重型柴油機(jī)SCR系統(tǒng)的應(yīng)用探討

周健偉（杭州銀輪科技有限公司,杭州 310000）

重型柴油機(jī)SCR系統(tǒng)的應(yīng)用探討

周健偉
（杭州銀輪科技有限公司,杭州 310000）

重型柴油機(jī)應(yīng)用的過(guò)程中，增加了環(huán)境保護(hù)的壓力。為了解決重型柴油機(jī)的環(huán)境問(wèn)題，重型柴油機(jī)中采用減排SCR系統(tǒng)，通過(guò)此種方法提高重型柴油機(jī)節(jié)能降耗的水平，優(yōu)化重型柴油機(jī)的運(yùn)行環(huán)境。SCR是指Selective Catalytic Reduction選擇性催化還原技術(shù)，在重型柴油機(jī)運(yùn)行中深化減排、環(huán)保的思想，因此，本文通過(guò)對(duì)重型柴油機(jī)SCR系統(tǒng)的催化還原進(jìn)行研究，分析SCR在凈化和降低廢棄物的實(shí)踐應(yīng)用。柴油機(jī)由于其動(dòng)力性強(qiáng)，油耗低等優(yōu)勢(shì)在商用車(chē)輛上得到了廣泛的應(yīng)用。隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，國(guó)家環(huán)境保護(hù)力度的加強(qiáng)，由機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放造成的污染問(wèn)題也日益突出。重型柴油車(chē)排放造成的PM和NOx尤為顯著。在滿足國(guó)家環(huán)保法規(guī)的技術(shù)路線上，重柴采用SCR技術(shù)降低NOx是主要的技術(shù)手段之一。

重型柴油機(jī)；SCR系統(tǒng)；催化；還原

面對(duì)日益嚴(yán)格的尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，采用SCR技術(shù)在燃油經(jīng)濟(jì)性和降氮氧方面的優(yōu)勢(shì)凸顯出來(lái)。采用SCR技術(shù)路線的重型柴油機(jī)，主要先機(jī)內(nèi)凈化，以此來(lái)降低PM，同時(shí)采用SCR技術(shù)，降低NOx排放，，體現(xiàn)SCR系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)和效益，促進(jìn)重型柴油機(jī)朝向節(jié)能、減排的方向發(fā)展。

1 重型柴油機(jī)SCR系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

SCR系統(tǒng)的在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，主要通過(guò)試驗(yàn)方法驗(yàn)證節(jié)能減排的效果，體現(xiàn)SCR系統(tǒng)在重型柴油機(jī)中的重要性，進(jìn)而發(fā)揮SCR系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

1.1 硬件開(kāi)發(fā)

重型柴油機(jī)SCR系統(tǒng)的硬件有：轉(zhuǎn)化器、尿素噴射系統(tǒng)、尿素箱等。例舉較為核心的硬件開(kāi)發(fā)，如：（1）尿素溶液存儲(chǔ)裝置，其可貯存尿素溶液，控制尿素的溫度，而且在存儲(chǔ)裝置的出口部分，安裝粗濾器，以免粒徑過(guò)大的尿素進(jìn)入到噴射系統(tǒng)內(nèi)，保障尿素噴射系統(tǒng)的安全性；（2）計(jì)量裝置，其可在恒定條件下傳輸尿素溶液，計(jì)量裝置用于控制尿素溶液的噴射啟停；（3）尿素溶液噴射裝置，其可分為尿素噴嘴、電磁閥兩個(gè)部分，利用PWM控制電磁閥的狀態(tài)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)尿素精確計(jì)量，將尿素與控制混合，成功送入到排氣管內(nèi)，實(shí)現(xiàn)均勻的尿素霧化；（4）控制器ECU，此部分實(shí)現(xiàn)了與重型柴油機(jī)的通訊，獲得相關(guān)的狀態(tài)信息，按照重型柴油機(jī)的實(shí)際需求，計(jì)算出霧化尿素的噴射量。

1.2 尿素噴射控制

尿素是SCR還原劑的載體，其在噴射的過(guò)程中還要考慮NOx的濃度、流量等參數(shù)，確保尿素與NOx的相符性，以免尿素噴射量過(guò)多。控制尿素實(shí)際噴射量時(shí)，需要注重適度調(diào)整，不能出現(xiàn)噴射過(guò)度的情況，避免引起新的污染。SCR系統(tǒng)，可以對(duì)重型柴油機(jī)的變化做出相關(guān)的反應(yīng)，通過(guò)催化器中存儲(chǔ)的氨量，主動(dòng)修正尿素的噴射量，由此促使NOx的排放量能夠降到最低，還能減少NH3的使用量。為了解決尿素結(jié)晶和沉積的問(wèn)題，還要提高排氣的溫度，促進(jìn)尿素溶液向氨的分解速度，還能提高氨的轉(zhuǎn)化效率。

1.3 OBD開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

SCR系統(tǒng)中的OBD，最主要的功能是診斷，其可參與到重型柴油機(jī)SCR系統(tǒng)的多項(xiàng)診斷模塊中。OBD在SCR系統(tǒng)中的診斷方式，主要分為軟件和硬件診，斷兩種方式，按照特定的診斷流程，完成OBD診斷。例如：OBD監(jiān)測(cè)NOx的排放量，重型柴油機(jī)中，NOx的排放限值為5g/Kwh、7g/Kwh，OBD可以根據(jù)限值調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化效率，控制運(yùn)行工況，如：轉(zhuǎn)速、扭矩等，測(cè)量出NOx的實(shí)際效率，進(jìn)而得出SCR系統(tǒng)的減排效率，如果OBD的監(jiān)測(cè)數(shù)值高于SCR實(shí)際數(shù)值，表示SCR系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

2 重型柴油機(jī)SCR系統(tǒng)的應(yīng)用

SCR系統(tǒng)在重型柴油機(jī)中的應(yīng)用，可以分為兩個(gè)部分，配合SCR系統(tǒng)中的催化還原，完成NOx的凈化過(guò)程。

2.1 還原劑應(yīng)用

重型柴油機(jī)SCR系統(tǒng)中的還原劑是NH3，尿素溶液是還原劑的載體。重型柴油機(jī)通過(guò)氣助霧化，尿素滴液由壓縮空氣攜帶經(jīng)過(guò)噴嘴，霧化到排氣管內(nèi)，同時(shí)與重型柴油機(jī)的尾氣相互混合，控制外界的條件，加快尿素水解成氨的速度，比較重要的因素是外界溫度，避免影響水解的效益。例舉還原劑NH3中的物理反應(yīng)，如下：

物理蒸發(fā)：(NH2)2CO(水溶液)→(NH2)2(固態(tài))+H2O(氣態(tài))

物理熱分解：(NH2)2CO(固態(tài))→NH3(氣態(tài))+HNCO(氣態(tài))

物理水解：HNCO(氣態(tài))→NH3(氣態(tài))+CO2(氣態(tài))

2.2 催化還原應(yīng)用

催化還原是重型柴油機(jī)SCR系統(tǒng)應(yīng)用中的核心，目的是在NH3的催化下，將高價(jià)的N轉(zhuǎn)變成N2，生成無(wú)毒性、無(wú)污染的N2，抑制重型柴油機(jī)尾氣中NOx的含量，保障尾氣能夠達(dá)到國(guó)IV的標(biāo)準(zhǔn)，減輕環(huán)境保護(hù)的壓力。SCR系統(tǒng)在重型柴油機(jī)中的催化還原應(yīng)用如下：

（1）4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

（2）4NH3+2NO+2NO2→4N2+6H2O

（3）8NH3+6NO2→7N2+12H2O

（4）4NH3+3O2→2N2+6H2O

3 SCR系統(tǒng)在重型柴油機(jī)中的發(fā)展

隨著汽車(chē)數(shù)量的增加，重型柴油機(jī)的應(yīng)用規(guī)模越來(lái)越大，對(duì)SCR系統(tǒng)提出了發(fā)展的要求，目的是強(qiáng)化SCR系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，滿足重型柴油機(jī)的優(yōu)勢(shì)，限制NOx的排放量[3]。結(jié)合SCR系統(tǒng)在重型柴油機(jī)中的應(yīng)用，分析SCR系統(tǒng)的發(fā)展。

第一是物理模型和邊界條件的優(yōu)化，利用O-grid網(wǎng)格和六面體，對(duì)SCR內(nèi)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，模擬系統(tǒng)載體。例如：尿素水溶液噴霧的模擬，需要對(duì)尿素的霧化、蒸發(fā)等各個(gè)環(huán)節(jié)都進(jìn)行模擬，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的優(yōu)化發(fā)展，便于設(shè)置噴霧過(guò)程中的物理特性。

第二是優(yōu)化SCR系統(tǒng)中的后粒子軌跡，降低SCR系統(tǒng)凈化時(shí)，外界氣流對(duì)后粒子氣流的影響，保障粒子可以沿著設(shè)定的方向完成噴射，還能解決粒子在壁面形成液膜。

4 結(jié)束語(yǔ)

SCR系統(tǒng)在重型柴油機(jī)中的應(yīng)用，在很大程度上提高了柴油機(jī)的環(huán)保能力，控制柴油機(jī)運(yùn)行中的環(huán)境破壞。重型柴油機(jī)中的SCR系統(tǒng)，存在很大的發(fā)展?jié)摿Γ铝τ跐M足環(huán)境保護(hù)的需求，為重型柴油機(jī)的應(yīng)用提供優(yōu)質(zhì)的條件，既可以推進(jìn)重型柴油機(jī)的發(fā)展，又可以強(qiáng)調(diào)環(huán)境保護(hù)的重要性，表明SCR系統(tǒng)在重型柴油機(jī)中的應(yīng)用價(jià)值。

[1]張紀(jì)元.重型柴油機(jī)SCR系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)研究[D].山東大學(xué),2013.

[2]沈雅萱.數(shù)值模擬在柴油機(jī)SCR系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用[D].河北工業(yè)大學(xué),2012.

[3]楊成宏.重型柴油機(jī)SCR催化器控制模型研究[D].吉林大學(xué),2011.

周健偉（1985-），男，浙江臺(tái)州人，本科。