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重型柴油車的國六排放標(biāo)準(zhǔn)

隨著國家“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”的實施,環(huán)保升級“迫在眉睫”，柴油車排放標(biāo)準(zhǔn)升級如同箭在弦上。對于重型車而言,無論是壓燃式還是氣體點(diǎn)燃式柴油機(jī),要想滿足史上最嚴(yán)苛的國六排放標(biāo)準(zhǔn),都必須在發(fā)動機(jī)后處理上進(jìn)行大規(guī)模的技術(shù)升級。新國標(biāo)中的發(fā)動機(jī)標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)排放限值見表所列。

發(fā)動機(jī)標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)排放限值

柴油機(jī)穩(wěn)態(tài)工況(ESC/WHSC)下國三到國六排放標(biāo)準(zhǔn)中最主要污染物NOx與PM限值的主要變化是:氮氧化物(NOx)和顆粒物(PM)排放限值和國五相比分別提高了77%和67%,增加了粒子數(shù)量(PN)排放限值要求;變更了污染物排放測試循環(huán)，發(fā)動機(jī)測試工況從歐洲穩(wěn)態(tài)循環(huán)(ESC)和歐洲瞬態(tài)循環(huán)(ETC)改為更具有代表性的世界統(tǒng)一穩(wěn)態(tài)循環(huán)(WHSC )和世界統(tǒng)一瞬態(tài)循環(huán)(WHTC)。

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柴油機(jī)排放后處理系統(tǒng)的含義及發(fā)展

新國標(biāo)中對柴油機(jī)排放后處理系統(tǒng)的定義為:催化器(氧化型催化器、三元催化轉(zhuǎn)換器及任何氣體催化器)、顆粒捕集器,除氮氧系統(tǒng)、組合式降氮氧系統(tǒng)的顆粒捕集器，以及其他各種安裝在發(fā)動機(jī)下游的削減污染物的裝置。

通常為了降低重型柴油車氣態(tài)污染物和顆粒污染物的排放,一般會采用以下兩種方式:一是利用發(fā)動機(jī)機(jī)內(nèi)凈化從根源上減少污染物的產(chǎn)生;二是通過增加后處理系統(tǒng)盡可能地將產(chǎn)生的污染物通過化學(xué)反應(yīng)消除掉。

對采用清潔高效的缸內(nèi)燃燒控制技術(shù),減少發(fā)動機(jī)的原始污染物排放是發(fā)動機(jī)開發(fā)工作中最重要、最基本的工作。利用發(fā)動機(jī)機(jī)內(nèi)凈化可以有效控制顆粒物的排放,能滿足國三排放法規(guī)。要滿足國四、國五排放法規(guī),必須采用后處理技術(shù)，主要通過采用選擇性催化還原技術(shù)(SCR)利用尿素溶液對尾氣中的氮氧化物進(jìn)行處理。到了國六階段，需要多種技術(shù)共同配合,是對發(fā)動機(jī)和后處理系統(tǒng)的再一次革命,發(fā)動機(jī)本體再次發(fā)生變化,需要引入渦輪增壓和更高的壓力共軌系統(tǒng)，后處理系統(tǒng)中還要增加柴油顆粒捕捉器(DPF)來降低懸浮顆粒個數(shù)等,雖然各廠商技術(shù)路線出現(xiàn)分化,但SCR+DPF成為標(biāo)配。

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國六標(biāo)準(zhǔn)重型柴油車排放主流后處理技術(shù)路線

目前，主流的國六標(biāo)準(zhǔn)重型柴油車排放后處理技術(shù)路線是:氧化型催化轉(zhuǎn)化器(DOC) +柴油顆粒捕捉器(DPF)+選擇性催化還，原轉(zhuǎn)化器(SCR) +氨逃逸催化器(ASC),詳細(xì)分析如下。

(1)氧化型催化轉(zhuǎn)化器(DOC)。DOC主要用來降低廢氣中碳?xì)浠衔?HC)和一氧化碳(CO)的含量。通過在DOC內(nèi)使用氧化催化劑(貴金屬涂層,如鉑、鈀等組成),加速一氧化碳(CO)和碳?xì)浠衔?HC)在此完成氧化反應(yīng),生成二氧化碳(CO2 )和水(H20)。并促使氮氧化物(N0,)中的一氧化氮(NO)和氧氣(02)反應(yīng)生成二氧化氮(NO2),并釋放熱量。國六柴油機(jī)配備DOC的原因一方面是國六標(biāo)準(zhǔn)對C0和HC排放要求更加嚴(yán)格;另一方面國六標(biāo)準(zhǔn)對NOx原排(后處理器前濃度)就有要求，將N0x原排降下來, C0和HC排放就會高些,而且通過DOC的內(nèi)部反應(yīng)提升排氣溫度,促進(jìn)下游DPF和SCR的反應(yīng)。匹配DPF的DOC的可處理95%的CO、處理80%左右的HC和處理PM中80%以上的SOF (可溶性有機(jī)物), DOC結(jié)構(gòu)如圖所示。

氧化型催化轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)示意

如果柴油中的硫含量過高,會使硫和水反應(yīng)生成硫酸或亞硫酸,造成DOC損壞。

(2)柴油顆粒捕捉器(DPF)。DPF主要用來降低尾氣中顆粒物(PM)的含量,其作用簡單理解就是將大小微粒物都過濾掉的裝置(如下圖所示)。DPF是以堇青石或碳化硅為原料的一種壁流式蜂窩陶瓷,過濾式的陶瓷本體由許多細(xì)小的平行孔道所組成;這些平行的孔道之間是由通氣性的孔壁分隔，一端開放,一端堵塞,過濾器孔壁中的微孔可讓廢氣分子通過,黑煙顆粒由于粒徑比較大,而無法通過微孔，被過濾在陶瓷孔壁表面，進(jìn)而達(dá)到消除黑煙的效果。同時,可溶性有機(jī)成分SOF (主要是高沸點(diǎn)HC)也能部分被捕集。

柴油顆粒捕捉器

攔截下來的顆粒物絕大多數(shù)是可以被燒掉的碳煙,其燃燒溫度約為550 ℃~700℃。顆粒物在DPF上附著會使廢氣的通過性能降低，從而使發(fā)動機(jī)的排氣背壓升高,造成發(fā)動機(jī)功率下降,因此必須定時再生和更換DPF濾芯。

DPF的再生分為主動再生和被動再生。國六發(fā)動機(jī)的大負(fù)荷再生和通過熱管理系統(tǒng)對進(jìn)、排氣節(jié)流控制，來提高排氣溫度,使得沉積在DPF壁面的碳煙燒掉,屬于被動再生。主動再生需要約550℃以上才能進(jìn)行，因此主動再生需要一個額外的噴油器將柴油噴射到排氣管內(nèi)燃燒,使排氣管內(nèi)的溫度升高到DPF再生所需的溫度,像濰柴6缸重型柴油機(jī)排氣管上設(shè)有第7個燃油噴嘴,當(dāng)排氣背壓達(dá)到一定限值(16kPa左右),直接向排氣管噴入燃油(在DOC之前),燃料在DOC內(nèi)部燃燒后將排氣溫度提高到約600℃,通常情況下大部分顆粒物與其他沉積物都能被燒掉。?？抵匦筒裼蜋C(jī)采用各缸噴油器后噴來提高排氣溫度。當(dāng)需要再生時,各缸噴油器在做功行程末端噴油,作用等同于第7個噴油嘴。

(3)選擇性催化還原轉(zhuǎn)化器(SCR)。SCR主要將發(fā)動機(jī)排氣中的氮氧化合物(NOx)轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂退?降低NOx排放量。在高溫環(huán)境下，尿素噴射單元向排氣管中噴射尿素水溶液(一種尿素濃度為32.5%的尿素水溶液),尿素在高溫下水解放出氨氣,氨氣在SCR催化器中與尾氣中的氮氧化物發(fā)生反應(yīng)，生成氮?dú)夂退?。SCR是目前為止降低氮氧化物含量最有效的的手段。

(4)氨逃逸催化器( ASC)。ASC裝在SCR后端,通過催化氧化作用降低SCR后端排氣中泄漏出的氨。

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結(jié)論

對于重型柴油車,目前主要的排放控制技術(shù)是DPF與SCR的組合。未來的后處理系統(tǒng)要具有超高的轉(zhuǎn)化效率、緊湊的設(shè)計、超低的購買成本和使用成本,主要方向是提高DPF再生時的燃油經(jīng)濟(jì)性和改善SCR技術(shù)的低溫特性,以及滿足SCR技術(shù)的新型催化劑和還原劑,實現(xiàn)更加清潔和經(jīng)濟(jì)的燃燒。

C5.0智能DPF再生爐都有什么優(yōu)點(diǎn)呢？

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7、雙面自動吹掃；

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