重型柴油汽車國六后處理技術(shù)路線

陳建

摘 要：重型柴油汽車雖然數(shù)量上在全國汽車保有量中占比較少，但是排放的氮氧化物和顆粒物排放量分別約占機(jī)動(dòng)車排放總量的57%和77%以上。隨著排放法規(guī)的逐步加嚴(yán)，僅依靠機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)已不能達(dá)到法規(guī)限值要求，還必須使用后處理技術(shù)來控制污染物。本文將在分析排氣污染物的形成及危害的基礎(chǔ)上，對(duì)重型柴油汽車國六后處理技術(shù)路線進(jìn)行探討，以供相關(guān)的工作人員參考借鑒。

關(guān)鍵詞：國六;技術(shù)路線;發(fā)動(dòng)機(jī)

1排氣污染物的形成及危害

內(nèi)燃機(jī)的燃料為碳?xì)浠衔?，燃燒時(shí)產(chǎn)生的主要有害污染物為：CO、HC、NOx、碳煙PM。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很高，混合、燃燒時(shí)間極短，出現(xiàn)熄火，未燃產(chǎn)物為HC;發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)、大負(fù)荷、變工況用濃混合氣，導(dǎo)致不完全燃燒形成CO;燃燒最高溫度1800℃以上，空氣中的氮?dú)庋趸筛鞣N氮的氧化物NOx;柴油機(jī)混合的不均勻性，在高溫下缺氧燃料發(fā)生裂解、脫氫碳煙顆粒（微粒子）形成PM。其中，CO是一種有毒氣體，其毒性在于和人體血紅蛋白親和，生成一氧化碳血紅蛋白，它能阻礙人體血液中氧氣的輸送，引起頭痛，虛脫，神智不清等癥狀和肌肉調(diào)節(jié)障礙等，致人死亡;有害污染物NOx，絕大部分為NO，一氧化氮能引起中樞神經(jīng)麻痹和痙攣。人吸收一氧化氮會(huì)迅速氧化成有毒的二氧化氮，有強(qiáng)烈的腐蝕性和毒性;HC具有明顯的刺激性。它能刺激眼結(jié)膜，引起流淚并導(dǎo)致紅眼癥，同時(shí)對(duì)鼻、咽、喉、器官均有刺激作用，能引起急性喘息癥。;柴油機(jī)排出的微粒有不同程度的致癌作用。

2技術(shù)路線

2.1EGR：廢氣再循環(huán)（ExhaustGasRecirculation）

其作用是將少部分發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒后產(chǎn)生的廢氣和新鮮空氣混合后進(jìn)入燃燒室，進(jìn)行再次燃燒的技術(shù)，EGR有效抑制缸內(nèi)溫度，從而達(dá)到降低NOx的排放。

2.2DOC：氧化型催化器（DieselOxidationCatalyst）

其作用是凈化尾氣中的CO和HC。DOC一般以金屬或陶瓷作為催化劑的載體，涂層中主要活性成分是鉑、鈀等貴金屬與稀土金屬，將NO氧化為NO2，提高POC/DPF的入口溫度，NO2用來氧化氧化碳顆粒，效率可達(dá)40%-50%。在國六系統(tǒng)中，DOC至關(guān)重要，主要作用有：①降低HC排放一將尾氣中未燃燒HC、潤滑油HC氧化為H20和CO2。②將NO氧化為NO，NO，將DPF里面的碳顆粒氧化為氣態(tài)的CO2。③氧化噴入排氣管的燃油：氧化柴油放熱使DPF溫度升高，DPF內(nèi)碳與氧氣反應(yīng)為CO2。

2.3DPF顆粒捕捉器（DieselParticleFilter）

其通常配合EGR廢氣再循環(huán)裝置，安裝在柴油機(jī)的排氣管上游，對(duì)排氣中的5μm大微粒通過碰撞、攔截的方式進(jìn)行捕集，對(duì)小于100nm的小微粒通過擴(kuò)散方式進(jìn)行捕集，這使得DPF的顆粒捕集效率高達(dá)95%以上。DPF采用壁流式過濾通道，內(nèi)部由很多細(xì)小的孔道組成，相鄰孔道一端出口封閉，一端入口封閉。孔道壁面有微孔，可使氣流通過，所謂壁流式就是指排氣出口封閉，排氣只能強(qiáng)制從每個(gè)通道的壁面小孔互相“滲透”，同時(shí)捕集經(jīng)過的微粒，這樣相對(duì)于POC的直通式的捕集器須都會(huì)更高。但隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，大量的顆粒堆積并堵塞DPF，會(huì)造成排氣背壓增加，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能惡化。因此，DPF必須及時(shí)清除附著的顆粒，即DPF的再生。

DPF再生過程分為主動(dòng)和被動(dòng)2種形式：

2.3.1被動(dòng)再生

在300C左右NO2和C顆粒轉(zhuǎn)化為CO2和NO，被動(dòng)再生一般是指在過濾體表面涂覆催化劑或在燃油中添加催化劑以降低顆粒的氧化反應(yīng)溫度。

NO2氧化顆粒-條件（220℃-400℃）

2NO+02→2NO2

C+2NO2→CO2+2N0

2.3.2主動(dòng)再生

在600℃左右將捕捉到的顆粒物燃燒成CO2排出去，柴油機(jī)在主動(dòng)再生則是指通過外在提供能量增加排氣或過濾體的溫度，將顆粒燃燒掉。由于主動(dòng)再生很多實(shí)際工況中處于低負(fù)荷狀態(tài)，排氣溫度很低，被動(dòng)再生受到一定的限制。因此，成為國六階段必備的后處理技術(shù)，在國六的實(shí)際使用上是被動(dòng)再生和主動(dòng)再生同時(shí)使用。

CO2氧化顆粒-條件（>500℃）

4HC+5O2→2H2O+4CO2

C+O2→CO2

主動(dòng)再生主要分為DPM路線和噴油器燃油后噴路線，噴池器燃油后噴技術(shù)路線是噴油器在做功沖程中后期將燃油噴入燃燒室內(nèi)，然后隨著廢氣排放到DOC中燃燒，提高排氣溫度，燃燒顆粒物。當(dāng)收集的P顆粒物過多時(shí)，僅僅通過再生的方式已經(jīng)不能完全清理干凈，這時(shí)候就可能會(huì)用到市面上的一些清理DPF的設(shè)備，基本原理就是使用氣泵來反吹DPF，將PM顆粒物給吹掃干凈，可以達(dá)到與再生同樣的目的。注意氣壓不應(yīng)過高，否則易導(dǎo)致過濾層損壞。清灰效果的好壞也可以通過測量排氣背壓、重量測試等方法來檢驗(yàn)，清灰設(shè)備一般同時(shí)具備有加熱功能，共同用于后處理DPF再生清理。注意：DPF不建議采用水洗的清理方式，部分廠家也有使用CDPF或者SDPF，如果用水洗可能會(huì)破壞內(nèi)壁催化劑涂層，使其失效。拉爵：DPF不建議采用水洗的滿理方式。DPF通常就是常說的顆粒捕捉器，CDPF在此基礎(chǔ)上采用了內(nèi)壁涂覆催化劑涂層，促使部分的CO、HC氧化還原;而SD-PFP即所謂的SCR-DPF，也是在DPF內(nèi)側(cè)涂覆催化制涂層，但不同的是SDPF是用于還原尾氣的部分NOx。

2.4SCR選擇性催化還原器SCR（selectivecatalytiereduction）

其通過尿素噴射系統(tǒng)將尿素噴射到排氣管中，在催化劑的作用下，使氮氧化物與尿素發(fā)生還原反應(yīng)，從而達(dá)到去除氮氧化物的SCR技術(shù)通過優(yōu)化燃油噴射系統(tǒng)和噴油提前正時(shí)，使燃油在高溫高氧的條件下充分燃燒，在機(jī)內(nèi)減少顆粒物優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)功率，再使用SCR技術(shù)降低因燃燒優(yōu)化而產(chǎn)生的NOX排放。

（NH2）2CO（尿素）+H20→CO2+2HN3（二次污染）（水解反應(yīng)）

4N0+4NH3+O2→4N2+6H2O （催化還原反應(yīng)，排溫>200℃）

2NO2+2NO+4NH3→4N2+6H2O （催化還原反應(yīng)，排溫>200℃）

2.5ASC氨逃逸催化器

由于車輛可能存在尿素泄露，反應(yīng)效率低等情況，尿素分解產(chǎn)生的氨氣可能會(huì)未參與反應(yīng)而直接排出大氣。因此需要安裝ASC裝置以防止氨逃逸。氨逃逸催化器（ASC）在載體內(nèi)壁使用貴金屬等催化劑涂層，用于催化氧化廢氣，一般裝在SCR后端。

2.5.1ASC的主要作用

（1）將過常的NH3氧化為N2、N2O、NOx。

NH3+O2→N2、N2O、NOx

（2）同時(shí)再催化NOx、NH3反應(yīng)為氮?dú)釴2。

NH3+NOx→N2

2.5.2ASC的性能指標(biāo)

進(jìn)行NH3轉(zhuǎn)化效率試驗(yàn)，275℃時(shí)NH3的轉(zhuǎn)化效率不得低于70%，其余各溫度點(diǎn)NH3的轉(zhuǎn)化效率均不得低于80%;關(guān)于耐久性，長期使用的ASC會(huì)發(fā)生老化現(xiàn)象，在ASC的快速老化試驗(yàn)時(shí)，老化后的NH3轉(zhuǎn)化效率的下降量不得高于15%，NOx選擇性轉(zhuǎn)化效率的上升量不得高于15%。

3結(jié)束語

目前，各國已開始加強(qiáng)與柴油機(jī)排放有關(guān)的問題，同時(shí)制定了一些法律標(biāo)準(zhǔn)。這一發(fā)展加上相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步使得其處理技術(shù)得到了相當(dāng)大的發(fā)展。但是這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，希望相關(guān)的研究人員能夠更多地關(guān)注和研究相關(guān)技術(shù)，從而為我國的節(jié)能減排事業(yè)做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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