機動車尾氣機外凈化技術(shù)研究

黃 慧 姚慶宋 李康婷

浙江東天虹環(huán)保工程有限公司

機動車尾氣機外凈化技術(shù)研究

黃 慧 姚慶宋 李康婷

浙江東天虹環(huán)保工程有限公司

國IV排放標準對機動車尾氣排放治理和節(jié)能提出了新的更高要求，為了達到排放標準，可以在機內(nèi)凈化技術(shù)基礎(chǔ)上，通過輔之以必要的機外凈化技術(shù)，達到強制凈化，實現(xiàn)尾氣的達標排放。本文分析了三效催化技術(shù)、顆粒物過濾技術(shù)以及氮氧化物選擇性還原技術(shù)，并根據(jù)不同技術(shù)特點，提出了三元催化轉(zhuǎn)換器與電控燃油噴射系統(tǒng)在汽油機上的聯(lián)合使用的主要應(yīng)用和研究方向。

機動車尾氣治理；機外凈化技術(shù)；環(huán)保

1 概述

根據(jù)環(huán)保部發(fā)布的《2015年中國機動車污染防治年報》公布的數(shù)據(jù)顯示，我國已經(jīng)連續(xù)六年成為世界機動車產(chǎn)銷第一大國，與1980年相比，截止到2015年底全國機動車保有量增加了33倍，達到了24577.2萬輛。汽車排放的主要污染物有CO、HC、Nox、PM顆粒物以及Pb、SO2等有害物質(zhì)。據(jù)監(jiān)測結(jié)果表明，隨著機動車保有量的快速增加，呈現(xiàn)出煤煙與機動車尾氣復(fù)合污染特點，城市空氣污染加劇態(tài)勢。全面做好機動車污染監(jiān)測、治理刻不容緩。

機動車尾氣控制技術(shù)包括機內(nèi)凈化和機外凈化兩種，其中，機內(nèi)凈化主要從發(fā)動機燃燒室結(jié)構(gòu)、點火系統(tǒng)、進氣系統(tǒng)和燃油電子噴射系統(tǒng)方面采取措施，予以控制。機外凈化技術(shù)包括三效催化技術(shù)、顆粒物過濾技術(shù)以及氮氧化物選擇性還原技術(shù)等。本文重點探討機外凈化技術(shù)。所謂機外凈化技術(shù)，是指發(fā)動機燃燒生成的廢氣排出發(fā)動機排氣門后，但還未排入到大氣環(huán)境之前，進一步采取凈化措施，以減少最終汽車污染排放的技術(shù)。

2 三效催化技術(shù)（TWC）

三效催化技術(shù)原理：在汽車尾氣主要污染物CO、HC和NOx中，CO、HC具有還原性氣體，Nox是氧化性氣體。CO、HC和Nox具有加速廢氣氧化-還原反應(yīng)速度作用。三效催化技術(shù)處理汽車尾氣的效果與溫度有著密切聯(lián)系，通常需要達到500-700℃才是最為理想化工作狀態(tài)。從目前的實際應(yīng)用來看，高效能的三效催化對于汽車尾氣的凈化效率達到95%以上。但，三效催化技術(shù)的良好效果必須要達到一定的外部環(huán)境條件（見表1）：實際空燃比應(yīng)控制在理論空燃比（14.7/1）周圍很狹窄的范圍內(nèi)（目前常在電控閉環(huán)系統(tǒng)的發(fā)動機排氣管上加裝一個氧傳感器）；使用無鉛汽油和添加劑含量低的潤滑油；保持發(fā)動機良好的工作狀態(tài)；正確安裝三效催化轉(zhuǎn)換器。TWC技術(shù)在汽車應(yīng)用上有較高的普及率，從而為機動車尾氣污染治理提供了堅實的技術(shù)支持。

表1 ：三效催化轉(zhuǎn)化器失效機理

慢性中毒鋅、磷、硫中毒；或慢性鉛中毒電噴不良混合氣過濃或過稀；電噴部件損壞；不當操作機油添加劑中鋅或磷使催化劑中毒；汽油中的硫使催化劑中毒；無鉛汽油中的微量鉛長期積累催化劑轉(zhuǎn)化效率低；燃燒不正常；缺油或排氣中含油

3 顆粒物過濾技術(shù)（DPF）

顆粒物過濾技術(shù)（DPF）：微粒捕集器（DPF）技術(shù)是最終實現(xiàn)微粒排放控制的最為有效和簡單的方法。目前，DPF技術(shù)的研究主要集中在過濾材料和過濾體再生方面。其中，常用到的過濾材料有堇青石蜂窩陶瓷、碳化硅、編織陶瓷纖維、金屬纖維氈、活性碳纖維等等。要積極開發(fā)高性能、低成本的顆粒物過濾材料，以滿足現(xiàn)實需要；過濾體再生技術(shù)主要有進排氣節(jié)流再生、噴油助燃再生、電加熱再生、微波加熱再生、逆向噴氣再生等。再生技術(shù)方面，多種再生技術(shù)相結(jié)合是未來的發(fā)展方向。影響柴油車排放顆粒物控制技術(shù)的因素主要包括燃油品質(zhì)、機內(nèi)凈化和機外處理技術(shù)。通過優(yōu)化壁流式DPF孔道結(jié)構(gòu)，增大對灰分的承受能力，延長DPF使用壽命，目前，DPF仍然是最為有效的柴油車后處理控制技術(shù)。但，由于我國受到催化劑制備水平和燃油硫含量等條件的限制，DPF技術(shù)實際應(yīng)用難度加大，這也是國IV標準實施較為緩慢的主要原因之一。當前，較為理想的是采用被動再生技術(shù)，并將被動再生技術(shù)與主動加熱結(jié)合起來應(yīng)用較多。

4 選擇性還原技術(shù)（SCR）

SCR技術(shù)是指在一定溫度（290℃-350℃）條件下，利用還原劑（如氨氣、尿素溶液等）有選擇性地與NOx在催化劑涂層上進行催化還原反應(yīng)（而不與氧發(fā)生反應(yīng)）生成無毒無污染的N2和H2O。氮氧化物（NOx）是柴油機動車排放廢氣中危害大氣環(huán)境的主要成分，選擇SCR技術(shù)是目前應(yīng)用較為成熟的排放控制技術(shù)。該技術(shù)是由ECM控制加料泵精確地噴射液體尿素到催化器上游的排氣系統(tǒng)，將發(fā)動機排氣中所產(chǎn)生的氮氧化物轉(zhuǎn)化成氮氣和水。該技術(shù)系統(tǒng)的運行過程是：系統(tǒng)自檢—系統(tǒng)預(yù)注—等待加料—系統(tǒng)加料—系統(tǒng)排空。SCR技術(shù)能夠有效降低NOx90%以上，但該技術(shù)初期投資高，需要持續(xù)維護費用，還要考慮設(shè)備的布置空間等。

5 結(jié)語

對于在用車的排氣凈化措施，機內(nèi)凈化技術(shù)是治理發(fā)動機排氣污染的治本之舉，當機內(nèi)凈化不能達到排氣標準時，還需采用機外凈化措施來強制凈化排氣。目前，催化凈化技術(shù)是研究以及應(yīng)用范圍最多和最廣的機外凈化方式。三元催化轉(zhuǎn)換器與電控燃油噴射系統(tǒng)在汽油機上的聯(lián)合使用也是目前發(fā)展的主要方向。

[1]黃育新,廖雄銘,王少明等.機動車尾氣催化凈化裝置技術(shù)進展[J]資源節(jié)約與環(huán)保,2015(11):86.

[2]李濱.機動車尾氣污染及其凈化處理技術(shù)[J]科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力,2004(5):29～30.

黃慧（1988.3-），女，本科，漢族，助理工程師，主要從事汽車尾氣治理研究。