固態氨后處理技術與傳統尿素后處理技術的對比研究

陳濤淼

(江西五十鈴發動機有限公司，江西南昌 330200)

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固態氨后處理技術與傳統尿素后處理技術的對比研究

陳濤淼

(江西五十鈴發動機有限公司，江西南昌 330200)

介紹兩種后處理控制技術以及固態氨后處理的工作原理。對固態氨和傳統尿素兩種后處理技術做了對比研究，并給出了固態氨后處理技術的道路試驗結果。

內燃機；傳統尿素后處理；固態氨后處理

0 引言

近年來，大氣污染及霧霾現象日趨嚴重，國家制定了內燃機關于氮氧化物(NOx)、碳煙(PM)、碳氫化合物(HC)等的排放濃度限值。國五重型柴油機基本采用SCR(Selective Catalytic Reduction)后處理路線。針對傳統尿素后處理的缺陷，比如尿素結晶、噴嘴易堵塞等，固態氨技術相比具備較強優勢。

1 系統介紹

固體氨系統如見圖1所示，以無機鹽粉為儲氨材料，儲氨材料吸附氨氣作為氨源，通過加熱將氨氣從儲氨材料中釋放出來，根據溫度傳感器和壓力傳感器檢測氨氣壓力變化，達到系統工作的壓力狀態時，按照ECU和DCU中設定的排放控制策略，通過控制計量噴射模塊實現氨氣準確計量，實現NH3和NOx氣體在催化劑的作用下生成無害的氮氣和水。

圖1 固態氨系統圖

2 傳統尿素后處理

傳統尿素后處理化學反應結晶復雜且易結晶。傳統尿素化學反應式如下：

(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 ℃)

傳統尿素水溶液快速脫水生成尿素、縮二脲、三聚氰酸。縮二脲在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循環的排氣溫度60%的時間在180 ℃以下(見圖2)，這樣就造成了尿素結晶的情況出現(見圖3、圖4)。

圖2 排氣溫度曲線與NEDC工況溫度曲線對比

圖3 尿素結晶(一)

圖4 尿素結晶(二)

3 固態氨后處理技術上的優勢

(1)排氣管路布置簡單

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單的管路即可，沒有特定的角度與位置約束，更不需要冷卻或加熱。傳統尿素噴嘴布置見圖5，氨氣噴嘴布置見圖6。

圖5 傳統尿素噴嘴布置

圖6 氨氣噴嘴布置

(2)體積與質量減輕

傳統尿素系統安裝空間約66 L，質量24 kg；而固態氨安裝空間約為23 L，質量14 kg。傳統尿素系統和固態氨系統的安裝空間和質量對比如圖7所示。

圖7 安裝空間與質量對比

(3)儲存密度增加

同樣儲存4 kg氨氣，傳統尿素罐容積需要21.6 L，氨氣密度為183 g/L；而固態氨容積僅為9.2 L，氨氣密度為436 g/L。

4 固態氨后處理技術的試驗研究

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

圖8 NEDC工況下尿素與固態氨反應溫度曲線

氮氧化物原排值傳統尿素轉化效率固態氨轉化效率NEDC工況168mg/km47%55%SDC工況168mg/km28%50%

從表1可見：固態氨在NEDC歐洲駕駛循環工況中表現出更高的轉化效率，比傳統尿素高出8%；在純城市工況中則高出22%。

5 結論

固態氨后處理技術相比傳統尿素后處理技術在氮氧化物轉化率、整車布置性、低溫魯棒性、續航里程、結晶沉淀等方面均具有明顯優勢。

【1】張亮.滿足國V排放法規的柴油機后處理技術[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，工學學士，工程師，從事柴油發動機產品開發及管理工作。E-mail：10800481@qq.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2016.11.010

U461.8

A

1674-1986(2016)11-043-03