第7章柴油机后处理净化

《第7章柴油机后处理净化》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第7章柴油机后处理净化（27页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、第7章7.17.27.37.4柴油机后处理净化概述微粒捕集器NOx机外净化技术氧化催化转化器概述随着排放法规的进一步严格，仅仅靠机内净化技术是不够的，必须同时采取机外净化技术。针对柴油机排气中含有的大量微粒，研制开发柴油机微粒捕集器成为柴油机后处理的热点。微粒捕集器微粒捕集器的关键技术是过滤材料的选择与过滤体的再生（后者尤为重要）。本仃主要介绍微粒捕集渊的过滤机理、过滤体材料及其结构、过滤体再生三个方面的问题。I柴油机微粒捕集器过滤机理扩散机理初始排气中的微粒浓度分布是均 匀的。当流场中出现捕集物后， 捕集物/对微粒的运动起汇的作用 从而造成排气中微粒分布的，衣J。 梯3引起微粒的扩散输运，使

2、 微粒脱离原来的运动轨迹I旬捕集 物运动而被捕集。扩散机理微粒沉积的三种机理1 扩散机理微粒；2 .拦截机理微粒：3 惯性沉积机理微粒不同直径微粒的扩散捕集效率当微粒宜径小于1pm时，需要考虑微粒的扩散作用，当微粒的宜径小于O.ljum时，扩散作用已经十分显著。拦被机理惯性碰撞机理与综合过滤机理惯性碰撞机理：当气流转折时，微粒有足够的动员按原运动方向继续对着捕集物前进而偏离流线，使一些微粒碰撞到捕集物向被捕集分即综合过滤机理：认为在微粒的过滤过程中,扩散、拦截和惯性碰撞通常是组合在起同时起作用的，但这三种机理并不是完全独立的过滤体材料及其结构抗高温氧化性的耐热冲击性与耐腐蚀性陶瓷基过滤材料陶瓷

3、基过滤材料通常由氧化物或碳化物组成，具仃多孔结构，在700以上能保持热稳定，比表面积大于lm2/g,主要结构包括蜂窝陶瓷、泡沫陶瓷及陶瓷纤维毡。增流式蜂窝陶究整体弓多空陶瓷微观结构陶瓷基过滤材料金属基过滤材料再生技术过滤体负载量过滤体负载量用无量纲的负裁参数例表征M=/p/ApeaPi一沉积或负载微粒后的排气背压；Pe洁净的捕集器在同一匚况卜的排气背压。再生效率再生效果川无量纲的再生效率/征:Hr=（即1-3）/（3一3口Pr一捕集器再生后的排气背压。一般微粒捕集器允许最大负载参数练数=35,要求再生效率=70%80%。再生系统主动再生系统根据原理和再生能量来源的不同再生系统是通过外加能量将气

4、流温度提高到微粒的起燃温度使捕集的微粒燃烧,达到再生过滤的目的。被动再生系统利用柴油机排气门身的能量使微粒燃烧,达到再生微粒捕集的效果C主动再生系统带再生燃烧器的微粒捕集器带向生燃烧器的微粒捕集器串连在排气管中，结构简单,如图(a)所示。如在过滤体前设置一旁通排气管,如图(b)所示。在柴油机排气系统中安装两套微粒捕集器，如图(c)所示。DPF在排气系统中的布置电加热再生系统蜂窝陶爱再生加热电阻丝结构1-回形电阻丝:2-螺旋形电阻丝电加热再生在澈粒捕集器匚作段时间后，采用电热丝或其它电加热方法，周期性的对微粒捕集器加热使微粒燃烧。电加热再生系统的功率一般在36kW之间，结构简单.，使用方便、安全

5、可靠，但再生.时热量利用率和西牛.速率低，消耗能量较多。微波加热再生系统利用微波独具的选抨加热及体积加热特性来再生微粒捕集器。微粒可以以60%70%的能量效率吸收频率为210GHz的微波，由于陶瓷的损耗系数很低，所以微波并不会加热陶瓷过滤体。再生过程中过滤体内部温度梯度小，再生过程易于控制。微波再生效率高，没有二次污染。”外加热再生系统加热器的辐射能量主要集中在红外波段。首先,加热器加热具有较强辐射能力的红外涂层；然后，红外涂层通过辐射方式加热过滤器中捕捉到的微粒物。红外线层碳烟微粒红外加焦再生摩理图被动再生系统大负荷心乍柴油机在高速大负荷运行时，排气温度可以达到500以上。在此温度下，沉积在

6、过滤器内的微粒可以自行燃烧,从而达到过滤器I再生的目的。催化再生在过滤体的表面浸渍催化剂，催化器与捕集滞是同一整体。使用过程中伯作为傕化剂，当排气温度达到400左右微粒开始氧化。y化化n柴输械算东a催化再生器催化再生反应方程式NO+OfNO、NO.+CfNO+CO成川催化四土的要缺点：1同体微粒与催化剂的接触反应极不均匀，很难进行完全再生。柴油机排气中的微粒含量很大，随着时间的推移，催化剂的作用会逐渐减弱其至完全消失，即催化剂中毒。燃油添加剂再生在燃油中加入金属催化剂（如金属饰Ce）,添加剂与燃油一起在气缸内参与燃烧，燃烧后生成的金尿氧化物对微粒起催化作用，降低微粒起燃温度，从而在较低的排气温

7、度下不需外部能源，过滤体能自行再生。_.一一NOx机外净化技术NOx的机外净化技术主要是催化转化技术，主要包括：吸附催化还原法e选择性非催化还原选择性催IL,原NOx净化器等离子辅助催化还原NOx吸附催化还原吸附催化还原是基于发动机周期性稀燃和富燃工作的一种NOx净化技术。NO+ 050? f NO?NO2 + MO f MN。当发动机正常运转时处于稀燃阶段，排气处于富氧状态，N“被吸附剂以硝酸盐(MNO3,M表示碱金属)的形式存储起来：再生方法吸附器的再生可通过柴油机周期性的稀燃利富燃T况(或人为调整的富燃条件下进行，使硝酸盐分解样放出NOx，N，再与HC和CO在贵金属催化器卜被还原为MNO

8、、一用O+NO+0.5。NO+COf0.5M+CO、一/(2c+0.54)NO+C一(c+0.25)M+Q.5hH2O+cCO.富氧状况卜NOx吸附催化原理Nx吸的催化；B修气状况F富氧状况下NOx吸附催化原理以含碱金属翅(Ba)作为吸附剂为例，在富氧状况卜Pt催化剂使NO氧化成NO2，NO2进一步与吸附剂中的钢生成硝酸钢而被捕集。富燃状况卜NOx吸附催化原理N6啜的催化器宫蛆;状况下在富燃状况卜一,硝酸燃分解并释放出NOx，NOx再，HC和CO反应被还原成均。在贫燃或窝燃交替变换的环境下,碱金屈钢分别以硝酸钢、氧化饮或碳酸饮的形态存在，起心吸附及释放NOx的作用。富燃状况卜NOx吸附催化原理

9、NOx的选择性非催化还原选择性非催化还原也称为SNCR(SelectiveNonCatalyticReduction）,它的原理是在高温排气中加入NH3作为还原剂，与NOx反应后生成电和出。,其总量反应式为：4NO+4NH.+仪f4M+6H2ONO+2NH?+NO?t2N2+3H2OSNCR方法的优点是可以省去价格昂贵的催化剂。选择压缩上止点后60CA左右的时刻向柴油机缸内喷射氨水,可以明显降低NOx的效果NOx选择性催化还原选择性催化还用SCR(SelectiveCatalyticReduction)法：NO、的还原反应被加速，还原剂（各种灸（类物质或各种HC）的氧化反应则受到抑制。匚作温度

10、范围为250-500,其总量反应式为:4NH.+2NO.+。f3M+6HQ6NO、+8N&f7M+12HQANH3+ANO+.AN?+6Hg4NH、+6NO-5N2+6HgNOx选择性催化还原使用SCR降低NO、要求柴油含硫;也越低越好。佃i会通文tSTSO2-*SC)3TNH4HSO4或者(NH4)2SC)4的途径生成舫i酸钱或硫酸氢钱，它们沉积在催化剂表面上会使其失活。SCR系统以氨水作为还原剂的SCR系统，可以降低柴油机N。乂排放95%以上，但柴油机需要一套复杂的控制还原剂喷射量的系统。以尿素作为还原剂的SCR系统，已在发电厂和固定式柴油机上得到应用。(M).CO+HQ-2NH、+CO、

11、对于轿车柴油机来说，从使川的方便性出发，希望可用燃油中的HC作为还原剂，有如下反应式：4NO+4HC+5at2M+4CO.+2H、Oter等离子辅助催化还原离子、激发态分子、原子和自由基等都是化学活性极强的物种。泞先利用这些活性物种把NO和HC氧化为NO2和部分氧化的高选择性含氧CH类还原剂，然后再在催化剂作用下促使新产生的高选择性活性物种还原NO2，生.成无出的N2。等离子辅助催化还原NOx二级系统等离子辅助催化还原反应方程式反应方.程式如下:第阶段：等高了第二阶段：催化剂JNOx的活性增强：NO-NO2HC的活性增强：CxHy+0.-CxHyO2NO,在催化剂作用卜.选择性催化还原NOx（

12、NO或NO：）+CxHyO,+O?fN?+CO.+H01 .等离r体氧化过程是部 分氧化.2.等离广体铤化是仃选挣件fj的心等，f将NO和HCH化或、。, 井部分K化m催化器将NO,*1HC 还K（虚NrCO.Hl木等离广辅助催化还原器作示意图等离子体辅助催化的主要作用与优点3.等离了体先将N辄化为no2,再利用一种新型催化剂将N5还原为N2。用低温等离广体技术处理柴油机排放时：L可减少NO、PM、HC的排放2.对燃料含硫量几乎没有蓼求,川任相对低的温度卜运行,loow Q-50I00催化剂表面活性当排气温度低于i5(rc时,催化剂基本上不起作用。随着负荷增加,排气温度升高,CO和HC净化率也增加，I时由于SOF被氧化，使微粒排放下降。只要不超过催化剂允许的最高温度，净化反应便能顺利进行。柴油机机川氧化催化转化器时排气油度对微粒排放盘的影响