柴油機減排技術的發展

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柴油機減排技術的發展

截止2014年，歐盟各地區都開始實施歐6排放法規。然而與此相悖的是，石油和其它液體燃料的需求量不斷增加，2030年每天需求將達1.06億桶，2035年每天需求達1.1億桶，這必然導致對環境產生巨大影響。為此，開發各種技術來解決這些排放問題刻不容緩。柴油機在富氧條件下燃燒可減少CO2排放，然而在富氧條件下燃燒的溫度過高會生成NOx，這是柴油機需要解決的主要問題。柴油機后處理系統包括廢氣再循環（EGR）系統、氧化催化轉換器（DOC）、選擇性催化還原（SCR）系統以及柴油微粒過濾器（DPF）等，但最有效和實用的方法是綜合利用發動機后處理系統，如DPF+SCR以及LNT（稀燃NOx捕集）+SCR等，可以從根本上降低柴油排放顆粒（PM）和NOx。SCR是最有效的降低NOx排放的后處理系統，DPF是最有效減少PM排放的后處理系統，LNT是最經濟適用的后處理系統。

EGR系統通常可將約25%～ 40%的燃燒氣體進行冷卻再循環利用，并能夠實現削減超過40% 的NOx。EGR系統的中間冷卻器降低再循環氣體溫度。冷卻的再循環氣體具有較高的熱容量和更低的氧含量，因此可以降低發動機吸入空氣的溫度，從而抑制NOx的形成。但是EGR系統減少NOx的同時也增大了燃油消耗率。為同時減少發動機的NOx排放和改善燃油經濟性，開發了可變幾何渦輪（VTG）增壓器和低壓EGR系統聯合應用的處理系統。技術的優化組合能夠實現NOx減少30%，同時改善3%～4%的有效燃油消耗率（BSFC）。

SCR系統使用金屬或陶瓷催化劑和化學還原劑將NOx轉化為分子氮和氧。SCR系統發生尿素的水解反應，產生氨和CO2。在開環系統中，加入還原劑的量通過NOx估計算法得到。該算法涉及發動機的轉速、排氣溫度和負荷等參數。廢氣和還原劑通過SCR催化劑發生化學反應，減少NOx排放。在閉環系統中，通過傳感器直接測量廢氣中NOx的濃度來確定還原劑加入量。為改進SCR系統的性能，開始尋找新方法替代SCR系統中的還原劑。提出LNT與SCR系統聯合應用的技術方案。聯合系統首先應用LNT技術來減少大部分NOx，之后再利用SCR系統進一步降低NOx的排放量。

隨著越來越嚴苛的排放標準，各種柴油機減排技術越來越成熟，未來的發展趨勢也必將是各種后處理系統的聯合應用，甚至是與缸內直噴技術等其它減排技術聯合使用，以最大程度地降低NOx、PM及其它污染物的排放量。

刊名：International Journal on Theoretical and Applied Research in Mechanical Engineering（英）

刊期：2013年第1期

作者：Raghav Ahuja et al

編譯：郭明超