SCR技术的柴油机排放后处理新技术及车用PACR技术的基本原理

一、技术背景资料

SCR系统采用的是压缩空气辅助喷射系统。工作时,一路空气供给喷嘴,起雾化尿素水溶液的作用;另一路空气供给尿素泵,控制尿素水溶液回流量的大小。首先尿素泵起动,在计量阀模块的进口处建立起具有一定压力的尿素水溶液待用。电控单元采集柴油机的转速、转矩信号、排气温度和NOx排放等信号,电控单元按照控制策略发出需求的尿素水溶液流量的控制指令,驱动电路驱动计量阀动作,尿素水溶液与雾化空气混合经喷雾器进入排气管。尿素水溶液喷入排气管后,首先在高温及催化剂作用下发生热解和水解反应生成氨气,然后氨气进入SCR催化器催化剂作用下将NOx还原,生成氮气和水,随排气排入大气。

二、Bule Tech技术

Bule Tech技术是将NSC和SCR技术结合起来,使其在不同的工况下,均能起到降低NOx排放的目的。在低/中负荷稳定工况下,NSC单元能够储存和减少大部分的NOx;在发动机加速和高负荷工况下,由于排气温度升高,当排气温度大于350℃时,NSC由于其较弱的储存能力,将会失效,此时,SCR单元将会对其进行补偿,达到降低NOx排放的目的。

Bule Tech 技术的基本原理:

Bule Tech技术是一种在柴油机机内进化的基础上进一步降低有害排放物,包括CO、PM(particulate matter)、HC、NOx等的全功能排气后处理技术。

E320BuleTech废气后处理系统将DOC(Diesel Oxidation Catalyst)系统装在靠近发动机的地方,以便快速将CO、HC反应掉,另外,装有CDPF系统将排放物中的PM过滤,避免PM对催化剂活性的影响。该技术的核心是一种基于SCR技术的DeNOx技术。

图表:Bule Tech 技术的基本原理图

在不同的空燃比(A/F)下,NSC和SCR互相配合,能有效地降低NOx的排放。

图表:不同时间下NOx/NH3在废气中的组成曲线

当发动机富燃时,空燃比λ较低,废气中的NOx含量较低;当发动机稀燃时,空燃比λ较高,NOx的含量较高。而柴油发动大多数处在空燃比λ较低的工况下工作,此时大多数的NOx在NSC中被转化成NO,当在短时富燃的工况下,柴油机此时混合气中燃油的含量高,NOx被HCs、CO、H2转化成无害的N2。

图表:NSC 和 SCR 在 Blue Tect 技术中的功能

三、不同催化剂的组合技术

由于不同的催化剂在不同的温度和不同的废气含量下,其选择性和还原能力不同,而且催化剂还受到水、硫、HC、CO、PM等排放物的影响容易使催化剂中毒,从而降低催化转化性能。该技术根据各种催化剂的稳定性和选择还原性的不同,将不同的催化剂进行合理的组合。

图表:不同催化剂的组合

四、基于SCR的低温等离子辅助还原技术(PACR)

1、等离子产生的基本原理

在大气压力下,低温等离子产生于空气中或者在比空气含氧量更低的气体(如柴油机排放的废气)中,通常是化学环境下,由于直接由化学方法来减少NOx将会耗费巨大的能量,并且不易解决,而且当气体中含氧量超过3.6%时用含有N-来还原NO的方法是不可以实现的。

等离子发生器是一种基于电介质填充床的同心圆柱电极。高电压电极和电介质被作为内部电极,外部电极则为接地极。当提高电场强度时,将在小球间产生放电。这使得等离子可以在较低的电压下产生,等离子将在1500Hz的高能条件下产生,等离子的能量由内部电极和功率表监控器控制。

图表:低温等离子发生装置

2、车用 PACR 技术的基本原理

从发动机排出的废气进入低温等离子装置之前包含有NOx、HC等。在等离子反应中,将部分HC转化为(HC*),NO转化为NO2,这些混合气体在催化剂的作用下将会发生进一步的反应,生成无污染的N2、CO2和水。

图表:低温等离子辅助催化还原 ( PACR) 装置

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