基于柴油發電機組的尾氣處理技術研究

姜代華

【摘 ?要】希望能通過節能環保型柴油發電機組來替代原有的發電機組，為降低對環境帶來污染有著重要的意義。本文主要對催化還原（簡稱SCR）的技術原理進行詳細的分析，并對其在在柴油發電機組中的應用效果展開合理論述，通過對相關技術的應用，從而實現對尾氣中NOx進行有效的凈化，這對我國社會的發展起著積極的作用。

【關鍵詞】柴油機;SCR;尾氣處理;選擇性催化還原

引言：隨著我國環境污染現象日益嚴重，國家也高度重視環境污染問題，加強對尾氣排放的控制，這也在一定程度上促進了柴油機排放控制技術的發展。柴油機因其具有一定的經濟型、可靠性和動力性等特征，現已被進行廣泛的應用。柴油發動機的排放污染物主要包括CO、HC、NOx和PM。柴油機NOx排放的降低往往與PM排放的降低間存在著一定的矛盾，一些減少柴油機NOx排放的措施通常會大大增加微粒的排放，但如果降低微粒排放又會在一定程度上加大NOx的排放。

1 柴油機SCR技術研究

尿素SCR技術可以大大減少柴油機NOx的排放，SCR催化器作為SCR系統的重要組成部分，其技術原理主要是通過實時檢測排氣流量中所含的所含的NOx濃度，從而得出最終的NOx含量，同時，還可以對開展催化反應過程中所需的還原劑量進行精準的計算，還可以實現對高壓噴氣頭展開合理的控制，最終實現對噴射的還原劑量的有效控制。在250℃以上的高溫環境下，通過與催化劑展開反應，從而保證還原劑能夠與NOx展開反應，最終生成N2以及H2O，而雖然排氣中的O2濃度要較NOx濃度高出許多，但依然可以對二者的反應進行有效的控制。

入口管出口氣流的流向會決定催化器氣流最終的分布特征，最終對SCR系統的實際性能帶來一定的影響。大量研究證實，如果雷諾數較小且阻力較大的情況下，會促進載體氣流的均勻分布。一般來說，SCR催化器的載體截面積要遠高于其自身入口截面積，這種設計方式能夠促進排氣同催化劑進行完全接觸，從而產生相應的化學反應。催化器載體與入口之間會通過擴張管進行有效的連接。擴張管一般不會太長，如果擴張管的擴張距離過大，會導致氣流與壁面進行分裂，影響載體入口的均勻分布，與擴張管相比，收縮管通常不會影響SCR催化器載體內部氣流分布。

載體是沉積催化劑活性相的骨架，載體材料有很多。而在SCR中應用最廣泛的則是整體式陶瓷載體。載體結構也會在一定程度上影響SCR的性能，同時也會影響NOx轉化效果。催化器載體的體積及長度會決定廢棄在催化器載體中停留的時間，NOx轉化率也會受到停留時間長短的影響。載體目數、壁厚以及涂層厚度都離不開載體的實際面積，載體的面積越大，那么NOx轉化效率也就越高，同時能夠降低壓力的損失以及催化器的實際尺寸[1]。

2 尿素SCR系統工作原理及化學反應機理研究

2.1SCR系統組成及工作原理

尿素SCR系統主要由尿素罐、尿素泵、噴嘴、SCR催化器及電控單元組成，如圖2所示。

SCR系統具體的工作流程為：電控單元通過尿素液位傳感器來檢測尿素罐中尿素含量，并向尿素泵發出建壓指令，還會與電控單元所采集到柴油機的轉速、轉矩以及出口信號溫度進行結合，從而能夠準確的對尿素含量進行判定。

尿素水溶液能夠與壓縮空氣進行充分地接觸并利用驅動電路驅動噴嘴動作將混合物向排氣管內進行噴射，而多余的尿素就會通過調壓機構控制返回到尿素罐中。尿素水溶液會在排氣管中產生一些列的化學反應，與排氣充分的混合進入SCR催化器。混合氣流與NOx產生一定的反應從而生成H2O，反應后的氣體會隨著排氣一同進入到大氣中，這樣就能夠減少NOx的排放[2]。

3 柴油發動機尾氣凈化效果臺架試驗

為了證實證尾氣凈化裝置可以起到一定的凈化效果，通過對原排參數展開測量，并對裝置展開實驗工作，具體下圖所示。尾氣經過發動機后排出，氣體排放的過程中流經DOC、DPF，之后同噴射的尿素進行充分地混合，最終通過SCR系統流向尾管。裝置方面，會將Ox傳感器和溫度傳感器設置在DOC的前端，從而更好的企業檢測DOC尾氣的溫度以及氧化物的實際含量;并將壓差傳感器布置在在DPF前后，對DPF前后壓差進行檢測;將尿素的噴射口布置在混合器處，用于噴射尿素從而能夠更好地同尾氣進行反應;將溫度傳感器安置在SCR的前端，檢測SCR入口處溫度用于測試起燃溫度NOx傳感器，并求出二者的平均值來對尾氣中氮氧化物含量進行判定[3]。

如表2為尾氣凈化裝置臺架試驗數據統計。實驗發動機的均為40000空速，通過對發動機轉速以及實際負載力進行調整，從而更好地對SCR內部溫度進行控制。通過對表中數據的分析我們不難看出，在溫度低于200℃的情況下，尿素沒有進行起噴，這個時候的裝置也無法開展NOx的去除反應。在溫度超過200℃的情況下，尿素泵也漸漸運行，開始進行尿素噴射，且NOx的轉化效率已經高達68.47%，在尾氣溫度高達250℃的情況下，NOx的轉化效率又進一步提升，通過此次實驗我們可以得出，在催化器起燃溫度較低的情況下，NOx去除效率會明顯提高，其工作效率也會得到提升[4]。

4 結論

綜上所述，通過實踐研究證實，SCR尾氣排放處理系統可以結合原排測定來合理的控制尿素的噴射含量，提高尾氣的凈化能力，溫度越高起燃效果就越好，從而其轉化率也會得到提升。本系統在柴油發電機組上的成功應用具有良好社會價值。

參考文獻：

[1]張福杰.柴油機尿素SCR催化器數值模擬及結構優化研究[D].長沙：湖南大學，2012：2-4.

[2]劉光輝，黃震，喬信起，等.汽車催化轉化器中氣體流動的研究（二）[J].內燃機，2002（1）：13-15.

（作者單位：玖恩科技（成都）有限公司）