柴油機(jī)煙氣排放狀況及減排技術(shù)

黃長(zhǎng)文 安徽全柴動(dòng)力股份有限公司 中小功率柴油機(jī)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

柴油機(jī)具有熱效率高、功率大、經(jīng)濟(jì)性好、可靠性高等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械等領(lǐng)域。這些機(jī)械在工作時(shí)，由于施工機(jī)械與運(yùn)輸車輛的頻繁往來(lái)，以及通風(fēng)條件的限制，機(jī)械排放的有害氣體嚴(yán)重超標(biāo)，會(huì)擴(kuò)散到整個(gè)工作場(chǎng)所，嚴(yán)重危害施工人員的身體健康和施工的正常進(jìn)行因此，對(duì)柴油機(jī)排氣進(jìn)行控制和凈化就顯得尤為重要。

一、柴油機(jī)的有害排放物生成機(jī)理

柴油機(jī)燃燒方式以擴(kuò)散燃燒為主，過量空氣系數(shù)大，空氣充足。燃燒速率主要由可燃混合物的生成速率控制，混合比由零變?yōu)闊o(wú)窮大。因此，柴油機(jī)有害排放物主要是CO2、NOx和PM，而CO和HC排 放 量較小。

1.一氧化碳（CO2）是近十年來(lái)在內(nèi)燃機(jī)上得到控制的一種溫室氣體（以前主要控制工廠的CO2排放）。過多的二氧化碳會(huì)導(dǎo)致全球氣溫上升。石油燃料完全燃燒的最終產(chǎn)物是CO2和H2O因此，降低柴油機(jī)CO2排放就是降低油耗，即CO2排放越少，輸出功率越大。

2.柴油機(jī)排氣中NOx排放NOx是NO，NO2，N2，N2O3，N2O5，N2O4、NO3的 總 稱，其中主要成分為NO、NO2，其他成分可忽略 不 計(jì)，NO占9%，NO2占10%。因 此，柴油機(jī)NOx排放主要是指NOx排放。柴油機(jī)中的NO有兩種來(lái)源，一種是大氣中的氮，另一種是燃料中的氮。由于柴油中氮含量較低（質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.2%），對(duì)NO的貢獻(xiàn)可以忽略不計(jì)。燃燒過程中空氣中NO的生成來(lái)源于火焰中的“瞬發(fā)”生成和火焰后區(qū)的NO生成，而火焰中的“瞬發(fā)”生成量很小，主要是火焰后區(qū)的NO 生成。

二、柴油機(jī)煙氣排放狀況及減排技術(shù)

1.總體 SCR 技術(shù)。SCR 系統(tǒng)由反應(yīng)堆、尿素噴射系統(tǒng)、混合器、操作控制系統(tǒng)、催化劑清洗系統(tǒng)和旁通閥組成。SCR技術(shù)采用氨作為還原劑，并采用其高度選擇性的NOx還原方法，優(yōu)先考慮以H2O安全還原NOx。同時(shí)，通過燃燒控制減少柴油機(jī)n2y排放可提高燃料消耗率，增加微粒排放；SCR技術(shù)的應(yīng)用可達(dá)到90%以上的NOx轉(zhuǎn)化率，而不會(huì)影響柴油機(jī)的效率。（1）尿素溶液注入。

CO（NH2）2+H2O

（2）將尿素溶液轉(zhuǎn)化為氨

CO（NH2）2+H2O—NH3+CO2

（3）還原反應(yīng)氨與氮氧化物

NOx+NH3+Oz—N2+H2O

SCR機(jī)組采用氨和催化劑對(duì)廢氣進(jìn)行后處理，系統(tǒng)規(guī)模大，初始投資成本略高，但對(duì)NOx減排的影響尤為明顯。國(guó)外目前安裝了一些低速柴油機(jī)，二氧化氮排放已成為目標(biāo)。由于排氣溫度高，SCR系統(tǒng)在高速、中等速度和技術(shù)成熟的機(jī)上運(yùn)行。由于增壓器在低速機(jī)前后排溫的差異，SCR在低速機(jī)上的應(yīng)用主要是增壓器，較成熟，技術(shù)研究階段是SCR系統(tǒng)。

2.技術(shù)比較分析。低速柴油機(jī) SCR 系統(tǒng)可分為兩類，SCR反應(yīng)器分別安裝在增壓器前后。第一種是安裝在渦輪增壓器前面的SCR反應(yīng)器，具有以下優(yōu)點(diǎn)：催化劑的工作溫度超過300℃，廣泛用于商業(yè)用途；渦輪增壓器前溫度較高，所用催化劑對(duì)燃料含硫量不敏感，電站可采用高含硫重熔；催化劑壽命較長(zhǎng)；影響柴油機(jī)和渦輪增壓器的性能；適用于低運(yùn)行成本的中、小缸徑柴油機(jī)。不適用于帶有多個(gè)增壓裝置的柴油機(jī)。二是將SCR反應(yīng)器安裝在渦輪增壓器后，其優(yōu)點(diǎn)是：將SCR反應(yīng)器安裝在渦輪增壓器后的排氣管中，柴油機(jī)可保持原有設(shè)計(jì)；使用操作溫度低于300℃且對(duì)含硫量敏感的催化劑，因此必須使用低含硫燃料。增壓器SCR系統(tǒng)解決了源的中低負(fù)荷問題，以及SCR對(duì)N0轉(zhuǎn)換效率和岸的影響。布置靈活SCR。

三、清潔燃料技術(shù)

清潔能源的開發(fā)為減少排放提供了新的機(jī)會(huì)。近年來(lái)，還在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中使用了植物油、乙醇和天然氣等清潔燃料。這些能源是次要的，燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生廢氣，從而有效地減少排放。在這一階段，我們成功地開發(fā)了新的發(fā)動(dòng)機(jī)，如雙燃料、氣體和生物燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)可以同時(shí)使用柴油和液化天然氣。柴油機(jī)在使用過程中可以在燃料之間切換，從而有效地減少?gòu)U氣排放。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)可以進(jìn)一步提高燃料燃燒能力，減少?gòu)U氣中危險(xiǎn)物質(zhì)的排放，從而在現(xiàn)階段滿足日益嚴(yán)格的監(jiān)管限制。

四、廢氣尾氣排放控制技術(shù)

柴油機(jī)運(yùn)行期間排放的主要廢氣是氮氧化物以及硫化物和顆粒物。還可以通過綜合技術(shù)控制排放和釋放來(lái)減少空氣污染。由于燃燒的改善和清潔燃燒技術(shù)的不足，排放控制技術(shù)現(xiàn)階段最常用。NOx排放控制技術(shù)主要表現(xiàn)在以下領(lǐng)域：

1.就燃料預(yù)處理而言，所謂燃料預(yù)處理主要是指使用低氮燃油或乳液處理燃料；

2.改進(jìn)柴油機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。柴油機(jī)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)主要包括噴油器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、噴水技術(shù)的改進(jìn)和廢氣回收系統(tǒng)的改進(jìn)；

3.廢氣后處理，廢氣后處理主要是指柴油發(fā)動(dòng)機(jī)通過催化還原法、吸附催化法等方式排放的氮氧化物的催化還原，以減少?gòu)U氣中有害氣體的含量。硫化物是柴油機(jī)排氣的另一個(gè)重要因素。據(jù)統(tǒng)計(jì)，柴油機(jī)的硫化物排放量主要與燃料的含硫量有關(guān)。處理燃料以減少燃料中的硫含量是減少柴油機(jī)尾氣排放的重要措施。同時(shí)，廢氣中的硫化物也可以回收利用。柴油機(jī)廢氣處理一般采用洗滌法。粉塵也是船上柴油機(jī)廢氣的重要組成部分，粉塵處理也是船上柴油機(jī)廢氣處理的重要組成部分。目前，控制船上柴油機(jī)排放有兩種不同的粉塵處理方法：內(nèi)部控制和外部?jī)艋Ｆ渲校瑑?nèi)部控制是增加噴油壓力和改變外部?jī)艋夹g(shù)包括DPF、旋風(fēng)分離器等。

柴油機(jī)運(yùn)行過程中排放的煙氣和廢氣含有大量污染物，也可能對(duì)空氣污染產(chǎn)生重大影響。在現(xiàn)階段生態(tài)環(huán)境逐步惡化的情況下，必須做好柴油機(jī)減排工作。