柴油机尾气后处理技术基础介绍

柴油机尾气后处理技术
基础开发室性能组
李兴民 2009.4

内容
尾气后处理技术简介 柴油机尾气的组成 后处理基础知识 典型后处理布置方案
DEUTZ (DALIAN) ENGINE CO.,LTD

尾气后处理技术简介
为什么要采用尾气后处理技术？ 为了满足越来越苛刻的环保法 规要求，仅仅依靠发动机本体 的技术措施已经不能满足法规 的要求，专门针对发动机尾气 采用物理、化学方法进行净化 处理的方法叫做发动机尾气后 处理技术
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排放法规
2 (8%)
cu rve
8 (9%) 10 (8%)
Torque
Fu ll l oa d
6 (5%)
4 (10%) 75% load
12 (5%)
5 (5%)
3 (10%) 50% lo ad
13 (5%)
7 (5%)
9 (10%)
25% load
11 (5%)
1 (15%) idle
250
A
B
C
Engine speed
100 Torque [%]
200
50
150
0
Engine speed [%]
100
-50
50
-100
0 0
Urban
600
Rural Time [sec]
-150 1200 Motorway 1800
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尾气后处理主要技术路线
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DOC (Diesel Oxidation Catalyst)
DOC的功能 1、降低HC和CO 效率达到85%； 2、去除PM中的部分SOF ，降低PM效率可达10-30%； 3、将NO氧化为NO2 DOC的应用 1、乘用车单独应用，降低HC和CO； 2、与DPF或POC连用，提升再生温度，NO2氧化C颗粒； 3、作为SCR系统前级，调整NO和NO2比例
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POC (Particulate Oxidation Catalyst) POC的功能 降低PM排放，过滤效率50% POC的优点 1、没有堵塞的风险 2、完全被动再生（CRT），不 需要ECU控制，不需要额外 设备 3、装车尺寸小，易于布置 POC的缺点 1、要求低含硫燃油 2、相对于DPF转化效率低
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DPF (Diesel Particulate Filter)
DPF的功能 降低PM排放，过滤效率90% DPF技术的难点在于再生技术 主动再生： 燃烧器再生 HC+DOC再生 电加热再生（应用工程机械） 被动再生 CRT再生技术
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SCR (Selective Catalytic Reaction)
在排气管中喷入尿素作为还原剂 催化器保证化学反应速度及还原反 应的选择性 有利于改善油耗 欧洲卡车欧4的主流技术
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柴油机尾气的组成
21% 78%
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典型柴油机颗粒的来源

可溶性有机物39%

SOF (soluble organic fraction)

颗粒物

柴油（66%）润滑油（34%）

可溶润滑油（29%）

不可溶润滑油

（10%）干碳烟soot （43%）硫酸盐SO4.nH2O （13%）

可溶燃油（10%）

柴油机颗粒的组成

柴油机颗粒是由固体碳烟，在碳的外面

吸收了一层可溶于有机物的碳氢化合物

和可溶于水的硫酸盐三部分组成

颗粒物大小分布

典型发动机不同转速负荷颗粒物组成

碳氢化合物的蒸发特性

蒸发温度

分子中碳原子数

碳氢化合物的蒸发特性主要取决于碳原子数

注意的问题

在排气管道中SOF成分通常为气态，在测量时需要冷却到52 ℃，只有碳原子数小于5的有机物为气态，其余成分为液态附着在碳粒表面。

通常认为碳原子数大于20的碳氢化合物来源于机油。

在DPF过滤系统中，SOF也能被部分捕集，这种捕集作用受温度的影响很大，排气温度较低时沉积在壁面的碳氢成分将在排温升高时重新挥发出来，并排向大气。

NOx

NO的生成机理：

1、高温途径，即在已燃区产生的NO称热NO（Thermal NO）

2、瞬发途径，即在火焰区产生的NO称为瞬发NO（Prompt NO）

NO2的生成机理：

在柴油机中，NO2与NO之比可达10％～30％，一般认为NO在火焰区可以迅速转变成NO2。

NO+HO2 NO2+OH

NO2又会通过下列反应转变为NO

NO2+O NO+O2

生成后的NO2通过与较冷的气体混合而冻结，NO2才能保存下来。化学平衡计算表明，在一般火焰温度下，已燃气中NO2含量与NO相比可以忽略不计。柴油机在大部分工况下，这个比值在0.1以下，但在小负荷下此比值最高可达0.3左右。因此在柴油机低负荷运转时NO2/NO比值较高。

从形成机理来看，NOX形成的三个必要条件为：高温、富氧和高温持续时间，控制其中之一均能较好的降低柴油机NOX排放。

发动机排气中摩尔比（体积比）NO:NO2=9:1