，其排放的一氧化碳和碳?xì)浠衔锍^70%，氮氧化物超過90%，顆粒物超過90%。按車型分類重型車是主要貢獻(xiàn)者。因此，嚴(yán)格控制重型車的排放，是保證空氣質(zhì)量的關(guān)鍵。

1.法規(guī)

1.1國外法規(guī)

當(dāng)前世界范圍內(nèi)實(shí)施的排放法規(guī)主要有歐洲、美國和日本三大體系，歐洲和美國的排放法規(guī)被世界各國廣泛引用。其中，歐洲2000年起實(shí)施歐Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)，2005年起實(shí)施歐Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)，2008年實(shí)施歐Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)。

1.2我國目前及未來的排放法規(guī)要求

表1 中國重型車用柴油機(jī)ESC（穩(wěn)態(tài)）試驗(yàn)限值，單位：g/（KW.h）

我國在充分參考?xì)W美經(jīng)驗(yàn)后，選擇了參考?xì)W盟的排放法規(guī)及指令，并在此基礎(chǔ)上制定了中國排放法規(guī)體系。

2.汽車排放的控制措施

2.1柴油機(jī)排放污染物的控制技術(shù)

發(fā)動(dòng)機(jī)的排放控制技術(shù)分機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)（包括電子控制燃油噴射技術(shù)、進(jìn)氣增壓中冷技術(shù)等）和機(jī)外控制技術(shù)（包括顆粒物的捕集技術(shù)、選擇性催化還原技術(shù)等）。發(fā)動(dòng)機(jī)微粒（PM）和氮氧化物（NOx）一同降低是達(dá)到嚴(yán)格的排放法規(guī)的主要瓶頸，而對微粒和氮氧化物減排的兩種技術(shù)一直彼此制約。從長遠(yuǎn)的角度看，采用排放后處理系統(tǒng)是同時(shí)減低PM和 NOx的排放的有效手段。

2.2汽車排放控制技術(shù)

2.2.1汽車排放控制技術(shù)路線

汽車排放控制主要有SCR路線和EGR路線：EGR路線是在發(fā)動(dòng)機(jī)排放達(dá)到第三階段的要求下，先采冷卻廢氣再循環(huán)（EGR COOLER）降低NOx，通過柴油機(jī)顆粒捕捉技術(shù)（PM-FILTER）達(dá)到第Ⅳ階段要求，再通過引入SCR技術(shù)達(dá)到第Ⅴ階段要求。SCR路線是通過最佳發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)優(yōu)化燃燒降低PM，通過SCR技術(shù)降低NOx達(dá)到第Ⅳ階段要求，然后通過提升SCR率和增加氨捕捉技術(shù)達(dá)到第Ⅴ階段要求。

圖2 排放技術(shù)路線

2.2.2兩種系統(tǒng)的技術(shù)和應(yīng)用成本分析

SCR方案能解決柴油含硫量高的難題，而含硫高時(shí)中國國內(nèi)柴油短期難以突破的技術(shù)難題，且SCR也可以節(jié)約6%左右的油耗；其劣勢在于需要建設(shè)尿素相關(guān)的配套設(shè)施，和整車SCR裝置的成本。EGR方案則需對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，另外DPF再生問題、復(fù)雜的標(biāo)定提升發(fā)動(dòng)機(jī)成本及標(biāo)定難度；且要求低含硫量柴油和高質(zhì)量潤滑油，油耗提高。其優(yōu)勢是不需額外裝置和費(fèi)用，用戶只要定期更換DPF即可。

3.路線選擇及主要原因

我國在技術(shù)路線選擇時(shí)需考慮排放法規(guī)在實(shí)際執(zhí)行時(shí)存在管理難度、尿素的供應(yīng)和使用，低含硫燃油的供應(yīng)及燃油消耗、發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)的可持續(xù)性等問題，綜合其主要考慮點(diǎn)如下：

（1）能源：我國能源資源有限，50%以上依賴進(jìn)口。SCR技術(shù)比EGR技術(shù)節(jié)油6%～8%。EGR路線比國三多消耗2%的燃油，到國V階段需采用主動(dòng)式再生DPF，燃油消耗進(jìn)一步增加，預(yù)計(jì)比國三高7%。

（2）油品：我國目前煉油水平不高，硫含量在250ppm以上，EGR要求含硫量在50ppm以下。硫化物氧化產(chǎn)生的SO3與機(jī)油中的某些組分反應(yīng)生成灰粉，造成DPF過濾器堵塞。

（3）升級(jí)潛力：SCR技術(shù)有較好的達(dá)到國IV以上的排放標(biāo)準(zhǔn)潛力，國IV和國V機(jī)型可選用同一發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)平臺(tái)。 而EGR路線升級(jí)國V需要更高噴油壓力（1800bar）、更高EGR率的能力和主動(dòng)再生PDF系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)需要進(jìn)行技術(shù)升級(jí)，技術(shù)升級(jí)連續(xù)性較差。

綜合考慮各種因素，采用SCR技術(shù)應(yīng)該是符合中國國情的首要之選。

4.結(jié)束語

柴油機(jī)由于具有油耗低、扭矩大的優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用，但柴油機(jī)排放污染物NOx和PM的治理難度使得柴油機(jī)的應(yīng)用受到一定的限制，因此，采用有效的手段和措施控制柴油機(jī)污染物是柴油機(jī)得以發(fā)揮更大作用的必然之道。SCR技術(shù)路線充分保證NOx等排放污染物更少，滿足更嚴(yán)格排放標(biāo)準(zhǔn)要求的情況下，還保證柴油機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性更好，對冷卻系統(tǒng)要求低等。從適應(yīng)中國國情來看，重型車選擇SCR路線來達(dá)到嚴(yán)格的國Ⅴ階段的排放控制要求是最佳選擇。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陶建忠.濰柴國四柴油機(jī)SCR技術(shù)匹配應(yīng)用介紹，2010，1.20.

[2]鮑軍.尿素SCR系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)報(bào)告，2010，1.5.

[3]國家環(huán)境保護(hù)總局國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB17691-2005.車用壓燃式、氣體燃料點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車排氣污染物排放限值及測量方法（中國第 Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ階段）.