柴油機(jī)尾氣NOx機(jī)內(nèi)凈化新技術(shù)

譚小磊

摘要：柴油機(jī)由于具有效率高、動(dòng)力大等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸以及工業(yè)生產(chǎn)中。作為動(dòng)力裝置，柴油機(jī)優(yōu)越的性能無可挑剔，但其排放的氮氧化合物（NOX）卻能對(duì)環(huán)境造成極大的破壞。在柴油機(jī)應(yīng)用越來越廣泛的同時(shí)，人們對(duì)NOX的排放控制也越來越重視。設(shè)計(jì)人員對(duì)動(dòng)力裝置內(nèi)部進(jìn)行改裝，并通過尾氣處理最大限度的減少NOX被排放到空氣中，本文就柴油機(jī)尾氣NOX的機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)進(jìn)行探究

關(guān)鍵詞：柴油機(jī)尾氣；NOX；機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)水平和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，柴油機(jī)技術(shù)獲得飛速發(fā)展，為國(guó)家的發(fā)展和人們生活水平的提高做出了巨大貢獻(xiàn)。隨著柴油機(jī)淤使用范圍的不斷擴(kuò)展，由此帶來的負(fù)面影響也進(jìn)一步凸顯出來。柴油機(jī)排放的氣體中含有大量的NOX氣體，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞，影響到人們正常的生活。為減輕柴油機(jī)為其帶來的危害，必須開發(fā)柴油機(jī)尾氣NOX機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)。

1.NOX的生成原理

柴油機(jī)內(nèi)及工作過程中，可以根據(jù)NOX的生成途徑的不同將NOX進(jìn)行分類，為NOX瞬發(fā)、熱NOX、燃料NOX[1]。其中瞬發(fā)NOX和燃料NOX產(chǎn)生的污染物量較少，因此在實(shí)際研究中一般不作考慮，一般將熱NOX作重點(diǎn)研究。柴油機(jī)的工作機(jī)理是將燃料以霧狀的形式噴入氣缸中，在高溫下與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，瞬間產(chǎn)生強(qiáng)大的爆發(fā)力，并通過連桿將產(chǎn)生的能量傳送出去。在氧化反應(yīng)過程中，多種成分參與其中，柴油中的含氮有機(jī)物在發(fā)生氧化反應(yīng)后，其中的N元素會(huì)與O元素結(jié)合，生成氮氧化合物，其中以NO為主。NO會(huì)與氧氣繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)，生成更多的氮氧化合物。在柴油工作過程中，隨著溫度的升高，NO的含量會(huì)增加。并且在柴油機(jī)連續(xù)工作過程中，氣缸吸入空氣的N2和O2的濃度會(huì)發(fā)生變化， O2則被不斷消耗，如果O2的濃度足夠高，就會(huì)與N元素不停進(jìn)行結(jié)合，，NOX中X的值會(huì)減小，NO的含量會(huì)越來越高。

2.常用的柴油機(jī)尾氣凈化技術(shù)

2.1 EGR技術(shù)

EGR是利用循環(huán)原理，將柴油機(jī)的尾氣回收利用，讓尾氣中的NOX與氧氣充分反應(yīng)，以此減少尾氣中的NOX濃度.EGR主要通過循環(huán)氧化作用降低尾氣中的有害氣體的含量，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行柴油機(jī)氣缸中燃料的燃燒速度以及氧化反應(yīng)強(qiáng)度的控制，通過這兩方面的原理來達(dá)到降低最高燃燒的目的。EGR技術(shù)并非完美無缺，當(dāng)尾氣中的NOX濃度降低后，會(huì)增加一些其他的污染物的濃度，例如CO、CH化合物等。

2.2 SCR技術(shù)

SCR技術(shù)主要是利用催化劑和還原劑原理，想柴油機(jī)排放的尾氣中加入氨基還原劑，通過化學(xué)反應(yīng)讓尾氣中的NOX被分解，其中的N元素互相結(jié)合生成空氣中的重要組成部分N2，O元素則和H元素結(jié)合生成水，這樣就將NOX轉(zhuǎn)化為無污染氣體排放出去。該凈化方法的主要缺點(diǎn)是加入的還原劑容易受到外界因素的影響，降低化學(xué)反應(yīng)的效率，凈化效果不明顯。

3.柴油機(jī)尾氣NOX的機(jī)內(nèi)凈化新技術(shù)

3.1 柴油機(jī)尾氣NOX的機(jī)內(nèi)凈化新技術(shù)原理

通過前文的分析不難看出，NO的生成條件主要是高溫富氧，在高溫條件下有足夠的氧氣參與反應(yīng)就會(huì)提升NO的濃度。因此可以利用這一原理降低NO的濃度，只要適當(dāng)控制反應(yīng)溫度以及氧氣的濃度就能實(shí)現(xiàn)對(duì)NO生成量的控制。對(duì)溫度的控制可以通過兩個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)，一個(gè)是降低柴油機(jī)工作時(shí)的溫度，使其降低至NO生成條件之下。然而在實(shí)際應(yīng)用過程中這一原理并不可行，柴油機(jī)主要通過爆發(fā)瞬間產(chǎn)生的能量產(chǎn)生動(dòng)力，降低柴油機(jī)溫度就讓降低了柴油機(jī)作為動(dòng)力裝置的價(jià)值。除此之外還能通過加入催化劑加速NO的分解，一次降低NO在尾氣中的濃度。但由于反應(yīng)條件過于復(fù)雜，此法在實(shí)際中難以運(yùn)用。降低O2的濃度主要通過相應(yīng)的裝置控制吸入空氣中的組成成分，提高其他氣體的含量，以此降低混合氣體中O2含量，但在實(shí)際操作中，不論采用怎樣的氣體控制裝置，都難以實(shí)現(xiàn)消除“剩余氧”，因此此法難以運(yùn)用于實(shí)際，因此只有加入還原劑使NO發(fā)生還原反應(yīng)，這也就成了

降低了柴油機(jī)尾氣NOX的機(jī)內(nèi)凈化新技術(shù)的研究方向。將反應(yīng)溫度控制在合適的范圍內(nèi)，既能保證氧化反應(yīng)的良好反應(yīng)，產(chǎn)生大量能量，還能減少NO的生成量，一般講溫度控制在1000K-1600K之間。即柴油機(jī)尾氣NOX的機(jī)內(nèi)凈化新技術(shù)原理為控制反應(yīng)溫度在適合的范圍，在不加入催化劑（消除催化劑對(duì)還原劑的影響）的情況下向柴油機(jī)氣缸中加入還原劑（氧化反應(yīng)后期加入），以此還原柴油機(jī)尾氣中的NOX，生成對(duì)環(huán)境無污染的N2和H2O，達(dá)到凈化柴油機(jī)尾氣的目的。

3.2 NOX機(jī)內(nèi)凈化的理論基礎(chǔ)

由于NOX的生成首先從NO開始，因此只要控制NO的生成量就能從根本上控制氮氧化合物的生成量。NO的化學(xué)方程式為N2 + O2 2NO ，這是一個(gè)可逆反應(yīng)，在溫度升高的時(shí)候，原先的反應(yīng)平衡將會(huì)被打破，NO的濃度會(huì)進(jìn)一步提高，因此生成NO的主要影響因素為溫度，通過研究表明，溫度超過1700K時(shí)就會(huì)有大量的NO生成，因此必須控制溫度在1700K以下，卻又不能降低柴油機(jī)的功效，因此一般將溫度控制在1000K-1600K之間，既保障了柴油機(jī)的基本作用，又減少了NO的生成。

3.3 新技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)的區(qū)別

新技術(shù)克服了傳統(tǒng)技術(shù)降低柴油機(jī)溫度的缺點(diǎn)，維持了柴油機(jī)正常工作的熱效率，柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和高效性等優(yōu)點(diǎn)被保留，保證了柴油機(jī)的基本性能，為實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的價(jià)值提供了最基本保障。在改進(jìn)的方案中并沒有使用催化劑，這樣的做法是出于發(fā)揮還原劑的作用考慮的，傳統(tǒng)技術(shù)中還原劑在工作過程中主要受到催化劑的影響，在實(shí)際工作中難以實(shí)現(xiàn)對(duì)氮氧化合物的還原，還原作用沒有得到良好體現(xiàn)。新技術(shù)中還原劑的作用得到了充分的發(fā)揮，并且還原劑的加入是在氧化反應(yīng)后期，此時(shí)氣缸內(nèi)的溫度處于較高水平，有助于提高反應(yīng)物的活性，加速還原反應(yīng)的進(jìn)行。還原劑被加入時(shí)，汽缸內(nèi)的氧化反應(yīng)仍舊在進(jìn)行中，因此還原劑有足夠的時(shí)間與NOX發(fā)生反應(yīng)，最大限度的將尾氣中的NOX還原，使尾氣中的NOX濃度達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

4.結(jié)束語

隨著人們對(duì)柴油機(jī)的需求進(jìn)一步提高，對(duì)柴油機(jī)內(nèi)部NOX的凈化技術(shù)提出了更高的要求。傳統(tǒng)的凈化技術(shù)已經(jīng)不能滿足人們的需求，新的技術(shù)產(chǎn)生了，并克服了傳統(tǒng)凈化技術(shù)存在的弊端，最大限度降低了柴油機(jī)的弊端。

參考文獻(xiàn)：

[1]周華祥.柴油機(jī)尾氣NOX機(jī)內(nèi)凈化的新技術(shù)[J].機(jī)械工程，2012，5：88-92

[2]李智敏.柴油機(jī)尾氣NOX機(jī)內(nèi)凈化的新技術(shù)[J].科技向?qū)В?013，8：310