消防車柴油廢氣處理必要性與相關技術的探究

王榮強

摘要：本文介紹了消防車的類型，分析了消防車柴油廢氣處理的必要性，著重論述了消防車柴油廢氣處理技術應用中的注意點，這些技術主要是EGR（廢氣再循環）、DOC（柴油氧化催化器）、NSC（氮氧化物存儲式催化轉化器）、DPF（柴油顆粒過濾器）、SCR（選擇性催化還原），相比較而言，每種方法都各有利弊。今后在消防車柴油廢氣處理上，我們需要不斷加大科研創新力度和對這些技術應用的深入研究。

關鍵詞：消防車;柴油廢氣處理;必要性;技術應用

一、消防車的類型

消防車的分類，以其功能特點為標準，國內普遍將消防車劃分為：（一）滅火消防車，包括泵浦消防車、水罐消防車、泡沫消防車、高倍泡沫消防車、二氧化碳消防車、干粉消防車、泡沫-干粉聯用消防車。（二）舉高消防車，包括云梯消防車、登高平臺消防車、舉高噴射消防車。（三）專勤消防車，包括搶險救援消防車、通訊指揮消防車、照明消防車、排煙消防車、勘察消防車、供水消防車、供液消防車、消防坦克。此外，還有一些是應用于專門場所、位置的消防車，比如機場救援先導消防車、機場救援消防車，或者是給消防任務做保障的車輛，如供水消防車、救護消防車、器材消防車、宣傳消防車等。這些大量的、不同類型的消防車的推出與應用，給我們的生活、生產和生命、財產安全都帶來了保障。

二、消防車柴油廢氣處理的必要性

柴油發動機已發展成為世界上最強大和最可靠的發電形式之一。在柴油發動機中，內部燃燒導致高溫高壓氣體膨脹，高溫高壓氣體反過來移動活塞，將化學能轉化為機械能。相比其他動力輸出來說，柴油發動機的車輛馬力大、動力強，但是柴油車輛的廢氣排出也多于其他汽油類型的車輛。

理論上，為了有效和安全地運行，發動機必須不斷地向氣缸輸送空氣、燃料和潤滑劑。此外，必須對作為燃燒副產物產生的發動機排放進行處理，以滿足全球環境標準。但是，即使采用最優化的燃燒過程，仍然存在一定程度的排放。消防車柴油發動機內，由于柴油機著火落后期長短會明顯影響滯燃期內噴油量和預混合氣量的多少，從而影響消防車柴油機的燃燒特性以及動力經濟性、排放特性和噪聲振動特性，因此需要精確控制。

三、消防車柴油廢氣處理應用技術及其注意點

（一）廢氣再循環（EGR）

目前市場上，采用EGR系統控制的方式比較多樣，如機械控制式、電子控制式、電子控制式、單閥控制式、多閥控制式、開環控制式、閉環控制式。

廢氣再循環（EGR，即Exhaust Gas Recirculation）的消防車柴油廢氣處理過程中，排除的廢氣中的O2含量很低，含有大量N、CO2和水蒸氣，正是由于這三種氣體很穩定，不能燃燒，可吸收大量熱量，利于廢氣的處理。因此，大型柴油機幾乎都裝有利用熱交換器制成的冷卻機構（COOL EGR）。另外裝有渦輪增壓器內燃機高負載時，若進行EGR，吸氣壓力會大于氣、會使單純的閥門開關無法進行回流，需要設置EGR控制閥門逆止閥（止回閥）。

理論上若能改變EGR量就有可能可以取消燃油機的節流閥，但大量的EGR在點火時的困難會容易造成燃燒不穩定，以及無法在怠速時達成穩定狀態等理由使其難以實用化。

值得注意的是，為柴油機加裝EGR后動力下降、油耗升高，缸套等部件的材料也應考慮耐腐蝕和耐磨損的問題。

（二）柴油氧化催化器（DOC）

DOC即柴油氧化型催化器，是一種安裝在發動機排氣管路中，通柴油燃燒后尾氣中產生有害排放物，如CO、HC、顆粒物（PM）和SOF等進行氧化，然后產生CO2和H2O。其優點體現在：具有良好的抗熱性、抗機械沖擊性;使用壽命長，背壓低、容積小;免維護，降低維護成本。但是，DOC并不能將污染物完全氧化，其轉換效率上實際效果是，對CO可轉化70%～90%、HC可轉化60%～80%、SOF可轉化40%～50%，對顆粒物的凈化效率在20%～40%，可見僅用DOC一個辦法是不夠的。

值得注意的是，催化劑的選擇與柴油機排氣溫度密切相關，當溫度<150℃時，催化劑基本不起作用。隨著溫度的升高，排氣微粒主要成分的轉化率逐漸增高。當溫度>350℃后，由于硫酸鹽大量產生，反而使微粒排放量增大，且硫酸鹽還會覆蓋在催化器表面，導致催化劑的活性和轉化率下降。此外硫對大多數催化劑來講有毒性，易引起催化劑中毒，值得從燃油品質、氧化催化器費用等方面加以注意和防范。

（三）柴油顆粒過濾器（DPF）

DPF（Diesel Particulate Filter），稱柴油機微粒捕集器，是一種安裝在柴油發動機排放系統中的陶瓷過濾器，可以在微粒排放物質進入大氣前將其捕捉。其工作原理分為：1.被動再生：指只要達到特定溫度和壓力條件，過濾器收集到的微粒排放物質（煙灰）就會被處理掉。這些顆粒物大部分是由碳或碳化物的微小顆粒（尺寸小于4～20μm）所組成。2.主動再生：當車輛達不到特定反應條件，需要系統主動創造條件如加熱，來處理顆粒物。DPF是國際上公認的微粒排放后處理方面的最佳方式，在應對消防車柴油發動機廢氣處理上，具有一定的優勢，但是，值得注意的是，柴油含硫量高的話，尾氣堵塞DPF就會經常發生。

（四）選擇性催化還原（SCR）

選擇性催化還原方法（SCR）是對下游工質的一項處理工藝，采取SCR（簡稱選擇性催化還原法），可減小柴油機尾氣中的氮氧化物及微顆粒。采用此方法進行尾氣處理的系統稱為SCR系統。SCR技術是通過車用尿素溶液和柴油機尾氣中的氮氧化物發生氧化還原反應來消除尾氣中的氮氧化物。在此反應中，車用尿素溶液的濃度是保證反應充分進行的相當重要的一個參數。

SCR中催化劑作用，是降低反應的活化能，使反應溫度降低至合適區間（250℃～500℃）從而去除排氣中絕大部分的NOx，同時降低部分HC和CO排放。同時，催化劑也會隨時間的增加而喪失活性，因此必須定期更換，一般規定1～5年更換1次，需根據用途而定。現在部分機內凈化能力較低的柴油機則采用此技術，但需要按時添加尿素，頻繁更換必然會增加成本。

SCR成功的關鍵在于，排氣與NH3需要充分混合，本身NH3是一種大氣污染物也值得注意;同時，按進入反應區的NOx濃度及去除率精確控制NH3的噴入量，以便最大限度地去除NOx。

常規的SCR技術，有一些值得注意的地方，比如：1.催化劑這種材料的管制和處理問題;2.余熱鍋爐的補燃問題、余熱鍋爐的產氣量控制問題;3.低溫催化劑產品的優化、替代研發問題。

四、結語

現代消防車輛、設備在執行救火任務和進行正常作業時，會排除大量的廢氣，不僅污染城市大氣環境，也對周圍人民群眾、駕駛員等帶來身體危害，因此，必須采取有效技術措施，改進和優化消防車柴油發動機的各項關鍵指標，提高廢氣排放的清潔度。

參考文獻：

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