燃油含硫量對國四收獲機(jī)的影響

隨著2022年12月1日非道路國四法規(guī)實(shí)施，現(xiàn)市場上75kW～560kW的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品增加了后處理裝置以滿足非四法規(guī)要求。而新增的后處理系統(tǒng)對燃油含硫量有著較為嚴(yán)苛的要求，如若燃油含硫量超標(biāo)，將會(huì)對其造成極大破壞，甚至失效。本文將通過對國四收獲機(jī)械非四后處理工作原理分析及市場整機(jī)實(shí)際作業(yè)時(shí)的后處理狀態(tài)跟蹤調(diào)研；分析收獲機(jī)械特殊的作業(yè)環(huán)境下，燃油品質(zhì)對后處理的影響以及根據(jù)調(diào)研給出合理化的建議，以降低后處理因燃油品質(zhì)造成的損壞。

一、非四排放法規(guī)需控制成分分析

碳?xì)浠衔锶加停ú裼停┑娜紵磻?yīng)方程式：

CxHySz+O2+N2 ＝

CO2+H2O+N2+O2+NOx+HC+CO+SOx+C（1）

式中：NOx為NO和NO2的統(tǒng)稱，HC為碳?xì)浠衔铮琒OX為硫化物。

上述方程式中，NOX、PM（主要是碳C，還包括硫化物、可溶性有機(jī)物SOF、機(jī)油中的添加劑等）、HC、CO等含量過高，將會(huì)對環(huán)境產(chǎn)生很大破壞，危害人體健康。非道路國四實(shí)施后，為降低這些有害物質(zhì)，需要在原有機(jī)型增加后處理裝置以降低該類有害氣體的排放。

二、后處理的工作原理

農(nóng)業(yè)機(jī)械非道路國四實(shí)施后，后處理中目前主要采用的分為DOC+EGR和DOC+DPF+SCR這兩種路線，為方便分析，本文以第二種路線進(jìn)行說明。其中DOC為氧化催化器，其用途是減少排出氣體中的一氧化碳（CO）、顆粒物的有機(jī)可溶成分（SOF）、碳?xì)浠衔铮℉C）以及產(chǎn)生異味的化合物等；DPF為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒捕集器，其可將排氣中的顆粒減少高達(dá)90%； SCR則為選擇性催化還原，可降低排出氣體中的NOX。DOC+DPF+SCR此種技術(shù)路線的原理如下。

首先，通過高壓共軌系統(tǒng)控制機(jī)內(nèi)排放物到一定程度后，然后在柴油機(jī)運(yùn)行過程中，排氣依次流經(jīng)DOC、DPF、SCR。在流經(jīng)DOC時(shí)，排氣中的HC和CO 在催化劑的催化作用下被氧化成CO2 和H2O，實(shí)現(xiàn)CO和HC的凈化，排氣中的NO在DOC氧化催化劑的催化作用下被氧化成NO2，在流經(jīng)DPF時(shí)，排氣中的顆粒物PM被壁流式DPF 捕捉攔截， 以滿足排放法規(guī)對顆粒物PM及顆粒物數(shù)量PN的控制要求。而SCR工作原理是將還原劑噴入排氣管，使排氣中的NOx在催化器的作用下與還原劑反應(yīng)，被還原成N2和H2O，其中SCR系統(tǒng)目前采用的還原劑是車用尿素溶液［1］。通過以上控制手段實(shí)現(xiàn)了相關(guān)有害排放氣體滿足法規(guī)要求。

三、油品質(zhì)對后處理影響的分析

當(dāng)燃油中有較高的硫含量（超過10PPM）時(shí)，將會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒后出現(xiàn)較多的硫化物（SOX），而DOC中大量貴金屬元素，其對硫化物很敏感，極易于硫化物反應(yīng)，并失去催化劑的作用，這也稱之為載體中毒［2］。載體中毒后失去相應(yīng)的作用，最直接后果將是：DOC失去氧化還原能力，載體覆蓋較多HC顆粒，DPF上因碳顆粒不能進(jìn)行被動(dòng)再生，積累大量碳顆粒。而被動(dòng)再生可以在較低溫度下（250℃以上）進(jìn)行NO2和C的反應(yīng)，這需要把排氣中的NO2濃度提高，通常是用DOC中的催化劑使NO氧化成NO2，提高排氣中NO2的濃度。因此被動(dòng)再生停止后，SCR對NOx的轉(zhuǎn)化效率大大降低。根據(jù)法規(guī)要求，當(dāng)DPF顆粒物重量超過設(shè)定報(bào)警限值或SCR轉(zhuǎn)化效率過低，將對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行限扭，導(dǎo)致不能正常作業(yè)。因此，燃油中含硫量的多少對非道路國四升級有很大隱患，如若不引起重視，將會(huì)造成較大經(jīng)濟(jì)損失。

四、硫中毒后的處理措施

柴油中硫含量對后處理裝置有很大影響。研究發(fā)現(xiàn)［3］，當(dāng)油品硫含量為3ppm時(shí)，柴油顆粒過濾器使得PM排放下降率為95%，而當(dāng)柴油中硫含量增至30ppm后，PM下降率僅為70%左右。當(dāng)柴油硫含量達(dá)到150ppm時(shí)，PM排放下降率為0，此時(shí)柴油機(jī)的DOC及過濾器已失效。此時(shí)已對后處理系統(tǒng)造成不可逆破壞。 為了驗(yàn)證當(dāng)柴油大于150ppm時(shí)，中毒后的排放系統(tǒng)處理措施，本文選用一臺(tái)收獲機(jī)作業(yè)樣車進(jìn)行了跟蹤驗(yàn)證。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)策劃，對作業(yè)車輛加注了硫含量（200ppm）超標(biāo)的燃油，進(jìn)行作業(yè)跟蹤。整機(jī)在作業(yè)至30h時(shí)，出現(xiàn)硫中毒現(xiàn)象（SCR轉(zhuǎn)化效率低、DPF累碳超標(biāo)）：為解決該后處理出現(xiàn)的硫中毒問題，本文采取了以下措施，其累碳量變化如圖1所示。

1. 首先在出現(xiàn)故障后，將燃油箱內(nèi)的燃油更換為符合國標(biāo)GB-19147的車用燃油后，故障并未自動(dòng)消除，說明此時(shí)硫中毒并不能通過更換符合國標(biāo)的燃油自動(dòng)消除；

2. 在50h～90h時(shí)，測試人員通過多次提溫（600℃）主動(dòng)再生，擬在高溫下消除DPF內(nèi)積碳及硫化物對后處理影響。根據(jù)實(shí)車測試并未能完全清除DPF內(nèi)灰分且運(yùn)行中仍存在SCR轉(zhuǎn)化效率低故障；

3. 在111h時(shí)，更換了新的DPF，繼續(xù)進(jìn)行驗(yàn)證；整機(jī)運(yùn)行至131h時(shí)，累碳值再次超DPF上限，同時(shí)報(bào)出SCR轉(zhuǎn)換效率低故障；同時(shí)可以判定DOC也因先前的硫中毒失去氧化作用；

4. 最后在147h時(shí)更換了新DOC及SCR，并進(jìn)行了再生和吹灰處理后，后處理恢復(fù)正常。

通過樣車測試，因燃油硫含量超標(biāo)（200ppm）導(dǎo)致后處理失效，其通過提溫再生等措施不能有效應(yīng)對；要解決硫中毒，需更換了各個(gè)載體才能滿足正常使用需求。

五、結(jié)論

農(nóng)業(yè)收獲機(jī)械作業(yè)地點(diǎn)及作業(yè)習(xí)慣與道路機(jī)械差別較大，且農(nóng)業(yè)收獲機(jī)械作業(yè)時(shí)間和周期非常集中。一旦后處理出現(xiàn)硫中毒，只依靠主動(dòng)再生無法挽回，往往需要更換硬件。

1.加強(qiáng)非四燃油使用要求引導(dǎo)，改變用戶燃油使用習(xí)慣：農(nóng)業(yè)機(jī)械用戶，較多用戶對燃油品質(zhì)要求意識(shí)不高，加注燃油需保證來源于正規(guī)的油站，以保證燃油品質(zhì)。

2.政府加大監(jiān)察管理，將加強(qiáng)對各類微小型加油站油品的監(jiān)督。

3.做好后處理售后服務(wù)：燃油硫中毒將導(dǎo)致后處理的不可逆損壞，需要對其零部件進(jìn)行更換和修復(fù)，農(nóng)業(yè)收割季時(shí)需及時(shí)投放相應(yīng)備件，以便第一時(shí)間完成后處理的維修。

參考文獻(xiàn)：

［1］陳成勇.SCR技術(shù)的控制原理［J］.汽車電器，2010，（05）：32-34.

［2］馬士起.淺析催化劑中毒與處理［C］.工業(yè)催化雜志社，2014：2.

［3］李勤.現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)排氣污染物的測量與控制［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

（作者單位：濰柴雷沃智慧農(nóng)業(yè)科技股份有限公司）