解決柴油發動機排放問題--SCR技術
2017-03-09
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目前，中國的霧霾災害越來越嚴重，其中,機動車的排放物已成為霧霾的重要污染源。在機動車中，造成污染zui嚴重的是柴油車。我國的柴油車發展起步較晚,加上以前長時間“重汽輕柴”的發展政策,使柴油車技術長時間處于落后狀態,一些舊式柴油車油耗高,噪聲大,黑煙滾滾 。對于柴油機尾氣排放后處理，SCR技術是常用的處理方式。
從2017年1月1日開始，全國范圍內已全部執行國五標準。國五作為汽車尾氣排放標準，相當于歐盟的歐五標準，歐盟已經從2009年起開始執行，其對氮氧化物、碳氫化合物、一氧化碳和懸浮粒子等機動車排放物的限制更為嚴苛。從國一提至國五，每提高一次標準，單車污染減少30%至50%。柴油機廠家大多通過機內凈化降低碳煙，然后利用SCR系統降低NOx排放的方法來滿足國五排放法規對碳煙和NOx的限制。
下面我們簡單了解下SCR技術
SCR（Selective Catalytic Reduction），即選擇性催化還原，其原理是在含有NOx的尾氣中噴入氨，尿素或者其它含氮化合物，使其中的NOx還原成N2和水。還原反應在較高的溫度范圍（870—1100℃）內進行，不需要催化劑，稱為選擇性非催化還原（SNCR）；還原反應在較低的溫度范圍（315—400℃）內進行，需要催化劑，稱之為選擇性催化還原（SCR）。由于NH3可以選擇性的與NOx反應而不是被氧氣氧化，因此反應稱為選擇性的。目前SCR用到的催化劑主要有TiO2為載體，V2O5為活性物質的平板式催化劑。
SCR的關鍵因素有二：一是排氣與NH3充分混合；二是按進入反應區的NOx濃度及去除率嚴格控制NH3的噴入量。
主要反應方程式：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O（1）
2NO+4NH3+2NO2→4N2+6H2O（2）
6NO2+8NH3→7N2+12H2O（3）
3O2+4NH3→2N2+6H2O（4）
反應( 1) 為標準SCR 反應, 由于排氣中的NO與NO2 的比例一般在9：1 以上, 此時SCR 催化器中主要發生標準SCR 反應。反應( 2) 稱為快速SCR 反應, 研究表明, 此反應可以在較低溫度下進行, 并且在較低溫度下反應速率是標準SCR 反應的17 倍。提高NOx 中NO2 的比例可以使SCR 在較低溫度下發生快速SCR 反應, 有利于提高N Ox 轉化率。因此, 提高尾氣中NO2 的比率是提高SCR 轉化率的有效途徑。SCR 本身對S 不敏感, 我國燃油品質較差, 含S量偏高, 因此SCR 適合在我國使用。但是SCR 技術通常需要前置DOC 調節NO2 比例, 或者后置DOC 來處理泄漏的NH3 , 而DOC 一般都是對S 敏感的, 這就影響了SCR 在國內的應用。只有通過提高燃油品質, 降低燃油中的S 含量來解決這個問題。為同時去除排氣中的NOx 和PM, 需將不同排氣后處理技術合理結合。
SCR的性能因素：
催化劑的活性。由于煙氣的某些成分引起催化劑中毒，煙氣溫度過高導致的催化劑燒結，飛灰的撞擊造成催化劑的腐蝕等都會降低催化劑的活性。
煙氣溫度。煙氣溫度既決定了催化還原進行的速度，也決定了催化劑的活性。
典型的SCR系統結構包括尿素水溶液儲存、傳輸、噴射系統，壓縮空氣系統以及控制系統。其主要部分及功能如下：
尿素箱：尿素水溶液的儲存容器。因為尿素水溶液具有一定的腐蝕性，因此其儲存和傳輸設備應該選用特殊的材料或者進行防腐蝕處理，來防止或減緩腐蝕。
尿素泵：尿素泵是尿素水溶液傳輸的動力裝置，它將尿素水溶液輸送到計量設備中，并且維持一定的壓力備用。
壓縮空氣系統：尿素的噴射分為壓縮空氣輔助噴射和無壓縮空氣輔助噴射兩種方式。目前應用較多的是利用壓縮空氣輔助噴射，采用這種方式就需要用壓縮空氣系統。其優點是霧化效果好，但是由于使用壓縮空氣系統導致系統復雜，成本高，而且輸送管路中尿素水溶液中的水分蒸發會使尿素晶體析出，堵塞噴嘴；若不使用壓縮空氣輔助噴射，雖然可以使系統簡單，但是霧化效果不好，影響SCR反應的程度，使NOx轉化率下降，NH3泄露量大，因此應用不多。
尿素噴嘴：尿素噴嘴安裝在排氣管上，將計量設備送來的尿素與壓縮空氣的混合物順流噴射進入排氣管中，并且盡量使噴出的尿素水溶液均勻霧化，尿素水溶液的霧化程度，與尾氣混合的均勻程度對scR反應的程度有極大的影響。尿素水溶液的霧化對噴嘴的型式，數目等都有一定要求，此外，對噴嘴的安裝位置也有一定的要求，研究發現噴嘴到催化消聲器的入口至少300mm，距離越大混合的效果越好嘲。
催化轉化器：Nox還原反應發生的場所，一般采用蜂窩狀的內部結構，為了提高SCR反應的程度要獲得盡量大的內表面積，同時也要盡量減小轉化器造成的排氣背壓升高。SCR催化劑附著在催化轉化器的內表面，工作時吸附在表面上的NH3與NQ在催化劑作用下發生反應。
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