柴油機尾氣NOx機內凈化新技術

譚小磊

摘要：柴油機由于具有效率高、動力大等優點被廣泛應用于交通運輸以及工業生產中。作為動力裝置，柴油機優越的性能無可挑剔，但其排放的氮氧化合物（NOX）卻能對環境造成極大的破壞。在柴油機應用越來越廣泛的同時，人們對NOX的排放控制也越來越重視。設計人員對動力裝置內部進行改裝，并通過尾氣處理最大限度的減少NOX被排放到空氣中，本文就柴油機尾氣NOX的機內凈化技術進行探究

關鍵詞：柴油機尾氣；NOX；機內凈化技術

隨著經濟水平和科學技術的不斷發展，柴油機技術獲得飛速發展，為國家的發展和人們生活水平的提高做出了巨大貢獻。隨著柴油機淤使用范圍的不斷擴展，由此帶來的負面影響也進一步凸顯出來。柴油機排放的氣體中含有大量的NOX氣體，會對環境造成嚴重的破壞，影響到人們正常的生活。為減輕柴油機為其帶來的危害，必須開發柴油機尾氣NOX機內凈化技術。

1.NOX的生成原理

柴油機內及工作過程中，可以根據NOX的生成途徑的不同將NOX進行分類，為NOX瞬發、熱NOX、燃料NOX[1]。其中瞬發NOX和燃料NOX產生的污染物量較少，因此在實際研究中一般不作考慮，一般將熱NOX作重點研究。柴油機的工作機理是將燃料以霧狀的形式噴入氣缸中，在高溫下與氧氣發生氧化反應，瞬間產生強大的爆發力，并通過連桿將產生的能量傳送出去。在氧化反應過程中，多種成分參與其中，柴油中的含氮有機物在發生氧化反應后，其中的N元素會與O元素結合，生成氮氧化合物，其中以NO為主。NO會與氧氣繼續發生反應，生成更多的氮氧化合物。在柴油工作過程中，隨著溫度的升高，NO的含量會增加。并且在柴油機連續工作過程中，氣缸吸入空氣的N2和O2的濃度會發生變化， O2則被不斷消耗，如果O2的濃度足夠高，就會與N元素不停進行結合，，NOX中X的值會減小，NO的含量會越來越高。

2.常用的柴油機尾氣凈化技術

2.1 EGR技術

EGR是利用循環原理，將柴油機的尾氣回收利用，讓尾氣中的NOX與氧氣充分反應，以此減少尾氣中的NOX濃度.EGR主要通過循環氧化作用降低尾氣中的有害氣體的含量，并以此為基礎進行柴油機氣缸中燃料的燃燒速度以及氧化反應強度的控制，通過這兩方面的原理來達到降低最高燃燒的目的。EGR技術并非完美無缺，當尾氣中的NOX濃度降低后，會增加一些其他的污染物的濃度，例如CO、CH化合物等。

2.2 SCR技術

SCR技術主要是利用催化劑和還原劑原理，想柴油機排放的尾氣中加入氨基還原劑，通過化學反應讓尾氣中的NOX被分解，其中的N元素互相結合生成空氣中的重要組成部分N2，O元素則和H元素結合生成水，這樣就將NOX轉化為無污染氣體排放出去。該凈化方法的主要缺點是加入的還原劑容易受到外界因素的影響，降低化學反應的效率，凈化效果不明顯。

3.柴油機尾氣NOX的機內凈化新技術

3.1 柴油機尾氣NOX的機內凈化新技術原理

通過前文的分析不難看出，NO的生成條件主要是高溫富氧，在高溫條件下有足夠的氧氣參與反應就會提升NO的濃度。因此可以利用這一原理降低NO的濃度，只要適當控制反應溫度以及氧氣的濃度就能實現對NO生成量的控制。對溫度的控制可以通過兩個方面來實現，一個是降低柴油機工作時的溫度，使其降低至NO生成條件之下。然而在實際應用過程中這一原理并不可行，柴油機主要通過爆發瞬間產生的能量產生動力，降低柴油機溫度就讓降低了柴油機作為動力裝置的價值。除此之外還能通過加入催化劑加速NO的分解，一次降低NO在尾氣中的濃度。但由于反應條件過于復雜，此法在實際中難以運用。降低O2的濃度主要通過相應的裝置控制吸入空氣中的組成成分，提高其他氣體的含量，以此降低混合氣體中O2含量，但在實際操作中，不論采用怎樣的氣體控制裝置，都難以實現消除“剩余氧”，因此此法難以運用于實際，因此只有加入還原劑使NO發生還原反應，這也就成了

降低了柴油機尾氣NOX的機內凈化新技術的研究方向。將反應溫度控制在合適的范圍內，既能保證氧化反應的良好反應，產生大量能量，還能減少NO的生成量，一般講溫度控制在1000K-1600K之間。即柴油機尾氣NOX的機內凈化新技術原理為控制反應溫度在適合的范圍，在不加入催化劑（消除催化劑對還原劑的影響）的情況下向柴油機氣缸中加入還原劑（氧化反應后期加入），以此還原柴油機尾氣中的NOX，生成對環境無污染的N2和H2O，達到凈化柴油機尾氣的目的。

3.2 NOX機內凈化的理論基礎

由于NOX的生成首先從NO開始，因此只要控制NO的生成量就能從根本上控制氮氧化合物的生成量。NO的化學方程式為N2 + O2 2NO ，這是一個可逆反應，在溫度升高的時候，原先的反應平衡將會被打破，NO的濃度會進一步提高，因此生成NO的主要影響因素為溫度，通過研究表明，溫度超過1700K時就會有大量的NO生成，因此必須控制溫度在1700K以下，卻又不能降低柴油機的功效，因此一般將溫度控制在1000K-1600K之間，既保障了柴油機的基本作用，又減少了NO的生成。

3.3 新技術與傳統技術的區別

新技術克服了傳統技術降低柴油機溫度的缺點，維持了柴油機正常工作的熱效率，柴油機的經濟性和高效性等優點被保留，保證了柴油機的基本性能，為實現柴油機的價值提供了最基本保障。在改進的方案中并沒有使用催化劑，這樣的做法是出于發揮還原劑的作用考慮的，傳統技術中還原劑在工作過程中主要受到催化劑的影響，在實際工作中難以實現對氮氧化合物的還原，還原作用沒有得到良好體現。新技術中還原劑的作用得到了充分的發揮，并且還原劑的加入是在氧化反應后期，此時氣缸內的溫度處于較高水平，有助于提高反應物的活性，加速還原反應的進行。還原劑被加入時，汽缸內的氧化反應仍舊在進行中，因此還原劑有足夠的時間與NOX發生反應，最大限度的將尾氣中的NOX還原，使尾氣中的NOX濃度達到排放標準。

4.結束語

隨著人們對柴油機的需求進一步提高，對柴油機內部NOX的凈化技術提出了更高的要求。傳統的凈化技術已經不能滿足人們的需求，新的技術產生了，并克服了傳統凈化技術存在的弊端，最大限度降低了柴油機的弊端。

參考文獻：

[1]周華祥.柴油機尾氣NOX機內凈化的新技術[J].機械工程，2012，5：88-92

[2]李智敏.柴油機尾氣NOX機內凈化的新技術[J].科技向導，2013，8：310