柴油機煙氣排放狀況及減排技術

黃長文 安徽全柴動力股份有限公司 中小功率柴油機安徽省重點實驗室

柴油機具有熱效率高、功率大、經(jīng)濟性好、可靠性高等特點，已廣泛應用于農(nóng)業(yè)機械、工程機械等領域。這些機械在工作時，由于施工機械與運輸車輛的頻繁往來，以及通風條件的限制，機械排放的有害氣體嚴重超標，會擴散到整個工作場所，嚴重危害施工人員的身體健康和施工的正常進行因此，對柴油機排氣進行控制和凈化就顯得尤為重要。

一、柴油機的有害排放物生成機理

柴油機燃燒方式以擴散燃燒為主，過量空氣系數(shù)大，空氣充足。燃燒速率主要由可燃混合物的生成速率控制，混合比由零變?yōu)闊o窮大。因此，柴油機有害排放物主要是CO2、NOx和PM，而CO和HC排 放 量較小。

1.一氧化碳（CO2）是近十年來在內燃機上得到控制的一種溫室氣體（以前主要控制工廠的CO2排放）。過多的二氧化碳會導致全球氣溫上升。石油燃料完全燃燒的最終產(chǎn)物是CO2和H2O因此，降低柴油機CO2排放就是降低油耗，即CO2排放越少，輸出功率越大。

2.柴油機排氣中NOx排放NOx是NO，NO2，N2，N2O3，N2O5，N2O4、NO3的 總 稱，其中主要成分為NO、NO2，其他成分可忽略 不 計，NO占9%，NO2占10%。因 此，柴油機NOx排放主要是指NOx排放。柴油機中的NO有兩種來源，一種是大氣中的氮，另一種是燃料中的氮。由于柴油中氮含量較低（質量分數(shù)小于0.2%），對NO的貢獻可以忽略不計。燃燒過程中空氣中NO的生成來源于火焰中的“瞬發(fā)”生成和火焰后區(qū)的NO生成，而火焰中的“瞬發(fā)”生成量很小，主要是火焰后區(qū)的NO 生成。

二、柴油機煙氣排放狀況及減排技術

1.總體 SCR 技術。SCR 系統(tǒng)由反應堆、尿素噴射系統(tǒng)、混合器、操作控制系統(tǒng)、催化劑清洗系統(tǒng)和旁通閥組成。SCR技術采用氨作為還原劑，并采用其高度選擇性的NOx還原方法，優(yōu)先考慮以H2O安全還原NOx。同時，通過燃燒控制減少柴油機n2y排放可提高燃料消耗率，增加微粒排放；SCR技術的應用可達到90%以上的NOx轉化率，而不會影響柴油機的效率。（1）尿素溶液注入。

CO（NH2）2+H2O

（2）將尿素溶液轉化為氨

CO（NH2）2+H2O—NH3+CO2

（3）還原反應氨與氮氧化物

NOx+NH3+Oz—N2+H2O

SCR機組采用氨和催化劑對廢氣進行后處理，系統(tǒng)規(guī)模大，初始投資成本略高，但對NOx減排的影響尤為明顯。國外目前安裝了一些低速柴油機，二氧化氮排放已成為目標。由于排氣溫度高，SCR系統(tǒng)在高速、中等速度和技術成熟的機上運行。由于增壓器在低速機前后排溫的差異，SCR在低速機上的應用主要是增壓器，較成熟，技術研究階段是SCR系統(tǒng)。

2.技術比較分析。低速柴油機 SCR 系統(tǒng)可分為兩類，SCR反應器分別安裝在增壓器前后。第一種是安裝在渦輪增壓器前面的SCR反應器，具有以下優(yōu)點：催化劑的工作溫度超過300℃，廣泛用于商業(yè)用途；渦輪增壓器前溫度較高，所用催化劑對燃料含硫量不敏感，電站可采用高含硫重熔；催化劑壽命較長；影響柴油機和渦輪增壓器的性能；適用于低運行成本的中、小缸徑柴油機。不適用于帶有多個增壓裝置的柴油機。二是將SCR反應器安裝在渦輪增壓器后，其優(yōu)點是：將SCR反應器安裝在渦輪增壓器后的排氣管中，柴油機可保持原有設計；使用操作溫度低于300℃且對含硫量敏感的催化劑，因此必須使用低含硫燃料。增壓器SCR系統(tǒng)解決了源的中低負荷問題，以及SCR對N0轉換效率和岸的影響。布置靈活SCR。

三、清潔燃料技術

清潔能源的開發(fā)為減少排放提供了新的機會。近年來，還在柴油發(fā)動機中使用了植物油、乙醇和天然氣等清潔燃料。這些能源是次要的，燃燒時不會產(chǎn)生廢氣，從而有效地減少排放。在這一階段，我們成功地開發(fā)了新的發(fā)動機，如雙燃料、氣體和生物燃料發(fā)動機。雙燃料發(fā)動機可以同時使用柴油和液化天然氣。柴油機在使用過程中可以在燃料之間切換，從而有效地減少廢氣排放。柴油發(fā)動機可以進一步提高燃料燃燒能力，減少廢氣中危險物質的排放，從而在現(xiàn)階段滿足日益嚴格的監(jiān)管限制。

四、廢氣尾氣排放控制技術

柴油機運行期間排放的主要廢氣是氮氧化物以及硫化物和顆粒物。還可以通過綜合技術控制排放和釋放來減少空氣污染。由于燃燒的改善和清潔燃燒技術的不足，排放控制技術現(xiàn)階段最常用。NOx排放控制技術主要表現(xiàn)在以下領域：

1.就燃料預處理而言，所謂燃料預處理主要是指使用低氮燃油或乳液處理燃料；

2.改進柴油機內部結構。柴油機結構的改進主要包括噴油器結構的改進、噴水技術的改進和廢氣回收系統(tǒng)的改進；

3.廢氣后處理，廢氣后處理主要是指柴油發(fā)動機通過催化還原法、吸附催化法等方式排放的氮氧化物的催化還原，以減少廢氣中有害氣體的含量。硫化物是柴油機排氣的另一個重要因素。據(jù)統(tǒng)計，柴油機的硫化物排放量主要與燃料的含硫量有關。處理燃料以減少燃料中的硫含量是減少柴油機尾氣排放的重要措施。同時，廢氣中的硫化物也可以回收利用。柴油機廢氣處理一般采用洗滌法。粉塵也是船上柴油機廢氣的重要組成部分，粉塵處理也是船上柴油機廢氣處理的重要組成部分。目前，控制船上柴油機排放有兩種不同的粉塵處理方法：內部控制和外部凈化。其中，內部控制是增加噴油壓力和改變外部凈化技術包括DPF、旋風分離器等。

柴油機運行過程中排放的煙氣和廢氣含有大量污染物，也可能對空氣污染產(chǎn)生重大影響。在現(xiàn)階段生態(tài)環(huán)境逐步惡化的情況下，必須做好柴油機減排工作。