重型柴油汽車國六后處理技術路線

陳建

摘 要：重型柴油汽車雖然數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動車排放總量的57%和77%以上。隨著排放法規的逐步加嚴，僅依靠機內凈化技術已不能達到法規限值要求，還必須使用后處理技術來控制污染物。本文將在分析排氣污染物的形成及危害的基礎上，對重型柴油汽車國六后處理技術路線進行探討，以供相關的工作人員參考借鑒。

關鍵詞：國六;技術路線;發動機

1排氣污染物的形成及危害

內燃機的燃料為碳氫化合物，燃燒時產生的主要有害污染物為：CO、HC、NOx、碳煙PM。發動機轉速很高，混合、燃燒時間極短，出現熄火，未燃產物為HC;發動機起動、大負荷、變工況用濃混合氣，導致不完全燃燒形成CO;燃燒最高溫度1800℃以上，空氣中的氮氣氧化成各種氮的氧化物NOx;柴油機混合的不均勻性，在高溫下缺氧燃料發生裂解、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節障礙等，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麻痹和痙攣。人吸收一氧化氮會迅速氧化成有毒的二氧化氮，有強烈的腐蝕性和毒性;HC具有明顯的刺激性。它能刺激眼結膜，引起流淚并導致紅眼癥，同時對鼻、咽、喉、器官均有刺激作用，能引起急性喘息癥。;柴油機排出的微粒有不同程度的致癌作用。

2技術路線

2.1EGR：廢氣再循環（ExhaustGasRecirculation）

其作用是將少部分發動機燃燒后產生的廢氣和新鮮空氣混合后進入燃燒室，進行再次燃燒的技術，EGR有效抑制缸內溫度，從而達到降低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40%-50%。在國六系統中，DOC至關重要，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內碳與氧氣反應為CO2。

2.3DPF顆粒捕捉器（DieselParticleFilter）

其通常配合EGR廢氣再循環裝置，安裝在柴油機的排氣管上游，對排氣中的5μm大微粒通過碰撞、攔截的方式進行捕集，對小于100nm的小微粒通過擴散方式進行捕集，這使得DPF的顆粒捕集效率高達95%以上。DPF采用壁流式過濾通道，內部由很多細小的孔道組成，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，排氣只能強制從每個通道的壁面小孔互相“滲透”，同時捕集經過的微粒，這樣相對于POC的直通式的捕集器須都會更高。但隨著運行時間的增加，大量的顆粒堆積并堵塞DPF，會造成排氣背壓增加，導致發動機動力性能和經濟性能惡化。因此，DPF必須及時清除附著的顆粒，即DPF的再生。

DPF再生過程分為主動和被動2種形式：

2.3.1被動再生

在300C左右NO2和C顆粒轉化為CO2和NO，被動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溫度。

NO2氧化顆粒-條件（220℃-400℃）

2NO+02→2NO2

C+2NO2→CO2+2N0

2.3.2主動再生

在600℃左右將捕捉到的顆粒物燃燒成CO2排出去，柴油機在主動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。由于主動再生很多實際工況中處于低負荷狀態，排氣溫度很低，被動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，在國六的實際使用上是被動再生和主動再生同時使用。

CO2氧化顆粒-條件（>500℃）

4HC+5O2→2H2O+4CO2

C+O2→CO2

主動再生主要分為DPM路線和噴油器燃油后噴路線，噴池器燃油后噴技術路線是噴油器在做功沖程中后期將燃油噴入燃燒室內，然后隨著廢氣排放到DOC中燃燒，提高排氣溫度，燃燒顆粒物。當收集的P顆粒物過多時，僅僅通過再生的方式已經不能完全清理干凈，這時候就可能會用到市面上的一些清理DPF的設備，基本原理就是使用氣泵來反吹DPF，將PM顆粒物給吹掃干凈，可以達到與再生同樣的目的。注意氣壓不應過高，否則易導致過濾層損壞。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，清灰設備一般同時具備有加熱功能，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，如果用水洗可能會破壞內壁催化劑涂層，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在此基礎上采用了內壁涂覆催化劑涂層，促使部分的CO、HC氧化還原;而SD-PFP即所謂的SCR-DPF，也是在DPF內側涂覆催化制涂層，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生還原反應，從而達到去除氮氧化物的SCR技術通過優化燃油噴射系統和噴油提前正時，使燃油在高溫高氧的條件下充分燃燒，在機內減少顆粒物優化發動機功率，再使用SCR技術降低因燃燒優化而產生的NOX排放。

（NH2）2CO（尿素）+H20→CO2+2HN3（二次污染）（水解反應）

4N0+4NH3+O2→4N2+6H2O （催化還原反應，排溫>200℃）

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

2.5ASC氨逃逸催化器

由于車輛可能存在尿素泄露，反應效率低等情況，尿素分解產生的氨氣可能會未參與反應而直接排出大氣。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）同時再催化NOx、NH3反應為氮氣N2。

NH3+NOx→N2

2.5.2ASC的性能指標

進行NH3轉化效率試驗，275℃時NH3的轉化效率不得低于70%，其余各溫度點NH3的轉化效率均不得低于80%;關于耐久性，長期使用的ASC會發生老化現象，在ASC的快速老化試驗時，老化后的NH3轉化效率的下降量不得高于15%，NOx選擇性轉化效率的上升量不得高于15%。

3結束語

目前，各國已開始加強與柴油機排放有關的問題，同時制定了一些法律標準。這一發展加上相關技術的進步使得其處理技術得到了相當大的發展。但是這還遠遠不夠，希望相關的研究人員能夠更多地關注和研究相關技術，從而為我國的節能減排事業做出貢獻。

參考文獻

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