固態(tài)氨后處理技術(shù)與傳統(tǒng)尿素后處理技術(shù)的對(duì)比研究

陳濤淼

(江西五十鈴發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司，江西南昌 330200)

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固態(tài)氨后處理技術(shù)與傳統(tǒng)尿素后處理技術(shù)的對(duì)比研究

陳濤淼

(江西五十鈴發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司，江西南昌 330200)

介紹兩種后處理控制技術(shù)以及固態(tài)氨后處理的工作原理。對(duì)固態(tài)氨和傳統(tǒng)尿素兩種后處理技術(shù)做了對(duì)比研究，并給出了固態(tài)氨后處理技術(shù)的道路試驗(yàn)結(jié)果。

內(nèi)燃機(jī)；傳統(tǒng)尿素后處理；固態(tài)氨后處理

0 引言

近年來(lái)，大氣污染及霧霾現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，國(guó)家制定了內(nèi)燃機(jī)關(guān)于氮氧化物(NOx)、碳煙(PM)、碳?xì)浠衔?HC)等的排放濃度限值。國(guó)五重型柴油機(jī)基本采用SCR(Selective Catalytic Reduction)后處理路線。針對(duì)傳統(tǒng)尿素后處理的缺陷，比如尿素結(jié)晶、噴嘴易堵塞等，固態(tài)氨技術(shù)相比具備較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)。

1 系統(tǒng)介紹

固體氨系統(tǒng)如見(jiàn)圖1所示，以無(wú)機(jī)鹽粉為儲(chǔ)氨材料，儲(chǔ)氨材料吸附氨氣作為氨源，通過(guò)加熱將氨氣從儲(chǔ)氨材料中釋放出來(lái)，根據(jù)溫度傳感器和壓力傳感器檢測(cè)氨氣壓力變化，達(dá)到系統(tǒng)工作的壓力狀態(tài)時(shí)，按照ECU和DCU中設(shè)定的排放控制策略，通過(guò)控制計(jì)量噴射模塊實(shí)現(xiàn)氨氣準(zhǔn)確計(jì)量，實(shí)現(xiàn)NH3和NOx氣體在催化劑的作用下生成無(wú)害的氮?dú)夂退?/p>

圖1 固態(tài)氨系統(tǒng)圖

2 傳統(tǒng)尿素后處理

傳統(tǒng)尿素后處理化學(xué)反應(yīng)結(jié)晶復(fù)雜且易結(jié)晶。傳統(tǒng)尿素化學(xué)反應(yīng)式如下：

(NH2)2CO.7H2O→(NH2)2CO(s)+7H2O(g)(80 ℃)

(NH2)2CO(s)→NH3(g)+HNCO(g)(152 ℃)

HNCO(g)+H2O(g)→NH3(g)+CO2(g)(180 ℃)

傳統(tǒng)尿素水溶液快速脫水生成尿素、縮二脲、三聚氰酸?？s二脲在180 ℃以上才能較快速分解，故易堵塞噴嘴、排氣管，造成排放惡化，動(dòng)力性下降。

尿素最終的水解需要比較高的排氣溫度(≥180 ℃)，通常的NEDC循環(huán)的排氣溫度60%的時(shí)間在180 ℃以下(見(jiàn)圖2)，這樣就造成了尿素結(jié)晶的情況出現(xiàn)(見(jiàn)圖3、圖4)。

圖2 排氣溫度曲線與NEDC工況溫度曲線對(duì)比

圖3 尿素結(jié)晶(一)

圖4 尿素結(jié)晶(二)

3 固態(tài)氨后處理技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)

(1)排氣管路布置簡(jiǎn)單

尿素噴射通常需要特別的形狀與安裝角度，噴嘴需要冷卻，混合距離約束在400～500 mm。而氨氣噴射只需要簡(jiǎn)單的管路即可，沒(méi)有特定的角度與位置約束，更不需要冷卻或加熱。傳統(tǒng)尿素噴嘴布置見(jiàn)圖5，氨氣噴嘴布置見(jiàn)圖6。

圖5 傳統(tǒng)尿素噴嘴布置

圖6 氨氣噴嘴布置

(2)體積與質(zhì)量減輕

傳統(tǒng)尿素系統(tǒng)安裝空間約66 L，質(zhì)量24 kg；而固態(tài)氨安裝空間約為23 L，質(zhì)量14 kg。傳統(tǒng)尿素系統(tǒng)和固態(tài)氨系統(tǒng)的安裝空間和質(zhì)量對(duì)比如圖7所示。

圖7 安裝空間與質(zhì)量對(duì)比

(3)儲(chǔ)存密度增加

同樣儲(chǔ)存4 kg氨氣，傳統(tǒng)尿素罐容積需要21.6 L，氨氣密度為183 g/L；而固態(tài)氨容積僅為9.2 L，氨氣密度為436 g/L。

4 固態(tài)氨后處理技術(shù)的試驗(yàn)研究

梅賽德斯奔馳C220CDI轎車在斯特拉斯堡道路上的測(cè)試結(jié)果表明:采用固態(tài)氨后處理技術(shù)的車輛在NEDC工況和SDC工況下，氮氧化物轉(zhuǎn)化效率更高且氨氣反應(yīng)溫度均比傳統(tǒng)尿素系統(tǒng)有明顯降低，如圖8和表1所示。

圖8 NEDC工況下尿素與固態(tài)氨反應(yīng)溫度曲線

氮氧化物原排值傳統(tǒng)尿素轉(zhuǎn)化效率固態(tài)氨轉(zhuǎn)化效率NEDC工況168mg/km47%55%SDC工況168mg/km28%50%

從表1可見(jiàn)：固態(tài)氨在NEDC歐洲駕駛循環(huán)工況中表現(xiàn)出更高的轉(zhuǎn)化效率，比傳統(tǒng)尿素高出8%；在純城市工況中則高出22%。

5 結(jié)論

固態(tài)氨后處理技術(shù)相比傳統(tǒng)尿素后處理技術(shù)在氮氧化物轉(zhuǎn)化率、整車布置性、低溫魯棒性、續(xù)航里程、結(jié)晶沉淀等方面均具有明顯優(yōu)勢(shì)。

【1】張亮.滿足國(guó)V排放法規(guī)的柴油機(jī)后處理技術(shù)[J].汽車零部件,2015(10):17-23. ZHANG L.Postprocessing Technology of Diesel Engine for Meeting CN5 Emission Regulation[J].Automobile Parts,2015(10):17-23.

Comparison Study of Aftertreatment Technology between Solid Ammonia and Traditional Urea

CHEN Taomiao

(Jiangxi Isuzu Engine Co.,Ltd., Nanchang Jiangxi 330200,China)

Two kinds of aftertreatment technology were introduced with emphasis on the working principles of solid ammonia technology.A comparison study between solid ammonia aftertreatment technology and traditional urea aftertreatment technology was revealed.The road test result of solid ammonia technology was given.

Internal combustion engine;Traditional urea aftertreatment technology; Solid ammonia aftertreatment technology

2016-09-20

陳濤淼(1981—)，男，本科，工學(xué)學(xué)士，工程師，從事柴油發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及管理工作。E-mail：10800481@qq.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2016.11.010

U461.8

A

1674-1986(2016)11-043-03