畢業(yè)論文-關(guān)于降低船舶柴油機NOX排放控制措施的探討

1、大連海事大學(xué)裝訂線畢業(yè)論文二一一年六月關(guān)于降低船舶柴油機NOX排放控制措施的探討專業(yè)班級：輪機管理2007級1班姓 名： 指導(dǎo)教師： 輪機工程學(xué)院摘 要降低柴油機氮氧化物排放根據(jù)所采取的控制措施與柴油機工作過程的關(guān)系可分為機前處理、機內(nèi)處理和機后處理三大類。其中，機前處理包括燃油乳化和采用替代燃料如醇類燃料和LNG等；機內(nèi)處理包括推遲噴油、稀薄燃燒、噴油器改進、高壓噴射、直接噴水、進氣加濕、蒸汽噴射和廢氣再循環(huán)（EGR）；機后處理包括選擇性催化還原（SCR）。本位著重介紹了廢氣再循環(huán)和選擇性催化還原技術(shù)。選擇性催化還原又稱選擇性催化轉(zhuǎn)化，是目前大幅度降低NOX排放的最有效方法，其工作原理是使廢

2、氣中NOX在300-400OC的溫度下，以氨或尿素作為還原劑，在SCR反應(yīng)器中將廢氣中的NOX還原為N2,來達到減少NOX排放的目的。廢氣再循環(huán)（EGR）控制系統(tǒng)的作用就是將一部分排氣引入進氣系統(tǒng)和混合氣一起再進入氣缸中燃燒。由于廢氣的摻入，能有效地抑制燃燒溫度的升高，而且由于惰性氣體的增加，是著火延遲期變長，燃燒速度減緩，燃燒溫度下降，因而可以有效地抑制NOX的產(chǎn)生。關(guān)鍵詞：氮氧化物；排放；廢氣再循環(huán)；選擇性催化還原AbstractThe control methods of NOx emission include: Water emulsification, High-pressure

3、injection, Direct Water Injection(DWI), Scavenge Air Moisturising(SAM), Steam Injection, Exhaust Gas Re-circulation(EGR) and Selective Catalytic Reduction(SCR).With the Selective Catalytic Reduction(SCR) technique ,the exhaust gas is mixed with ammonia NH3 or urea(as NH3 carrier ) before passing thr

4、ough a layer of a special catalyst at a temperature between 300 and 400OC,whereby NOx is reduced to N2 and H2O.For Exhaust Gas Re-circulation(EGR) system, the NOx reducing effect is achieved by reducing the local maximum temperature in the combustion chamber, and by reducing the concentration of oxy

5、gen , adding inert media with a high specific heat capacity, i.e. exhaust gas CO2 and water vapour.Keywords: NOx emission, SAM, EGR, SCR, DWI目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc295666414 第1章 緒論 PAGEREF _Toc295666414 h 1 HYPERLINK l _Toc295666415 1.1 船舶柴油機的排放與危害 PAGEREF _Toc295666415 h 1 HYPERLINK l

6、_Toc295666416 1.1.1柴油機排氣污染物的主要成分 PAGEREF _Toc295666416 h 1 HYPERLINK l _Toc295666417 1.1.2氮氧化物（NOx）的害 PAGEREF _Toc295666417 h 2 HYPERLINK l _Toc295666418 1.1.3氮氧化物（NOx）的理 PAGEREF _Toc295666418 h 2 HYPERLINK l _Toc295666419 1.2 控制船舶柴油機排放的有關(guān)法規(guī) PAGEREF _Toc295666419 h 3 HYPERLINK l _Toc295666420 1.2.1國

7、際海事組織(IMO)關(guān)于NOx限制的有關(guān)規(guī)定 PAGEREF _Toc295666420 h 3 HYPERLINK l _Toc295666421 1.2.2排放法規(guī)的實施對船舶柴油機動力裝置的影響 PAGEREF _Toc295666421 h 4 HYPERLINK l _Toc295666422 第2章 控制柴油機氮氧化物排放的措施 PAGEREF _Toc295666422 h 5 HYPERLINK l _Toc295666423 2.1選擇性催化還原（SCR） PAGEREF _Toc295666423 h 5 HYPERLINK l _Toc295666424 2.1.1選擇性

8、催化還原系統(tǒng)組成 PAGEREF _Toc295666424 h 6 HYPERLINK l _Toc295666425 2.1.2選擇性催化還原系統(tǒng)工作原理 PAGEREF _Toc295666425 h 7 HYPERLINK l _Toc295666426 2.1.3選擇性催化還原反應(yīng)器在二沖程和四沖程柴油機系統(tǒng)中的位置 PAGEREF _Toc295666426 h 7 HYPERLINK l _Toc295666427 2.1.4選擇性催化還原系統(tǒng)的自動控制 PAGEREF _Toc295666427 h 7 HYPERLINK l _Toc295666428 2.2 廢氣再循環(huán)（E

9、GR）技術(shù) PAGEREF _Toc295666428 h 9 HYPERLINK l _Toc295666429 2.2.1廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的工作原理 PAGEREF _Toc295666429 h 9 HYPERLINK l _Toc295666430 2.2.2廢氣再循環(huán)系統(tǒng)在柴油機上的測試結(jié)果 PAGEREF _Toc295666430 h 10 HYPERLINK l _Toc295666431 2.2.3除塵刷清潔廢氣 PAGEREF _Toc295666431 h 10 HYPERLINK l _Toc295666432 2.3小結(jié) PAGEREF _Toc295666432 h

10、11 HYPERLINK l _Toc295666433 參考文獻 PAGEREF _Toc295666433 h 13 HYPERLINK l _Toc295666434 致謝 PAGEREF _Toc295666434 h 14 PAGE 14關(guān)于降低船舶柴油機NOX排放控制措施的探討第1章 緒論由于現(xiàn)代工業(yè)不斷發(fā)展，對大氣的污染日益嚴(yán)重，使人類的生存環(huán)境日趨惡化。排氣污染物對大氣環(huán)境的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：(1)煙霧；(2)酸雨；(3)臭氧層減薄；(4)溫室效應(yīng)。但隨著人類環(huán)境意識的增強，各種環(huán)保法規(guī)陸續(xù)出臺，對排放控制的要求也日益嚴(yán)格。以內(nèi)燃機為主要動力的交通運輸業(yè)所產(chǎn)生的CO2

11、排放量占整個世界CO2排放量的14%，成為當(dāng)今世界的主要大氣污染源之一。船舶承擔(dān)著97%的世界貿(mào)易運輸量,消耗世界能源的3%，其主要的動力裝置船舶柴油機的排放數(shù)量也是非常巨大的。據(jù)統(tǒng)計船舶柴油機的NOx排放約占全球NOx排放的7%，SOx排放約占全球SOx排放的4%。隨著海上運輸業(yè)的發(fā)展，船舶保有量的增加，船舶造成的大氣污染也日益嚴(yán)重，對船舶柴油機的排放控制也勢在必行。1.1 船舶柴油機的排放與危害柴油機燃用碳氫化合物燃料完全燃燒時，如果不考慮燃料中的雜質(zhì)，將只會產(chǎn)生水蒸氣(H2O)和二氧化碳(CO2)。水在地球上大量存在，柴油機排出的水分不會對地球水循環(huán)構(gòu)成重大影響。二氧化碳過去并不認(rèn)為它是

12、一種污染物，但因為化石燃料的大量使用，使地球的碳循環(huán)失衡，加劇了“溫室效應(yīng)”，引起了全人類的廣泛關(guān)注。根據(jù)柴油機燃燒的特點，我們知道，燃料在柴油機中的混合和燃燒是在極短時間內(nèi)完成的。燃料與空氣混合的不均勻程度比較嚴(yán)重，因此燃料不可能完全燃燒，在柴油機的排氣中會現(xiàn)一些不完全燃燒產(chǎn)物。如在高溫缺氧環(huán)境下燃油易發(fā)生裂解、脫氫生成炭煙粒子，發(fā)生不完全燃燒時生成一氧化碳（CO）,在低溫及混合氣過稀的條件下易生成未燃碳氫化合物（HC）。而在高溫環(huán)境下會使空氣中的氮在高溫下氧化生成各種氮的氧化合物，一般用NOx表示。此外，燃油中含有的硫可使柴油機燃燒過程中生成硫氧化物(SOx)。1.1.1柴油機排氣污染物的

13、主要成分柴油機排出的廢氣是由燃燒產(chǎn)物與剩余空氣組成的。主要包括水蒸氣(H2O)、過量氧氣(O2)、殘余氮氣(N2)、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、碳氫化合物(HC)、硫氧化物(SOx)和顆粒等。船用低速柴油機上述排氣成分的組成如表1所示。表1 低速柴油機排氣組成其中水蒸氣(H2O)、過量氧氣(O2)、殘余氮氣(N2)屬無害成分，不會給人類及環(huán)境帶來任何不良影響。二氧化碳(CO2)雖然不會對人類和環(huán)境產(chǎn)生直接危害，但由于CO2的大量聚積會形成地球氣候的溫室效應(yīng)，也需要加以控制。二氧化碳（CO2）、水(H2O)、氮氣(N2)、氧氣(O2)占到排氣體積總量的99. 8%。

14、對大氣環(huán)境和人類健康影響很大且已被各國排放法規(guī)限制的柴油機排放物是一氧化碳（CO）、氮氧化物(NOx)、碳氫化合物(HC)、硫氧化物(SOx)和顆粒等，這些物質(zhì)雖然只占排氣體積總量的0.2%，卻能對環(huán)境和人體造成巨大的危害。我國有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)把廢氣中有害成分及CO2和炭煙等統(tǒng)稱排放物，簡稱排放。 本文將著力介紹控制氮氧化物（NOx）排放的措施。1.1.2氮氧化物（NOx）的危害柴油機排氣中的氮氧化物絕大部分是NO，少量是NO2。NO是無色氣體，本身毒性不大，但在大氣中會緩慢氧化成NO2。NO2是一種棕色的刺激性氣體，對肺和心肌有很強的毒害作用。NOx是在地面附近形成光化學(xué)煙霧的主要因素之一。1.1.

15、3氮氧化物（NOx）的生成機理柴油機排氣中的氮氧化物NOx是指各種氮氧化物的總稱，其中包括NO、NO2、NO3、N2O、N2O3、N2O4、N2O5等。在柴油機中，燃料經(jīng)燃燒后從排氣管排出的氮氧化物中有90%95%是NO，NO2有少量存在，其他成分則可以忽略不計。從發(fā)動機排出的NO與大氣中的氧氣相遇后將進一步氧化為NO2。對柴油機來說要控制的氮氧化物主要是NO的排放量，而對人類直接造成危害的成分是NO2。NOx( NO +NO2)的生成來源有兩方面：其主要來源是參與燃燒的空氣中的氮氣(N2)，另一方面，在燃料中也可能存在微量的氮化物。前者產(chǎn)生的氮氧化物稱為“熱氮氧化物”（Thermal NOx

16、），后者稱為“燃料氮氧化物”（Fuel NOx）。由于柴油機燃油僅含微量氮，形成的NOx很少，不足以產(chǎn)生顯著的NOx排放。柴油機排氣中的NOx主要是由空氣中的氮在高溫環(huán)境下氧化生成的，即“熱氮氧化物”。由空氣中的氮和氧在高溫燃燒過程中進行反應(yīng)而生成的熱氮氧化物，因其形成的機理非常復(fù)雜，目前己被廣泛接受的理論稱為采爾道維奇( Zeldovich)原理。NO的生成反應(yīng)可用以下化學(xué)方程式表示：O2=2OO+N2 =NO+NN+ON+OH=NO+氧氣在高溫分解時產(chǎn)生單氧原子(O)分子狀態(tài)的氮(N2)與原子狀態(tài)的氧碰撞，或氧分子與氮原子碰撞均可生成NO。NO的生成隨溫度的提高而呈指數(shù)函數(shù)急劇增加。當(dāng)溫度

17、低于1 800 K時，NO的生成速率極低；到2 000 K就達到了很高的速率。大致可以認(rèn)為溫度每提高100 K，NO的生成速率幾乎翻一番；氧濃度提高也使NO生成量增加，由于NO的生成反應(yīng)比燃料的燃燒反應(yīng)慢，所以只有很少一部分NO產(chǎn)生于很薄的火焰反應(yīng)帶中，大部分NO在火焰離開后的已燃氣體中生成；如果反應(yīng)物在高溫環(huán)境停留時間不足，則NO達不到平衡含量，使NO排放減少。因此，柴油機燃燒過程中決定NOx生成率大小的三個主要因素是：高溫、富氧和氮與氧在高溫下停留的時間的長短。燃燒室內(nèi)溫度升高，氧氣濃度增加，燃氣在高溫區(qū)停留時間增長，均可使NO增加。如果參與預(yù)混燃燒的燃油量多，將因其較高的燃燒溫度和較長的

18、焰后反應(yīng)時間使NO生成量增加。所以直噴式柴油機生成的NO濃度也明顯大于分開式燃燒室。1.2 控制船舶柴油機排放的有關(guān)法規(guī)20世紀(jì)70年代以來，由于環(huán)境污染的日益嚴(yán)重和人們對環(huán)境狀況的日益關(guān)注，內(nèi)燃機有害排放物對大氣造成的危害受到了人們的高度重視。各國際組織及世界各國和地區(qū)相繼以法規(guī)的形式對內(nèi)燃機排放物加以強制性限制。為限制和控制船舶向大氣排放有害物質(zhì)，國際海事組織( IMO) 1997年召開締約國大會，會議形成大會決議。通過了修訂73/78國際防止船舶造成污染公約（MARPOL公約）的1997年議定書。該議定書新增了73/78國際防止船舶造成污染公約附則“防止船舶造成空氣污染規(guī)則”。1.2.1

19、國際海事組織(IMO)關(guān)于NOx限制的有關(guān)規(guī)定“防止船舶造成空氣污染規(guī)則”的第13條中規(guī)定了關(guān)于NOx排放的限制值，如圖1所示。圖 1 船用柴油機最大NOx排放量該規(guī)則適用于每一臺安裝在2001年1月1日或以后建造的船舶、輸出功率大于130 kW的柴油機，以及每一臺安裝在2001年1月1日或以后經(jīng)重大改裝的船舶、輸出功率大于130KW的柴油機。氮氧化物排放量的最高限制線，分別由三部分組成，NOx17 g/(kWh)n 130r/minNOx45.0n-0.2g/ g/(kWr/min n 2000 r/minNOx9.8 g/(kW n2000 r/min 這里的“重大改裝”系指下述三種情況之

20、一：（1）將柴油機換成2001年1月1日或以后制造的新柴油機；（2）柴油機的最大持續(xù)額定功率增加超過10%；（3）影響柴油機廢氣排放以至超出附則規(guī)定的排放限制值的任何實質(zhì)性改裝。該項決議已于2005年5月19日生效。1.2.2排放法規(guī)的實施對船舶柴油機動力裝置的影響隨著排放法規(guī)的實施以及排放法規(guī)的逐步嚴(yán)格，將對柴油機的研制開發(fā)、制造及使用產(chǎn)生巨大的影響，甚至在某種程度上引導(dǎo)著柴油機的發(fā)展方向。影響氮氧化物(NOx)生成的主要因素是柴油機氣缸中的燃燒過程，它和柴油機的結(jié)構(gòu)、工作過程參數(shù)、運行工況、各輔助設(shè)備和系統(tǒng)的工作質(zhì)量都有關(guān)系。降低氯氧化物(NOx)排放的方法主要是機內(nèi)處理和機后凈化。機內(nèi)處

21、理方法的關(guān)鍵是有效的控制燃燒過程，目前的主要途徑是開發(fā)低排放的直噴式燃燒室，以同時滿足排放標(biāo)準(zhǔn)和提高柴油機的熱效率，另外，推遲噴射、廢氣再循環(huán)（EGR）以及缸內(nèi)噴水等方法也能達到目前規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，但會使柴油機的熱效率下降，運行經(jīng)濟性變差。采用機后處理方法雖然不會影響柴油機的熱效率，但設(shè)備的增加必然引起船舶初造價的提高和船員維護管理工作的增加。第2章 控制柴油機氮氧化物排放的措施大量的研究表明，要有效的控制氮氧化物的排放，必須從柴油機的燃燒過程的改進、排氣后處理以及改善燃油品質(zhì)入手，根據(jù)所采取的控制措施與柴油機工作過程的關(guān)系可分為機前處理、機內(nèi)處理和機后處理三大類，如圖2所示。圖 2 柴油機氮

22、氧化物排放的控制措施機前處理主要是采用清潔燃料，在燃燒過程中不產(chǎn)生或少產(chǎn)生有害排放物，這涉及新型燃料和燃料處理問題，不在這里做詳細討論；機內(nèi)處理是在有害排放物質(zhì)生成之前采取措施，通過改變柴油機的結(jié)構(gòu)參數(shù)或運行參數(shù)控制柴油機的燃燒過程來減少缸內(nèi)有害排放的生成量；機后處理則是在有害排放生成之后對廢氣進行物理、化學(xué)處理。以降低有害物質(zhì)的排放量，也稱為排氣后處理方法。2.1選擇性催化還原（SCR）用氨做還原劑對含NOX的廢氣進行催化還原處理，使氨能有選擇地與廢氣中的NOX進行反應(yīng)，而不與氧反應(yīng)，稱為選擇性催化還原（Selective Catalytic Reduction，簡稱SCR）法，又稱催化轉(zhuǎn)化

23、法。選擇性催化還原法已作為一般技術(shù)用于近海平臺固定柴油機裝置，而在實際船舶上尚處于實驗應(yīng)用階段。圖 3 為船用低速柴油機SCR系統(tǒng)的布置示意圖。SCR的反應(yīng)器為一個獨立的裝置，垂直立于柴油機旁并通過排氣總管和閥件與之連接。另一種布置方式是水平設(shè)置SCR反應(yīng)器，將其置于增壓器之上，該方式更利于機艙的布置。圖 3 船用低速柴油機SCR系統(tǒng)的布置示意圖2.1.1選擇性催化還原系統(tǒng)組成圖4選擇性催化還原系統(tǒng)示意圖如圖4所示，選擇性催化還原系統(tǒng)有過程控制計算機、蒸發(fā)器、氨柜、反應(yīng)器、混合器和NOX和O2分析器等組成。過程控制計算機以柴油機負(fù)荷為依據(jù)控制廢氣中氨的加入量；蒸發(fā)器用于液氨的蒸發(fā)裝置以獲取氨氣

24、；氨柜則用于貯存液氨；反應(yīng)器為氨氣和廢氣中的氮氧化物反應(yīng)的場所，是該系統(tǒng)最主要的組成部分；混合器使得氨氣和廢氣中的氮氧化物能夠良好的混合；NOX和O2分析器則是用于分析廢氣中NOX和O2 的含量，將信號輸入過程控制計算機以控制氨氣的加入量。2.1.2選擇性催化還原系統(tǒng)工作原理利用選擇性催化還原技術(shù)，廢氣和氨氣或者尿素混合后通過一層300-400OC的特殊催化劑時就會和NH3反應(yīng)生成N2和H2O。其理論化學(xué)反應(yīng)方程式如下：4NO + 4NH3 + O2 4N2 + 6H2O6NO2 + 8NH3 7N2 + 12H2O通過選擇性催化還原法降低NOX排放只有在特定的溫度范圍內(nèi)才有效，否則：如果溫度

25、過高，NH3就會直接燃燒而不會與NO和NO2反應(yīng)。如果溫度過低，反應(yīng)速率就會非常慢而且還會產(chǎn)生硫氨酸鹽破壞催化劑。若超出了此溫度范圍，則排氣管路的尺寸就需要根據(jù)廢氣的成分、粉塵的含量和經(jīng)過選擇性催化還原反應(yīng)器的允許壓降做出相應(yīng)調(diào)整，而且還會堵塞催化劑通道。然后，選擇性催化還原系統(tǒng)不久就會停止運行。由此可見,該過程必須得有氧參與,而且要求溫度適中。溫度過高,氨會被燒掉而不與氮氧化物發(fā)生反應(yīng);溫度太低,反應(yīng)會很慢,并且會冷凝生成硫酸氨,硫酸氨會損壞催化器。2.1.3選擇性催化還原反應(yīng)器在二沖程和四沖程柴油機系統(tǒng)中的位置由于二沖程柴油機排氣溫度較低，在渦輪增壓器前的溫度只有450OC左右，而且通過增

26、壓器后廢氣的溫度還將進一步降低，只有2700C左右。而四沖程柴油機的排氣溫度較高，而且廢氣渦輪增壓器消耗的廢氣能量較小，廢氣通過增壓器后溫度降低的程度很小，仍然可達350OC左右。為了保證催化劑的工作溫度在允許范圍內(nèi)，二沖程柴油機系統(tǒng)中選擇性催化還原裝置的催化劑應(yīng)該至于排氣總管和渦輪增壓器之間，以承受增壓器進口處的壓力（即廢氣通過增壓器時沒有壓降）。而在中高速四沖程柴油機系統(tǒng)中其位置可在渦輪增壓器之前，也可在其后，安裝的靈活性就好很多。而且由于該系統(tǒng)進口壓力較高，所以可以適當(dāng)減小選擇性催化還原裝置的體積。2.1.4選擇性催化還原系統(tǒng)的自動控制廢氣中氨的加入量控制是由一個程序控制器以柴油機負(fù)荷為

27、依據(jù)進行的,由于柴油機產(chǎn)生的氮氧化物的量與柴油機負(fù)荷之間的關(guān)系可以在試車臺的運轉(zhuǎn)試驗過程中獲得,這種關(guān)系可以用程序描述給控制器。這之后對氨的加入量還要作進一步修正,依據(jù)反饋系統(tǒng)測得的廢氣中的氮氧化物含量進行。 控制的基本依據(jù)所以選擇柴油機負(fù)荷而非廢氣出口處的氮氧化物含量是因為:如果以氮氧化物含量為基準(zhǔn),會因系統(tǒng)的響應(yīng)速度太慢而引起反應(yīng)器出口處的氮氧化物和(或)氨的含量超標(biāo)。 氮氧化物的測量儀器是集成在氨的加入控制設(shè)備中的,所有的儀器都裝在集控室內(nèi)的獨立的控制板上,帶有記錄打印機的氧分析儀和氨報警裝置組合在一起,持續(xù)不斷地提供系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)。 氮氧化物的去除程度取決于氨的加入量(即NH3/NOX的

28、比值),在氨的加入量相對多時(即NH3/NOX的比值比較高時),可使氮氧化物的去除率較高,但同時煙氣中所含的未參與反應(yīng)的氨的量(且稱之為氨的無效損耗)也會增加。無疑我們期望氨的無效損耗率越低越好,否則這些煙氣流經(jīng)鍋爐或其它熱交換器時會與SO3進一步反應(yīng)生成硫酸氨,腐蝕這些熱交換器表面。 氨可以來自加壓的無水液氨,也可以使用常壓的氨的水溶液。在船舶環(huán)境下，采用尿素較合適，因為其安全且易于處理，使用前將其在水中分解即可。 由于氨是可燃的,因此必須使用雙層管壁的管子運送,并要透氣,還要在周邊裝上泄漏檢測器。氨首先被從掃氣總管引來的掃氣空氣稀釋,接著進入第一個靜態(tài)混合器。氨和空氣的混合物被噴入從廢氣總

29、管出來的煙氣中,再進入第二個靜態(tài)混合器。為保證還原反應(yīng)的充分進行,降低氨的無效損耗,煙氣和氨混合物的均勻程度至關(guān)重要。 催化還原反應(yīng)器由幾個催化器層組成,催化器的容積,也就是催化器的尺寸取決于催化器的活性、希望獲得的氮氧化物的還原程度、氮氧化物的濃度、煙氣的壓力和可接受的氨的無效損耗率。催化器的數(shù)量可以用空間速度這樣的術(shù)語(縮寫為NHSV)來表達,它是按照每立方米的催化反應(yīng)器體積所處理的煙氣的體積數(shù)來定義的。廢氣從排氣總管排出后，通過一套雙層管系將尿素或者氨水注入混合器中，當(dāng)廢氣與反應(yīng)介質(zhì)混合后通入廢氣渦輪的廢氣端。另外，該系統(tǒng)需要裝設(shè)高效的渦輪增壓器和輔助風(fēng)機以補償廢氣流過選擇性催化還原反應(yīng)

30、器時引起的壓降。因為氨水或尿素在選擇性催化還原反應(yīng)過程中會放出熱量，所以其廢氣溫度會比沒有裝設(shè)選擇性催化還原系統(tǒng)的柴油機的廢氣溫度稍高。而且，無論柴油機裝沒裝設(shè)選擇性催化還原裝置，其工作性能和熱平衡效果都是一樣的，所以在安全性、可靠性和可行性方面，二者的效果基本相同。選擇性催化還原法不會對柴油機工作性能造成太大影響，適用于二沖程柴油機，但同時也受到柴油機負(fù)荷、燃油含硫量、汽缸油品質(zhì)及過量氨水或尿素等因素的限制。盡管選擇性催化還原技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但其在二沖程柴油機上的應(yīng)用數(shù)量仍然十分有限?，F(xiàn)今的柴油機裝設(shè)的選擇性催化還原系統(tǒng)都是經(jīng)過特殊設(shè)計的，而且是事先裝設(shè)好的。為了避免化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)堵塞選擇性

31、催化還原反應(yīng)器，裝設(shè)SCR系統(tǒng)的主機對所使用燃油含硫量的控制和對廢氣在主機進口處溫度的最低限制同樣重要。而且，廢氣中的部分NOX會在SCR催化劑作用下生成SO3,還會產(chǎn)生可見煙霧。裝設(shè)SCR催化劑的時候，應(yīng)牢記要盡量設(shè)法采取相應(yīng)的措施以補償排氣管和支持機構(gòu)的震動和溫度變化。2.2 廢氣再循環(huán)（EGR）技術(shù) 2.2.1廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的工作原理廢氣再循環(huán)（Exhaust Gas Re-circulation,簡稱EGR）是指讓柴油機的一部分排氣引回進氣管，與新鮮空氣混合后作為工質(zhì)參加汽缸內(nèi)的熱循環(huán)。廢氣再循環(huán)之所以能使廢氣中NOX的濃度下降，是因為：（1）柴油機排出的廢氣中，由于含氧量少，在其再循

32、環(huán)回氣缸內(nèi)后，使燃燒時反應(yīng)混合物中的氧含量與不循環(huán)時相比，有顯著降低。燃燒和爆炸過程中NO的生成反應(yīng)速度與氧濃度的平方根成正比，因此，NO的生成反應(yīng)速度降低，廢氣中的NOX濃度也相應(yīng)下降。（2）廢氣中含有較多的水蒸氣和CO2,在高溫下，水蒸氣和CO2的比熱比空氣大得多。若燃油的燃燒熱值一定，燃燒混合氣比熱大者，會使燃燒過程所達到的火焰溫度較比熱小者低。由于在燃燒和爆炸過程中，NO的生成速度與燃燒絕對溫度成指數(shù)關(guān)系，因此，燃燒溫度的降低會導(dǎo)致廢氣中NOX的濃度降低。當(dāng)然，由于廢氣的溫度比較高，引入再循環(huán)的廢氣均需要冷卻處理，使其溫度降至160-1800C范圍后，再經(jīng)過過濾等清潔處理，方允許引入氣

33、缸再循環(huán)使用。在MAN柴油機公司的二沖程柴油機上所做的廢氣再循環(huán)的測試所用的是一套非常簡單的裝置，該系統(tǒng)由一根煙管從排氣總管接至掃氣空氣冷卻器之后、水霧捕集器之前的位置，這樣就可以完全避免各種靈敏部件的臟污。其簡潔性在于該系統(tǒng)不需要裝設(shè)刷子以清潔再循環(huán)的廢氣。之前就已證實，廢氣的清潔可以很大程度上防止空冷器和掃氣箱部件的臟污和損壞。第一個簡易的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)包括一套兩級噴水裝置，其后裝設(shè)除水裝置。第一級噴水采取海水加濕的方法，以確保第二級淡水噴射不再消耗淡水。海水經(jīng)過第一級后其溫度可達將近100OC,該級設(shè)有的簡易的多噴嘴噴頭。2.2.2廢氣再循環(huán)系統(tǒng)在柴油機上的測試結(jié)果測試通過改變廢氣再循環(huán)

34、量測量排放參數(shù)的變化。隨著廢氣再循環(huán)量的增加，HC和PM的含量會隨著柴油機排出廢氣量的減少而減少。該測試顯示，不管廢氣再循環(huán)量占多大的比例，柴油機的每個工作循環(huán)都會產(chǎn)生相同量的HC和PM，而產(chǎn)生的HC和PM還會通過燃燒消除。隨著再循環(huán)廢氣量的增加，廢氣中CO的含量也會稍有增加，這與預(yù)期的結(jié)果是相同的。由結(jié)論可以看出，再循環(huán)廢氣量的增加會引起氣缸過量空氣系數(shù)降低，進而導(dǎo)致燃燒室中更大的區(qū)域缺氧，所以會產(chǎn)生更多的CO。同時，氮氧化物排放降低量也達到了預(yù)期的水平。測試結(jié)果顯示，通過除塵刷可以降低20-25%（低負(fù)荷為25%，高負(fù)荷為20%）的固體顆粒物的排放。而且，HC和CO流經(jīng)刷子時幾乎不會受到影

35、響。正如預(yù)期的一樣，氮氧化物中的NO2溶于水中，NO也不會受到影響。由測試得出結(jié)論，該方法可以有效的降低氮氧化物的排放，但是再循環(huán)的廢氣在進入空冷器和掃氣系統(tǒng)之前能否有效清潔的問題仍需進一步研究。最近，MAN柴油機公司測試的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)均帶有除塵裝置和水處理裝置。該系統(tǒng)可降低70%的氮氧化物排放，但相應(yīng)地會增加燃油消耗。隨著再循環(huán)廢氣量的增加，廢氣中CO的含量也會稍有增加，這與預(yù)期的結(jié)果是相同的。由結(jié)論可以看出，再循環(huán)廢氣量的增加會引起氣缸過量空氣系數(shù)降低，進而導(dǎo)致燃燒室中更大的區(qū)域缺氧，所以會產(chǎn)生更多的CO。同時，氮氧化物排放降低量也達到了預(yù)期的水平。2.2.3除塵刷清潔廢氣在上面提及的對廢氣再循環(huán)系統(tǒng)