淺析尾氣后處理技術(shù)在熱試臺(tái)架上的應(yīng)用

張玉龍

摘要：隨著排放要求升級(jí)，發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放控制日益嚴(yán)格。而發(fā)動(dòng)機(jī)在熱試臺(tái)架上進(jìn)行綜合性能檢測時(shí)也會(huì)造成大量的尾氣排放，因此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)在熱試臺(tái)架上測試時(shí)的尾氣排放依然需要進(jìn)行處理。

關(guān)鍵詞：熱試臺(tái)架；發(fā)動(dòng)機(jī)；后處理技術(shù)

1.概述

眾所周知，隨著中國國內(nèi)汽車數(shù)量的日益增多，汽車所產(chǎn)生的尾氣排放已逐漸成為造成大氣污染的主要原因之一。所以提高汽車排放標(biāo)準(zhǔn)、降低汽車尾氣排放必然是大勢所趨。汽車所產(chǎn)生的尾氣來自于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)燃料的不完全燃燒，其主要產(chǎn)生的尾氣成分主要有：碳煙顆粒物（PM）及有害氣體（主要為NOx、CO、HC）。在整車狀態(tài)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)一般都會(huì)配置三元催化器及顆粒捕集器等部件，用于發(fā)動(dòng)機(jī)已產(chǎn)生尾氣的后處理。

但是，在發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)階段，發(fā)動(dòng)機(jī)本身的三元催化器及顆粒捕集器等部件往往是不安裝的。發(fā)動(dòng)機(jī)在熱試臺(tái)架上做點(diǎn)火試驗(yàn)時(shí)，基本上等于燃燒室所產(chǎn)生的尾氣直接排放出去。且發(fā)動(dòng)機(jī)在做點(diǎn)火試驗(yàn)時(shí)需要檢測發(fā)動(dòng)機(jī)在各種轉(zhuǎn)速及工況下的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，某階段的排放量會(huì)非常高。即使這些尾氣都會(huì)按照排放標(biāo)準(zhǔn)通過高空排煙管排出，但依然對(duì)大氣環(huán)境存在一定的破壞。因此為熱試臺(tái)架配置后處理設(shè)備也顯得尤為重要。

2.尾氣中有害氣體成分分析

根據(jù)燃燒理論，進(jìn)入汽車燃燒室的成分是空氣和燃油，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)可燃混合氣在燃燒過程中產(chǎn)生的排放尾氣中含有一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化合物、二氧化硫、碳顆粒、二氧化碳等氣體和其他雜質(zhì)粉塵等。其中碳顆粒、一氧化碳、碳?xì)浠衔铩⒌趸衔锖枯^大，其產(chǎn)生的影響因素也較多。

2.1顆粒物

顆粒物的主要成分是碳，主要是由于燃油燃燒不充分所產(chǎn)生的，是大氣PM2.5的來源之一。顆粒物是柴油機(jī)排放氣體中的主要組成部分，而汽油機(jī)的排放量相對(duì)較少，故一般僅在柴油機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架上實(shí)施后處理措施。

由于顆粒物是燃燒不充分所產(chǎn)生的固體顆粒物，除了高溫灼燒進(jìn)行處理以外，無法通過其他的化學(xué)手段進(jìn)行轉(zhuǎn)化。但顆粒物燃燒需要較高的溫度，對(duì)于能耗及設(shè)備使用安全等方面存在較大的隱患，故一般采用物理吸附的方式進(jìn)行處理。

2.2氮氧化合物（NOx）

NOx是在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程中產(chǎn)生的，其中NO成分占比例較大，而少量成分是NO2，他們是N2在燃燒高溫下的產(chǎn)物。

2.3CO、HC

CO主要是由于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部缺氧和低溫引起的不完全燃燒而產(chǎn)生的，一般烴燃料的燃燒反應(yīng)過程為：

CmHn+（2/m）O2→mCO+（n/2）H2

3.目前常用尾氣后處理技術(shù)說明

3.1簡介

針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)在試驗(yàn)臺(tái)架上產(chǎn)生的主要有害氣體成分，目前均有常用的技術(shù)進(jìn)行處理。其中，減少顆粒物含量可采用DPF顆粒捕集技術(shù)；針對(duì)HC、CO等可采用DOC氧化技術(shù)；而對(duì)于NOx，則可采用SCR選擇性還原技術(shù)。同時(shí)這也是在整車上常用的尾氣后處理技術(shù)。下面將重點(diǎn)介紹這幾種技術(shù)的工作原理。

3.2碳煙顆粒捕集器（DPF）

碳煙顆粒捕集器DPF，是采用陶瓷材料制成的，它可以將排放廢氣中顆粒物質(zhì)排入大氣之前將其攔截捕捉。其軸向具有平行蜂窩孔道，相鄰的蜂窩孔道兩端面交替錯(cuò)位，堵孔道壁上均布微孔結(jié)構(gòu)的蜂窩陶瓷，捕集幾何面積大，捕集效果好。柴油機(jī)的廢氣從入口進(jìn)入過濾體，然后由入口通道的壁流面流入出口通道，再從出口通道排出。柴油機(jī)的尾氣在通過通道壁時(shí)，它利用蜂窩陶瓷孔壁上的孔隙截留、捕捉柴油機(jī)尾氣中的碳煙顆粒，以完成尾氣排放碳煙顆粒凈化工作，可減少柴油發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的煙塵達(dá)95%以上。如圖2所示。

但經(jīng)過一塊時(shí)間的使用后，DPF模塊孔道內(nèi)會(huì)由于過濾產(chǎn)生大量的碳堆積，導(dǎo)致過濾微孔氣體通過性及過濾效率下降。所以，在使用一段時(shí)間后，須定期通過壓縮空氣反向吹掃對(duì)DPF進(jìn)行清潔。

3.4DOC

鉻鎳合金DOC凈化單元，模塊呈蜂窩狀，其表層涂覆有以鉑金為主的氧化型催化劑。DOC貴金屬氧化型催化劑主要目的是降低碳?xì)浠衔铮℉C）、一氧化碳（CO）的排放。其氧化原理與汽油機(jī)三元催化器氧化HC和CO的原理基本一樣。DOC可以使有毒的HC部分減少75-90%，CO減少75-90%。化學(xué)反應(yīng)原理如下：

CO+1/2O2→CO2

4HC+5O2→4CO2+2H2O

C+O2→CO2

3.5SCR

SCR，選擇性催化還原技術(shù)，該種技術(shù)也是目前在整車上普遍使用的技術(shù)。該技術(shù)是指向尾氣中噴入適量的尿素（實(shí)則是其中的氨產(chǎn)生作用），尿素在貴金屬催化劑的作用下，與尾氣中的氮氧化合物發(fā)生反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為無害的氮?dú)夂退?，具體反應(yīng)原理如圖3所示。去除率可達(dá)到75%。尿素在系統(tǒng)的控制下，可實(shí)現(xiàn)精確噴射。具體工作原理如圖4所示。

目前SCR中反應(yīng)催化劑多選用的為釩基催化劑。該催化劑制作工藝較成熟，成本相對(duì)較低，應(yīng)用比較廣泛。其最佳的反應(yīng)溫度為300℃-450℃，在該溫度范圍，催化劑才能保證比較高的催化效率。

4.總結(jié)

DPF+DOC+SCR是目前在整車尾氣處理上常用的技術(shù)，也可應(yīng)用于臺(tái)架上發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣后處理，其處理原理一致。通過以上三種模塊串聯(lián)的方式，可依次對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中的各氣體成分進(jìn)行處理，大幅降低發(fā)動(dòng)機(jī)熱試過程中污染物的排放量，切實(shí)起到環(huán)境保護(hù)的作用。

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