汽車(chē)排放及控制技術(shù)第7章_柴油機(jī)后處理凈化

1、提問(wèn)61 1、什么是機(jī)外凈化技術(shù)、什么是機(jī)外凈化技術(shù)？2 2、過(guò)量空氣系數(shù)是多少時(shí)，、過(guò)量空氣系數(shù)是多少時(shí)，三效三效催化器對(duì)汽車(chē)尾氣催化器對(duì)汽車(chē)尾氣有害氣體的轉(zhuǎn)化效果最好有害氣體的轉(zhuǎn)化效果最好？ 3 3、催化器由哪些部分組成？各部分的作用是什么？催化器由哪些部分組成？各部分的作用是什么？4 4、三效催化劑的由哪些貴金屬組成？各自的作用是、三效催化劑的由哪些貴金屬組成？各自的作用是什么？什么？5 5、試簡(jiǎn)單闡述催化劑的反應(yīng)機(jī)理。、試簡(jiǎn)單闡述催化劑的反應(yīng)機(jī)理。6 6、簡(jiǎn)述三效催化劑的劣化機(jī)理。、簡(jiǎn)述三效催化劑的劣化機(jī)理。7 7、簡(jiǎn)述三效催化轉(zhuǎn)化器的主要性能指標(biāo)及影響因素。簡(jiǎn)述三效催化轉(zhuǎn)化器的主要性

2、能指標(biāo)及影響因素。8 8、簡(jiǎn)述稀薄燃燒尾氣處理方法與普通發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣處、簡(jiǎn)述稀薄燃燒尾氣處理方法與普通發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣處理方法有什么區(qū)別。理方法有什么區(qū)別。9 9、簡(jiǎn)述吸附還原催化技術(shù)反應(yīng)原理。、簡(jiǎn)述吸附還原催化技術(shù)反應(yīng)原理。 MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE OF SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY汽車(chē)排放與污染控制汽車(chē)排放與污染控制主講:穆桂脂山東農(nóng)業(yè)大學(xué)山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)械與電子工程學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院7.1 7.1 概述概述7.2 7.2 微粒捕集技術(shù)微粒捕集技術(shù)7.3 7.3 氮氧化物后處理凈化技術(shù)氮氧化物后

3、處理凈化技術(shù)7.4 7.4 氧化催化技術(shù)氧化催化技術(shù)7.5 7.5 柴油機(jī)后處理復(fù)合凈化技術(shù)柴油機(jī)后處理復(fù)合凈化技術(shù)第7章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化第第7 7章章 柴油機(jī)后處理凈化技術(shù)柴油機(jī)后處理凈化技術(shù) MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE OF SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY主要內(nèi)容主要內(nèi)容分析柴油機(jī)微粒捕集器的過(guò)分析柴油機(jī)微粒捕集器的過(guò)濾機(jī)理，介紹了常用過(guò)濾材濾機(jī)理，介紹了常用過(guò)濾材料及其再生技術(shù)。還討論料及其再生技術(shù)。還討論NONOX X的選擇性催化還原、選的選擇性催化還原、選擇性非催化還原、吸附催化擇性非

4、催化還原、吸附催化還原以及等離子輔助催化還還原以及等離子輔助催化還原等原等NONOX X的后處理凈化技術(shù)的后處理凈化技術(shù)并介紹柴油機(jī)后處理復(fù)合凈并介紹柴油機(jī)后處理復(fù)合凈化技術(shù)?；夹g(shù)。 MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE OF SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE OF SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY概述概述第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化隨著排放法規(guī)的進(jìn)一步嚴(yán)格，僅僅靠機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)是不夠的，必須同

5、時(shí)采取機(jī)外凈化技術(shù)。必須同時(shí)采取機(jī)外凈化的理由：1.潤(rùn)滑油的消耗只能減少到一定的程度，任何一種發(fā)動(dòng)機(jī)不可能不消耗潤(rùn)滑油。2.機(jī)內(nèi)凈化主要以油氣充分混合為目的，如高壓噴射技術(shù)對(duì)大微粒的減少是以增加細(xì)小微粒數(shù)量為代價(jià)，而細(xì)小微粒對(duì)人體和環(huán)境的危害更大。3.降低微粒與降低NOx之間存在一定的矛盾。柴油轎車(chē)排放限值演變過(guò)程歐歐V排放標(biāo)準(zhǔn)的要求排放標(biāo)準(zhǔn)的要求 柴油機(jī)排氣后處理技術(shù)路線(xiàn)柴油機(jī)排氣后處理技術(shù)路線(xiàn) MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE OF SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY7.2 微粒捕集技術(shù)微粒捕集器微粒捕集器

6、 通過(guò)對(duì)多種捕集柴油機(jī)排氣微粒途徑的研究比較，普遍認(rèn)為可行性較大的方案是采用過(guò)濾材料對(duì)排氣進(jìn)采用過(guò)濾材料對(duì)排氣進(jìn)行過(guò)濾捕集，即微粒捕集器法行過(guò)濾捕集，即微粒捕集器法。柴油機(jī)微粒捕集器（DPF，diesel particulate filter）被公認(rèn)為是柴油機(jī)微粒排放后處理的主要方式。微粒捕集器的關(guān)鍵技術(shù)是過(guò)濾材料的過(guò)濾材料的選擇與過(guò)濾體的再生，其中又以后選擇與過(guò)濾體的再生，其中又以后者尤為重要。者尤為重要。 本節(jié)主要介紹微粒捕集器的過(guò)濾機(jī)理、過(guò)濾體材料及其結(jié)構(gòu)、過(guò)濾體再生等三個(gè)方面的問(wèn)題。柴油機(jī)微粒捕集器 過(guò)濾機(jī)理過(guò)濾機(jī)理第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化通過(guò)對(duì)多種柴油機(jī)排氣微粒捕集途徑的研究比較

7、，宜采用多孔介質(zhì)或纖維過(guò)濾材料對(duì)排氣進(jìn)行過(guò)濾，目前應(yīng)用最多的是壁流式蜂窩陶瓷。一個(gè)好的過(guò)濾體應(yīng)該是過(guò)濾效率高且壓力損失低。 微粒捕集示意圖 微粒捕集過(guò)程按過(guò)濾體結(jié)構(gòu)特征不同分為微粒捕集過(guò)程按過(guò)濾體結(jié)構(gòu)特征不同分為： 表面過(guò)濾型：表面過(guò)濾型：用較密實(shí)的表面過(guò)濾微粒。單位體積表面積大，材料壁薄，過(guò)濾效率高，流動(dòng)阻力小，但過(guò)濾體形狀復(fù)雜，在高溫度下易損壞。 體積過(guò)濾型：體積過(guò)濾型：用比較疏松的過(guò)濾體容納微粒。難以兼顧高效率和低阻力，但結(jié)構(gòu)均勻，不易產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。 捕集器過(guò)濾材料有陶瓷基、金屬基和復(fù)合基三大類(lèi)。 采用不同過(guò)濾材料的微粒捕集器結(jié)構(gòu)可能不同，但過(guò)濾機(jī)理基本一致。過(guò)濾機(jī)理的分類(lèi)過(guò)濾機(jī)理的

8、分類(lèi)第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化擴(kuò)散機(jī)理 在排氣氣流中，微粒由于受到氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的碰撞而作布朗運(yùn)動(dòng)，使微粒的運(yùn)動(dòng)軌跡與流體的流線(xiàn)不一致。初始排氣中的微粒濃度分布是均勻的，布朗運(yùn)動(dòng)不會(huì)引起微粒的宏觀輸運(yùn)，即微粒濃度分布的均勻性不會(huì)發(fā)生改變。但是，當(dāng)流場(chǎng)中出現(xiàn)捕集物后，捕集物對(duì)微粒的運(yùn)動(dòng)起到了匯集的作用，從而造成排氣中微粒分布的濃度梯度，引起微粒的擴(kuò)散輸運(yùn)，使微粒脫離原來(lái)的運(yùn)動(dòng)軌跡向捕集物運(yùn)動(dòng)而被捕集。 第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化微粒沉積的三種機(jī)理1-擴(kuò)散機(jī)理微粒；2-攔截機(jī)理微粒；3-慣性碰撞機(jī)理微粒 擴(kuò)散機(jī)理擴(kuò)散機(jī)理 微粒的尺寸越小，排氣溫度越高，則布朗運(yùn)動(dòng)越劇烈，擴(kuò)散沉積作用越明顯。其擴(kuò)

9、散捕集僅僅發(fā)生在微孔內(nèi)距入口很近的范圍內(nèi)，減小平均微孔徑可以提高微粒的擴(kuò)散沉積效率，但是這會(huì)導(dǎo)致過(guò)濾體壓力損失的上升。由于排氣流速?zèng)Q定了微粒在過(guò)濾體內(nèi)的滯留時(shí)間，排氣流速越小，擴(kuò)散捕集效率越高。第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化不同直徑微粒的擴(kuò)散捕集效率當(dāng)微粒直徑小于1m時(shí)，需要考慮微粒的擴(kuò)散作用，當(dāng)微粒的直徑小于0.1m時(shí)，擴(kuò)散作用已經(jīng)十分顯著。 攔截機(jī)理攔截機(jī)理第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化當(dāng)微粒接近過(guò)濾表面，一旦微粒與過(guò)濾表面的距離小于或等于其半徑，即微粒直徑大于或等于過(guò)濾微孔直徑時(shí)，微粒就被攔截捕集，過(guò)濾體起了篩子的作用，這就是攔截機(jī)理。攔截機(jī)理慣性碰撞機(jī)理與綜合過(guò)濾機(jī)理慣性碰撞機(jī)理與綜合過(guò)濾

10、機(jī)理慣性碰撞機(jī)理一般把微慣性碰撞機(jī)理一般把微粒理想化為只有質(zhì)量而粒理想化為只有質(zhì)量而沒(méi)有體積的質(zhì)點(diǎn)。當(dāng)氣沒(méi)有體積的質(zhì)點(diǎn)。當(dāng)氣流轉(zhuǎn)折時(shí)，微粒仍有足流轉(zhuǎn)折時(shí)，微粒仍有足夠的動(dòng)量按原運(yùn)動(dòng)方向夠的動(dòng)量按原運(yùn)動(dòng)方向繼續(xù)對(duì)著捕集物前進(jìn)而繼續(xù)對(duì)著捕集物前進(jìn)而偏離流線(xiàn)，使一些微粒偏離流線(xiàn)，使一些微粒碰撞到捕集物而被捕集碰撞到捕集物而被捕集分離。由于柴油機(jī)微粒分離。由于柴油機(jī)微粒質(zhì)量太小，其擴(kuò)散作用質(zhì)量太小，其擴(kuò)散作用要強(qiáng)于慣性作用，所以要強(qiáng)于慣性作用，所以過(guò)濾體對(duì)柴油機(jī)微粒的過(guò)濾體對(duì)柴油機(jī)微粒的慣性捕集效率較擴(kuò)散捕慣性捕集效率較擴(kuò)散捕集效率低。集效率低。綜合過(guò)濾機(jī)理認(rèn)為在微粒的過(guò)綜合過(guò)濾機(jī)理認(rèn)為在微粒的過(guò)濾過(guò)

11、程中，擴(kuò)散、攔截和慣性濾過(guò)程中，擴(kuò)散、攔截和慣性碰撞通常是組合在一起同時(shí)起碰撞通常是組合在一起同時(shí)起作用的，但這三種機(jī)理并不是作用的，但這三種機(jī)理并不是完全獨(dú)立的。事實(shí)上，如果擴(kuò)完全獨(dú)立的。事實(shí)上，如果擴(kuò)散、攔截和慣性碰撞三種機(jī)理散、攔截和慣性碰撞三種機(jī)理同時(shí)作用，理論上存在透過(guò)性同時(shí)作用，理論上存在透過(guò)性最大的微粒直徑，若微粒小于最大的微粒直徑，若微粒小于這個(gè)直徑，擴(kuò)散作用占主導(dǎo)，這個(gè)直徑，擴(kuò)散作用占主導(dǎo)，總的捕集效率隨直徑的減小而總的捕集效率隨直徑的減小而增加；若微粒大于這個(gè)直徑，增加；若微粒大于這個(gè)直徑，攔截和慣性碰撞作用占主導(dǎo)，攔截和慣性碰撞作用占主導(dǎo)，總的捕集效率隨直徑的增大而總的捕

12、集效率隨直徑的增大而增加。增加。過(guò)濾體材料及其結(jié)構(gòu)過(guò)濾體材料及其結(jié)構(gòu)第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化壁流式蜂窩陶瓷 陶瓷基過(guò)濾材料陶瓷基過(guò)濾材料 陶瓷基過(guò)濾材料通常由氧化物或碳化物組成，陶瓷基過(guò)濾材料通常由氧化物或碳化物組成，具有多孔結(jié)構(gòu)，在具有多孔結(jié)構(gòu)，在700700以上能保持熱穩(wěn)定，比表以上能保持熱穩(wěn)定，比表面積大于面積大于1m1m2 2/g /g ，主要結(jié)構(gòu)包括，主要結(jié)構(gòu)包括蜂窩陶瓷、泡沫蜂窩陶瓷、泡沫陶瓷及陶瓷纖維氈。陶瓷及陶瓷纖維氈。 第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化壁流式蜂窩陶瓷整體與多空陶瓷微觀結(jié)構(gòu) 進(jìn)氣道 排氣道 過(guò)濾壁面 陶瓷堵封壁流式蜂窩陶瓷壁流式蜂窩陶瓷壁流式蜂窩陶瓷 壁流式蜂窩

13、陶瓷具有多孔結(jié)構(gòu)，相鄰兩個(gè)通道中，一個(gè)通道入口被堵住，另一個(gè)通道出口被堵住。這種結(jié)構(gòu)迫使排氣從入口敞開(kāi)的通道進(jìn)入，穿過(guò)多孔的陶瓷壁面進(jìn)入相鄰的出口敞開(kāi)通道，而微粒就被過(guò)濾在進(jìn)氣道的壁面上，這種微粒捕集器對(duì)微粒的過(guò)濾效率可達(dá)90%以上。 產(chǎn)生的壓力損失主要包括：陶瓷壁面產(chǎn)生的壓力損失、碳煙微粒層產(chǎn)生的壓力損失、進(jìn)排氣道內(nèi)部流動(dòng)摩擦引起的沿程損失和、進(jìn)氣道入口處流動(dòng)面積突然變小產(chǎn)生的局部損失和排氣道出口處由于流動(dòng)面積突然變大產(chǎn)生的局部損失。泡沫陶瓷過(guò)濾材料泡沫陶瓷過(guò)濾材料泡沫陶瓷泡沫陶瓷的顯微結(jié)構(gòu) 泡沫陶瓷與蜂窩陶瓷相比，可塑性大大增強(qiáng)，孔隙率大（80%90%）且孔洞曲折。這種結(jié)構(gòu)可改善反應(yīng)物的混

14、合程度，有利于表面反應(yīng)；它的熱膨脹系數(shù)各向同性，具有更好的熱穩(wěn)定性，因此近些年被用作柴油機(jī)排氣微粒的過(guò)濾材料，但需解決捕集效率較低及煙灰吹除難等問(wèn)題。其工作原理主要是深床過(guò)濾，部分顆粒物滲入多孔結(jié)構(gòu)中，有利于顆粒物與催化劑的接觸。氧化鋯增強(qiáng)的氧化鋁(ZTA)是一種廣泛研究的泡沫陶瓷材料，相對(duì)于堇青石等其它陶瓷材料，ZTA基本上不與催化劑發(fā)生反應(yīng)，因而更可取。陶瓷纖維過(guò)濾材料陶瓷纖維過(guò)濾材料陶瓷纖維氈過(guò)濾體結(jié)構(gòu) 第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化 陶瓷纖維材料不受固定尺寸的限制，給過(guò)濾體的孔形狀和孔分布提供了廣泛的選擇余地，通過(guò)改變各種設(shè)計(jì)參數(shù)可使應(yīng)用效果最佳。陶瓷纖維氈具有高度表面積化的特點(diǎn)，過(guò)濾體

15、內(nèi)纖維表面全是有效過(guò)濾面積，過(guò)濾效率可高達(dá)95%，美國(guó)3M公司生產(chǎn)的微粒捕集器采用該材料，它能承受再生時(shí)的較高溫度。但陶瓷纖維是一種脆性的耐高溫材料，生產(chǎn)工藝較復(fù)雜且易損壞 。陶瓷纖維材料金屬基過(guò)濾材料金屬基過(guò)濾材料第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化金屬在材料的強(qiáng)度、韌性、導(dǎo)熱性等方面有陶瓷無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。鐵鉻鋁（Fe-Cr-Al）是一種耐熱耐蝕高性能合金，具有熱容小、升溫快的特點(diǎn)，有利于排氣微?？焖倨鹑迹铱箼C(jī)械振動(dòng)和高溫沖擊性能好，近年來(lái)受到廣泛重視。 但構(gòu)成金屬蜂窩體的箔片表面平滑，不是多孔材料，過(guò)濾效率較低，在柴油機(jī)微粒捕集器方面應(yīng)用較少。目前研究較多的結(jié)構(gòu)形式主要是泡沫合金、金屬絲網(wǎng)及金屬

16、纖維氈。RYPOS TPAP金屬纖維氈過(guò)濾體結(jié)構(gòu)復(fù)合基過(guò)濾材料復(fù)合基過(guò)濾材料第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化由于陶瓷基過(guò)濾材料與金屬基過(guò)濾材料都有不可避免的缺陷，目前正在研究復(fù)合基增強(qiáng)型過(guò)濾材料，且主要集中在纖維氈結(jié)構(gòu)上。如NHK Spring公司發(fā)明的新型過(guò)濾材料，其過(guò)濾體單元由疊層金屬纖維氈和氧化鋁纖維氈組成。其過(guò)濾效率可達(dá)80%-90%,同時(shí)還能起到消聲的作用。再生技術(shù)再生技術(shù)第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化 微粒捕集器是一種物理性的降低排氣微粒的方法，在過(guò)濾過(guò)程中，微粒會(huì)積存在過(guò)濾器內(nèi)，導(dǎo)致柴油機(jī)排氣背壓增加。當(dāng)排氣背壓達(dá)到20KPa時(shí)，柴油機(jī)工作開(kāi)始明顯惡化，導(dǎo)致動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性等性能降低，必

17、須及時(shí)除去沉積的微粒，才能使微粒捕集器繼續(xù)正常工作。微粒捕集器 再生技術(shù) 除去微粒捕集器內(nèi)沉積的微粒的過(guò)程稱(chēng)為再生，這是微粒捕集器能否在柴油機(jī)上正常使用的關(guān)鍵技術(shù)。實(shí)用化再生技術(shù)應(yīng)滿(mǎn)足以下條件：在微粒捕集器再生過(guò)程的研究中，經(jīng)常要涉及過(guò)濾體中已經(jīng)沉積的微粒質(zhì)量或過(guò)濾體負(fù)載量以及再生效果兩個(gè)概念。（1）能在各種工況下正常工作，具有較高的捕集效率；（2）產(chǎn)生的排氣背壓低，對(duì)柴油機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性等性能的影響??；（3）不應(yīng)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染；（4）具有良好的可靠性和耐久性；（5）有較強(qiáng)的再生能力和較高的再生效率，再生控制操作方便；（6）性?xún)r(jià)比高。過(guò)濾體負(fù)載量過(guò)濾體負(fù)載量第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化pp

18、1 1 沉積或負(fù)載微粒后的排氣背壓；沉積或負(fù)載微粒后的排氣背壓； ppe e 潔凈的捕集器在同一工況下的排氣背壓。潔凈的捕集器在同一工況下的排氣背壓。 1/eMpp 過(guò)濾體負(fù)載量用無(wú)量綱的負(fù)載參數(shù)過(guò)濾體負(fù)載量用無(wú)量綱的負(fù)載參數(shù)M M表征表征 再生效率再生效率 再生效果用無(wú)量綱的再生效率再生效果用無(wú)量綱的再生效率r r表征表征： 11()/()rrepppp 第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化ppr r捕集器再生后的排氣背壓。捕集器再生后的排氣背壓。 一般微粒捕集器允許最大負(fù)載參數(shù)一般微粒捕集器允許最大負(fù)載參數(shù)Mmax35，要求再生效率要求再生效率r 70%80%。 再生系統(tǒng)再生系統(tǒng)第七章 車(chē)用柴油機(jī)

19、后處理凈化根據(jù)原理和再生能量來(lái)源的不同根據(jù)原理和再生能量來(lái)源的不同主動(dòng)再生系統(tǒng)是通主動(dòng)再生系統(tǒng)是通過(guò)外加能量將氣流過(guò)外加能量將氣流溫度提高到微粒的溫度提高到微粒的起燃溫度使捕集的起燃溫度使捕集的微粒燃燒，達(dá)到再微粒燃燒，達(dá)到再生過(guò)濾的目的。生過(guò)濾的目的。被動(dòng)再生系統(tǒng)利用柴油機(jī)排氣自身的能量使微粒燃燒，達(dá)到在生微粒捕集的效果。主動(dòng)主動(dòng)再生再生系統(tǒng)系統(tǒng)噴油噴油助燃助燃再生再生系統(tǒng)系統(tǒng)電加電加熱再熱再生系生系統(tǒng)統(tǒng)微波微波加熱加熱再生再生系統(tǒng)系統(tǒng)紅外紅外加熱加熱再生再生系統(tǒng)系統(tǒng)反吹反吹再生再生系統(tǒng)系統(tǒng)主動(dòng)再生系統(tǒng)主動(dòng)再生系統(tǒng) 噴油助燃再生是國(guó)內(nèi)外研究和應(yīng)用較多的一種主動(dòng)再生方法，按照其實(shí)現(xiàn)方式的不同基

20、本上可以分為以下三種：燃燒器噴油助燃再生、DOC 上游排氣管內(nèi)二次燃油噴射 SFI(Secondary Fuel Injection)再生、缸內(nèi)燃油后噴 PI(Post Injection)再生。噴油助燃再生系統(tǒng)噴油助燃再生系統(tǒng)燃燒器噴油助燃再生燃燒器噴油助燃再生第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化用丙烷或柴油作為燃料、用電點(diǎn)火的燃燒器來(lái)引發(fā)微粒捕集器的再生。已沉積在過(guò)濾體中的微粒的燃燒必須進(jìn)行得盡可能迅速和完全，但不能使陶瓷過(guò)濾體過(guò)熱而碎裂或熔融。這就要求在燃料流量、助燃?xì)饬髁髁亢脱鯘舛?、燃燒器工作時(shí)間與已沉積的微粒質(zhì)量之間進(jìn)行優(yōu)化匹配。 燃燒器噴出的火焰溫度應(yīng)盡可能均勻，平均溫度至少在700800

21、，以便可靠點(diǎn)燃微粒。再生周期取決于微粒沉積速度。 帶再生燃燒器的微粒捕集器帶再生燃燒器的微粒捕集器帶再生燃燒器的微粒捕集帶再生燃燒器的微粒捕集器串連在排氣管中，結(jié)構(gòu)器串連在排氣管中，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，如圖簡(jiǎn)單，如圖 (a)(a)所示。所示。如在過(guò)濾體前設(shè)置一旁如在過(guò)濾體前設(shè)置一旁通排氣管，如圖通排氣管，如圖 (b)(b)所所示。示。 在柴油機(jī)排氣系統(tǒng)中安在柴油機(jī)排氣系統(tǒng)中安裝兩套微粒捕集器，如裝兩套微粒捕集器，如圖圖(c)(c)所示所示。DPF在排氣系統(tǒng)中的布置DOC 上游排氣管內(nèi)二次燃油噴射 該再生系統(tǒng)在 DOC 上游噴入一定量的燃油，利用燃油在 DOC 內(nèi)的氧化放熱提高排氣溫度實(shí)現(xiàn) DPF 主動(dòng)再

22、生。缸內(nèi)燃油后噴再生 缸內(nèi)燃油后噴 PI 再生，該再生系統(tǒng)不需要采用任何額外的噴油設(shè)備，利用發(fā)動(dòng)機(jī)原有的高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃油噴射的柔性控制。日本日野汽車(chē)的 DPR(Diesel Particulate Active Reductions System)系統(tǒng)已成功的實(shí)現(xiàn)了缸內(nèi)燃油后噴再生，并已投入生產(chǎn)。如圖 所示，該系統(tǒng)主要包括電控單元 ECU、共軌燃油噴射系統(tǒng)、DOC 以及 CDPF。電加熱再生系統(tǒng)電加熱再生系統(tǒng)第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化電加熱再生系統(tǒng)的功率一般在36kW之間，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便、安全可靠，但再生時(shí)熱量利用率和再生速率低，消耗能量較多。 蜂窩陶瓷再生加熱電阻絲結(jié)構(gòu)

23、1-回形電阻絲；2-螺旋形電阻絲在微粒捕集器工作一段時(shí)間后，采用電熱絲或其它電加熱方法，周期性的對(duì)微粒捕集器加熱使微粒燃燒。微波加熱再生系統(tǒng)微波加熱再生系統(tǒng)第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化 利用微波獨(dú)具的選擇加熱及體積加熱特性來(lái)再生微粒捕集器。微?？梢砸?0%70%的能量效率吸收頻率為210GHz的微波，由于陶瓷的損耗系數(shù)很低，所以微波并不會(huì)加熱陶瓷過(guò)濾體。再生過(guò)程中過(guò)濾體內(nèi)部溫度梯度小，再生過(guò)程易于控制。微波再生效率高，沒(méi)有二次污染。 紅外加熱再生系統(tǒng)紅外加熱再生系統(tǒng)第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化在柴油機(jī)微粒捕集器的再生過(guò)程中，加熱器的輻射能量主要集中在紅外波段。在紅外再生過(guò)程中，首先由加熱器加熱

24、具有較強(qiáng)輻射能力的紅外涂層，再由紅外涂層通過(guò)輻射方式加熱過(guò)濾器中捕捉到的微粒物。反吹再生系統(tǒng)反吹再生系統(tǒng) 反吹再生過(guò)程的最大特點(diǎn)是能將過(guò)濾體與微粒燃燒分開(kāi)，因此該系統(tǒng)不存在過(guò)濾體由于與微粒燃燒而產(chǎn)生破裂和燒熔等問(wèn)題，也解決了不燃物質(zhì)在過(guò)濾器內(nèi)累積的問(wèn)題。 當(dāng)過(guò)濾體需要再生時(shí)，高壓氣流從需要再生的微粒捕集器的排氣出口端高速?lài)娙?，逆向流?dòng)的氣流將微粒從過(guò)濾體表面清除并落入微粒漏斗。收集在漏斗里的微粒由漏斗內(nèi)的電加熱器燃燒。被動(dòng)再生系統(tǒng)被動(dòng)再生系統(tǒng)大負(fù)荷再生大負(fù)荷再生第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化 柴油機(jī)的排氣溫度是隨其工況變化而變化的。在高速大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，排氣溫度可以達(dá)到500以上，在此溫度下，沉積

25、在過(guò)濾器內(nèi)的微?？梢宰孕腥紵?，從而達(dá)到過(guò)濾器再生的目的。 然而車(chē)用柴油機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中很少在這樣的工況下工作，尤其是在城市運(yùn)行的汽車(chē)，基本上以低速運(yùn)行，柴油機(jī)的平均排氣溫度更低。因此，大負(fù)荷再生技術(shù)對(duì)某些應(yīng)用場(chǎng)合，尤其是車(chē)用是不合適的。排氣節(jié)流再生排氣節(jié)流再生節(jié)流再生是出現(xiàn)較早的技術(shù)，也叫強(qiáng)制再生，它實(shí)際上是通過(guò)某種節(jié)流方法控制柴油機(jī)的進(jìn)氣量，即進(jìn)氣節(jié)流或排氣節(jié)流，以提高排氣溫度，使過(guò)濾體中的微粒著火燃燒。節(jié)流技術(shù)拓寬了過(guò)濾體利用排氣進(jìn)行再生的工況范圍，再生時(shí)機(jī)也可進(jìn)行控制。 催化再生催化再生 在過(guò)濾體的表面浸漬催化劑，催化器與捕集器是在過(guò)濾體的表面浸漬催化劑，催化器與捕集器是同一整體。使用過(guò)程

26、中鉑作為催化劑，當(dāng)排氣溫度達(dá)同一整體。使用過(guò)程中鉑作為催化劑，當(dāng)排氣溫度達(dá)到到400左右微粒開(kāi)始氧化。左右微粒開(kāi)始氧化。催化再生器催化再生催化再生第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化22NOONONOCNOCO反應(yīng)方程式反應(yīng)方程式燃油添加劑再生燃油添加劑再生 第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化在燃油中加入金屬催化劑（如金屬鈰Ce)，添加劑與燃油一起在氣缸內(nèi)參與燃燒，燃燒后生成的金屬氧化物對(duì)微粒起催化作用，降低微粒起燃溫度，從而在較低的排氣溫度下不需外部能源，過(guò)濾體能自行再生。 復(fù)合再生系統(tǒng) 圖為采用進(jìn)氣節(jié)流和燃油添加劑的再生系統(tǒng)。如圖所示，這一系統(tǒng)首先利用 FBC 使 PM 的起燃溫度由 600降至 300

27、，從而滿(mǎn)足大部分運(yùn)行工況下的再生需要。但當(dāng)車(chē)輛在較低負(fù)荷下運(yùn)行或者按城市驅(qū)動(dòng)循環(huán)工作時(shí)排氣溫度僅為 150200，此時(shí)可配合采用進(jìn)氣節(jié)流，降低過(guò)量空氣系數(shù)，提高排氣溫度以實(shí)現(xiàn)再生。其他微粒捕集技術(shù) 1.等離子凈化技術(shù) 柴油機(jī)排氣中的有害成分經(jīng)過(guò)等離子反應(yīng)器，發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，其中NO很容易被氧化成NO2，NO2的強(qiáng)氧化性能在柴油機(jī)正常排氣溫度下將微粒氧化。此外，通過(guò)添加劑或催化劑等方式可提高微粒凈化的效率，降低能耗。 2.靜電分離技術(shù) 利用靜電力吸附排氣中的懸浮微粒，從而達(dá)到捕集微粒的目的。該技術(shù)具有捕集率高，阻力小，捕集粒徑范圍寬，能耗低以及能在高溫高壓下連續(xù)工作等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)除塵中應(yīng)用較

28、廣，技術(shù)成熟。 在排氣通道中建立高壓強(qiáng)電場(chǎng)，排氣流過(guò)電場(chǎng)時(shí)，帶電粒子分別被異性電極吸附，達(dá)到微粒凈化的目的。其他微粒捕集技術(shù) 3.溶液清洗技術(shù) 讓排氣通過(guò)水或油來(lái)清洗微粒。這種方法簡(jiǎn)單，適合固定的排氣設(shè)備。 4. 離心分離技術(shù)將排氣引入旋風(fēng)分離器中，利用微粒離心力，將微粒從氣流中分離出來(lái)。由于柴油機(jī)微粒很小，直徑大多在1 以下，離心分離技術(shù)只能分離微粒的5%10%，效果較差，但這種方法可與其他方法一起使用。 5.袋式過(guò)濾技術(shù) 是一種利用纖維作為過(guò)濾介質(zhì)，在排氣中的微粒過(guò)濾凈化設(shè)備。濾布做成袋型，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低、過(guò)濾效率高，對(duì)半徑大于0.1 的微粒，過(guò)濾效率達(dá)90%以上。mm ME

29、CHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE OF SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY7.3 氮氧化物后處理凈化技術(shù)NOx NOx 機(jī)外凈化技術(shù)機(jī)外凈化技術(shù)第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化NOxNOx的機(jī)外凈化技術(shù)主要是催化轉(zhuǎn)化技術(shù)，主要包的機(jī)外凈化技術(shù)主要是催化轉(zhuǎn)化技術(shù)，主要包括：括：NOx凈化器NONOX X選擇性催化還原選擇性催化還原 第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化 選擇性催化還原也叫SCR（Selective Catalytic Reduction）方法，SCR轉(zhuǎn)化器的催化作用具有很強(qiáng)的選擇性：NOX的還原反應(yīng)被加速，還原劑

30、的氧化反應(yīng)則受到抑制。還原劑可用各種氨類(lèi)物質(zhì)或各種HC。這種系統(tǒng)的工作溫度范圍為250500。 NONOX X選擇性催化還原選擇性催化還原SCRSCR系統(tǒng)系統(tǒng)第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化2222445242NOHCONCOH O以氨水作為還原劑的SCR系統(tǒng)，可以降低柴油機(jī)NOX排放95%以上，但柴油機(jī)需要一套復(fù)雜的控制還原劑噴射量的系統(tǒng)。以尿素作為還原劑的SCR系統(tǒng)，已在發(fā)電廠(chǎng)和固定式柴油機(jī)上得到應(yīng)用。對(duì)于轎車(chē)柴油機(jī)來(lái)說(shuō)，從使用的方便性出發(fā)，希望可用燃油中的HC作為還原劑，有如下反應(yīng)式： 22232()2NHCOH ONHCOOHNNONONH2223322快速SCR反應(yīng)：OHNONONH22

31、236444標(biāo)準(zhǔn)SCR反應(yīng)：NONOX X選擇性催化還原選擇性催化還原第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化 與其它催化方法一樣，使用SCR降低NOX要求柴油 含 硫 量 越 低 越 好 。 因 為 硫 會(huì) 通 過(guò)SSO2SO3NH4HSO4或者(NH4)2SO4的途徑生成硫酸銨或硫酸氫銨，它們沉積在催化劑表面上會(huì)使其失活。 NOX選擇性催化還原器 SCRNONOX X吸附催化還原吸附催化還原第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化吸附催化還原是基于發(fā)動(dòng)機(jī)周期性稀燃和富燃工作的一種NOX凈化技術(shù)，吸附器是一個(gè)臨時(shí)存儲(chǔ)NOX的裝置，具有NOX吸附能力的物質(zhì)有貴金屬和堿金屬（或堿土金屬）的混合物。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)處于

32、稀燃階段，排氣處于富氧狀態(tài)，NOX被吸附劑以硝酸鹽（ MNO3，M表示堿金屬）的形式存儲(chǔ)起來(lái)： 22230.5NOONONOMOMNO再生方法再生方法第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化當(dāng)吸附達(dá)到飽和時(shí)，也需要再生吸附器使其能夠繼續(xù)正常工作，吸附器的再生可通過(guò)柴油機(jī)周期性的稀燃和富燃工況進(jìn)行，也可通過(guò)人為調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況，使其產(chǎn)生富燃條件，使硝酸鹽分解釋放出NOX，NOX再與HC和CO在貴金屬催化器下被還原為N2。 222(20.5 )(0.25 )0.5chch NOC Hch NhH OcCO220.5NOCONCO富氧狀況下富氧狀況下NONOX X吸附催化原理吸附催化原理 第七章 車(chē)用柴油機(jī)

33、后處理凈化富氧狀況下NOX吸附催化原理 以含堿金屬鋇（Ba）作為吸附劑為例，在富氧狀況下，Pt催化劑使NO氧化成NO2，NO2進(jìn)一步與吸附劑中的鋇生成硝酸鋇而被捕集。富燃狀況下富燃狀況下NONOX X吸附催化原理吸附催化原理 第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化 在富燃狀況下，硝酸鋇又分解并釋放出NOX，NOX再與HC和CO反應(yīng)被還原成N2。在貧燃或富燃交替變換的環(huán)境下，堿金屬鋇分別以硝酸鋇、氧化鋇或碳酸鋇的形態(tài)存在，起著吸附及釋放NOX的作用。富燃狀況下NOx吸附催化原理 NONOX X的選擇性非催化還原的選擇性非催化還原選擇性非催化還原也稱(chēng)為選擇性非催化還原也稱(chēng)為SNCR（Selective No

34、n Catalytic Reduction），它的原理是在高溫排氣中），它的原理是在高溫排氣中加入加入NH3作為還原劑，與作為還原劑，與NOX反應(yīng)后生成反應(yīng)后生成N2和和H2O，其總量反應(yīng)式為：其總量反應(yīng)式為： 第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化SNCR方法的優(yōu)點(diǎn)是可以省去價(jià)格昂貴的催化劑。選擇壓縮上止點(diǎn)后60A左右的時(shí)刻向柴油機(jī)缸內(nèi)噴射氨水，可以明顯降低NOx的效果。 322232224446223NONHONH ONONHNONH O等離子輔助催化還原等離子輔助催化還原 第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化 等離子技術(shù)是指由電子、離子、自由基和中性粒子等組成的導(dǎo)電性流體，整體保持電中性。離子、激發(fā)態(tài)分子

35、、原子和自由基等都是化學(xué)活性極強(qiáng)的物種，首先利用這些活性物種把NO和HC氧化為NO2和部分氧化的高選擇性含氧CH類(lèi)還原劑，然后再在催化劑作用下促使新產(chǎn)生的高選擇性活性物種還原NO2，生成無(wú)害的N2。等離子輔助催化還原NOX二級(jí)系統(tǒng) 等離子輔助催化還原反應(yīng)方程式等離子輔助催化還原反應(yīng)方程式反應(yīng)方程式如下反應(yīng)方程式如下：第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化222222)CxHyONOxCxHyOONCOH O222NOx的活性增強(qiáng)：NONO第一階段：等離子HC的活性增強(qiáng)：CxHy+O在催化劑作用下選擇性催化還原第二階段：催化劑NOx(NO或NO等離子體輔助催化的主要作用與優(yōu)點(diǎn)第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化

36、等離子輔助催化還原器工作示意圖 1. 等離子體氧化過(guò)程是部分氧化。2. 等離子體氧化是有選擇性的。 3. 等離子體可以改變NOX的組成，即先將N氧化為NO2，再利用一種新型催化劑將NO2還原為N2 。用低溫等離子體技術(shù)處理柴油機(jī)排放時(shí)，可減少NOX、PM、HC的排放。另一優(yōu)點(diǎn)是對(duì)燃料含硫量幾乎沒(méi)有要求，可在相對(duì)低的溫度下運(yùn)行。7.4 氧化催化技術(shù) MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE OF SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY柴油氧化型催化器 由于柴油機(jī)排氣含氧量較高，可用氧化催氧化催化 轉(zhuǎn) 化 器化 轉(zhuǎn) 化 器 （

37、 O C C ， oxidization catalytic converter）進(jìn)行處理，消耗微粒中的可溶性有機(jī)成分SOF來(lái)降低微粒排放，同時(shí)也降低HC和CO的排放。氧化催化轉(zhuǎn)化器氧化催化轉(zhuǎn)化器 氧化催化轉(zhuǎn)化器 氧化催化轉(zhuǎn)化器采用沉積在面容比很大的載體表面上的催化劑作為觸媒元件，使排氣中的部分或大部分HC和CO與排氣中殘留的O2化合，生成無(wú)害的CO2和H2O。氧化催化劑可以氧化微粒中SOF的 大 部 分 （ S O F 可 下 降40%90%），降低微粒排放，也可使柴油機(jī)的CO排放降低30%左右，HC排放降低50%左右。 催化劑表面活性催化劑表面活性第七章 車(chē)用柴油機(jī)后處理凈化 催化劑的表面活性作用是利用排氣熱量激發(fā)的。從右圖可以看出，當(dāng)排氣溫度低于150時(shí)，催化劑基本上不起作用。隨著負(fù)荷增加，排氣溫度升高，CO和HC凈化率也增加，同時(shí)由于SOF被氧化，使微粒排放下降。當(dāng)排氣溫度高于350后，由于硫酸鹽大量生成，反而使微粒排放增加。所以，柴油機(jī)氧化催化器的最佳工作溫度范圍是200350。柴油機(jī)使用氧化催化轉(zhuǎn)化器時(shí)排氣溫度對(duì)微粒排放量的影響顆粒氧化型催化器7.5 柴油機(jī)后處理復(fù)合凈化技術(shù) MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE OF