柴油发动机尾气后处理技术(SCR)的应用.docxVIP

柴油发动机尾气后处理技术（SCR）的应用 林晓周 （华南理工大学机械与汽车工程学院 11级车辆1班 201130080454） 摘要：随着柴油机排放法规的日益严格，后处理技术是满足欧IV及以上排放法规必须采用的技术措施。2010年之后，国家计划三年内实施柴油车国Ⅳ标准，这对EGR技术提出了极大挑战。EGR技术难以适应柴油车更加严格的排放要求，而SCR则能满足国Ⅳ及国Ⅴ排放标准，因此SCR技术成为了市场发展主流。SCR 技术被称为目前比较流行和广泛的机外柴油机排放控制技术。全称叫选择性催化还原技术，其转化器具有很强的选择性，主要是针对NOx的排放控制，其还原系统的还原剂可用各种氨类物质或者各种HC。 关键词：SCR、尾气后处理技术、柴油机、NOx EGR与SCR之争 为了满足欧Ⅳ～欧Ⅵ排放法规，欧美中重型商用车及柴油机企业在尾气后处理方面，主要采用了两条排放控制技术路线。其一是“优化燃烧+SCR”技术路线，简称SCR路线。其基本工作原理是通过优化柴油发动机缸内燃烧过程，使燃烧废气中的一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）及颗粒（PM）等排放物得到有效控制并达到法规要求，最后对发动机排出尾气中含量较高的氦氧化物通过专门的车载后处理系统进行技术处理，以满足法规要求。这一技术路线目前在欧洲占主流，欧洲长途载货车几乎全部采用这一方案。 其二是“EGR＋DOC/DPF/POC（废气再循环＋柴油氧化催化器/柴油颗粒过滤器/颗粒氧化催化器）”技术路线。其中以“EGR＋DPF”应用最广泛，简称EGR路线。EGR（废气再循环）技术，是将柴油机排气中的少部分废气经EGR阀进入进气系统，与混合气融合后进入气缸参与燃烧。少部分废气进入气缸参与混合气的燃烧，降低了燃烧时气缸中的温度，因NOx是在高温富氧的条件下生成的，故对NOx进行了抑制，从而降低了废气中NOx的含量。这一技术路线在北美市场占主流。SCR技术是目前世界各国特别是欧盟各国普遍采用的控制柴油车尾气排放的一项成熟技术。目前，几乎所有的欧洲载货汽车制造商，比如达夫、依维柯、梅赛德斯-奔驰、雷诺以及沃尔沃公司，为了减少载货汽车尾气中有害成分的排放，均采用了SCR技术。 2. SCR系统简介 2.1 SCR系统反应原理 SCR是Selective(选择性)、Catalyic(催化)、Reduction(还原)的英文缩写，是一种机外净化系统。NOx选择性催化还原技术作为有效的排气后处理措施最初应用在锅炉、焚烧炉和发电厂等固定式的污染源上以降低NOx的排放。基本原理是以氨气作为还原剂，在催化剂的作用下将柴油机排气中有害的NOx转化为无害的氮气(N2)和水蒸气。由于氨气本身虽然无毒，但是一种刺激味很强的气体，不便于直接在汽车上使用，故采用向排气管中喷射尿素水溶液的方式提供反应所需的氨气。戴-克Actros和沃尔沃FH12重卡达到欧IV、欧V排放所用 BlueTec技术的基础就是SCR系统。SCR技术的一个非常显著的优点就是它对燃油中的硫不敏感。 在SCR系统中发生的复杂的物理和化学反应包括:尿素水溶液的喷射、雾化、蒸发、尿素的水解和热解气相化学反应以及NOx在催化剂表而与NH3发生的催化表而化学反应。选择催化还原技术，是利用排气管废气的热量使得还原剂（尿素+水）热解生成氨气，并在催化器表面涂层的催化作用下与废气中的NOx进行还原反应生成氨气和水。反应式如下： 2.2 SCR系统工作原理 SCR系统主要由尿素罐、尿素泵、压缩空气罐、计量供给装置、SCR控制器、尿素喷射装置、SCR催化器和传感器等组成（图1） 尿素罐用于尿素溶液的储存与供给。尿素箱上安装有液位及温度传感器。液位传感器用于系统诊断、尿素用量监控及低液位报警等。温度传感器则用于监测尿素溶液的温度，来确定是否需要启动或者关闭加热装置，防止溶液冻结或过热。对尿素溶液的加热多利用发动机冷却液实现。 尿素泵为尿素溶液输送到喷射装置提供动力。压缩空气罐用于给计量装置提供压缩空气，使得尿素液滴在计量装置内提前雾化，并可将管路中的尿素溶液吹除干净，防止尿素在管路中残留结晶阻塞管路。 控制器通过控制计量装置可控制发动机不同工况下的尿素喷射量，并有检测系统故障的功能;喷射装置主要是将雾化溶液均匀地喷人发动机排气中，以提高催化剂的转换效率。SCR催化器由载体、涂层、封装3部分组成，是进行净化反应的主要场所。其上安装的温度传感器可以检测催化剂是否达到要求的温度来保证催化还原反应的正常进行，并据此确定需要喷人的尿素量。SCR系统中计量装置与喷射装置最为重要的喷射量，二者的精度及响应速度直接影响尿素溶液。 SCR工作时，尿素泵运转吸出尿素罐内的尿素溶液，在压缩空气作用下，尿素溶液在计量单元内提前雾化混合，计量单元根据SCR控制器传来的尿素喷射量控制信号将一定的尿素溶液通过喷