機動車尾氣機外凈化技術研究

黃 慧 姚慶宋 李康婷

浙江東天虹環保工程有限公司

機動車尾氣機外凈化技術研究

黃 慧 姚慶宋 李康婷

浙江東天虹環保工程有限公司

國IV排放標準對機動車尾氣排放治理和節能提出了新的更高要求，為了達到排放標準，可以在機內凈化技術基礎上，通過輔之以必要的機外凈化技術，達到強制凈化，實現尾氣的達標排放。本文分析了三效催化技術、顆粒物過濾技術以及氮氧化物選擇性還原技術，并根據不同技術特點，提出了三元催化轉換器與電控燃油噴射系統在汽油機上的聯合使用的主要應用和研究方向。

機動車尾氣治理；機外凈化技術；環保

1 概述

根據環保部發布的《2015年中國機動車污染防治年報》公布的數據顯示，我國已經連續六年成為世界機動車產銷第一大國，與1980年相比，截止到2015年底全國機動車保有量增加了33倍，達到了24577.2萬輛。汽車排放的主要污染物有CO、HC、Nox、PM顆粒物以及Pb、SO2等有害物質。據監測結果表明，隨著機動車保有量的快速增加，呈現出煤煙與機動車尾氣復合污染特點，城市空氣污染加劇態勢。全面做好機動車污染監測、治理刻不容緩。

機動車尾氣控制技術包括機內凈化和機外凈化兩種，其中，機內凈化主要從發動機燃燒室結構、點火系統、進氣系統和燃油電子噴射系統方面采取措施，予以控制。機外凈化技術包括三效催化技術、顆粒物過濾技術以及氮氧化物選擇性還原技術等。本文重點探討機外凈化技術。所謂機外凈化技術，是指發動機燃燒生成的廢氣排出發動機排氣門后，但還未排入到大氣環境之前，進一步采取凈化措施，以減少最終汽車污染排放的技術。

2 三效催化技術（TWC）

三效催化技術原理：在汽車尾氣主要污染物CO、HC和NOx中，CO、HC具有還原性氣體，Nox是氧化性氣體。CO、HC和Nox具有加速廢氣氧化-還原反應速度作用。三效催化技術處理汽車尾氣的效果與溫度有著密切聯系，通常需要達到500-700℃才是最為理想化工作狀態。從目前的實際應用來看，高效能的三效催化對于汽車尾氣的凈化效率達到95%以上。但，三效催化技術的良好效果必須要達到一定的外部環境條件（見表1）：實際空燃比應控制在理論空燃比（14.7/1）周圍很狹窄的范圍內（目前常在電控閉環系統的發動機排氣管上加裝一個氧傳感器）；使用無鉛汽油和添加劑含量低的潤滑油；保持發動機良好的工作狀態；正確安裝三效催化轉換器。TWC技術在汽車應用上有較高的普及率，從而為機動車尾氣污染治理提供了堅實的技術支持。

表1 ：三效催化轉化器失效機理

慢性中毒鋅、磷、硫中毒；或慢性鉛中毒電噴不良混合氣過濃或過稀；電噴部件損壞；不當操作機油添加劑中鋅或磷使催化劑中毒；汽油中的硫使催化劑中毒；無鉛汽油中的微量鉛長期積累催化劑轉化效率低；燃燒不正常；缺油或排氣中含油

3 顆粒物過濾技術（DPF）

顆粒物過濾技術（DPF）：微粒捕集器（DPF）技術是最終實現微粒排放控制的最為有效和簡單的方法。目前，DPF技術的研究主要集中在過濾材料和過濾體再生方面。其中，常用到的過濾材料有堇青石蜂窩陶瓷、碳化硅、編織陶瓷纖維、金屬纖維氈、活性碳纖維等等。要積極開發高性能、低成本的顆粒物過濾材料，以滿足現實需要；過濾體再生技術主要有進排氣節流再生、噴油助燃再生、電加熱再生、微波加熱再生、逆向噴氣再生等。再生技術方面，多種再生技術相結合是未來的發展方向。影響柴油車排放顆粒物控制技術的因素主要包括燃油品質、機內凈化和機外處理技術。通過優化壁流式DPF孔道結構，增大對灰分的承受能力，延長DPF使用壽命，目前，DPF仍然是最為有效的柴油車后處理控制技術。但，由于我國受到催化劑制備水平和燃油硫含量等條件的限制，DPF技術實際應用難度加大，這也是國IV標準實施較為緩慢的主要原因之一。當前，較為理想的是采用被動再生技術，并將被動再生技術與主動加熱結合起來應用較多。

4 選擇性還原技術（SCR）

SCR技術是指在一定溫度（290℃-350℃）條件下，利用還原劑（如氨氣、尿素溶液等）有選擇性地與NOx在催化劑涂層上進行催化還原反應（而不與氧發生反應）生成無毒無污染的N2和H2O。氮氧化物（NOx）是柴油機動車排放廢氣中危害大氣環境的主要成分，選擇SCR技術是目前應用較為成熟的排放控制技術。該技術是由ECM控制加料泵精確地噴射液體尿素到催化器上游的排氣系統，將發動機排氣中所產生的氮氧化物轉化成氮氣和水。該技術系統的運行過程是：系統自檢—系統預注—等待加料—系統加料—系統排空。SCR技術能夠有效降低NOx90%以上，但該技術初期投資高，需要持續維護費用，還要考慮設備的布置空間等。

5 結語

對于在用車的排氣凈化措施，機內凈化技術是治理發動機排氣污染的治本之舉，當機內凈化不能達到排氣標準時，還需采用機外凈化措施來強制凈化排氣。目前，催化凈化技術是研究以及應用范圍最多和最廣的機外凈化方式。三元催化轉換器與電控燃油噴射系統在汽油機上的聯合使用也是目前發展的主要方向。

[1]黃育新,廖雄銘,王少明等.機動車尾氣催化凈化裝置技術進展[J]資源節約與環保,2015(11):86.

[2]李濱.機動車尾氣污染及其凈化處理技術[J]科技創新與生產力,2004(5):29～30.

黃慧（1988.3-），女，本科，漢族，助理工程師，主要從事汽車尾氣治理研究。