第7章 柴油机后处理净1

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1、第7章柴油机后处理净化本章主要内容：分析了车用柴油机微粒捕集器的过滤机理，介绍了常用过滤材料及其再生技术。同时还讨论了NOX的吸附催化还原、选择性非催化还原、选择性催化还原以及等离子辅助催化还原等NOX的机外净化技术和氧化催化转化器。7.1概述随着柴油机在汽车中的应用日益广泛以及排放法规日趋严格，在对柴油机进行机内净化的同时，必须进行后处理净化。柴油机与同等功率的汽油机相比，微粒和NOX是排放中两种最主要的污染物，尤其是微粒排放是汽油机的30～80倍。柴油机微粒能够长时间悬浮在空中，严重污染了环境，影响人类的健康。柴油机排放控制技术已经成为柴油机行业的研究重点，其

2、研究具有巨大的社会效益和经济效益。随着排放法规的进一步严格，仅靠机内净化方法将很难使柴油机的微粒排放满足新的排放法规，必须采用微粒后处理技术。德国FEV的HartmutLüder等人认为尾气后处理技术将是排放控制的发展趋势。首先，针对柴油机排气中含有的大量微粒，研制开发柴油机微粒捕集器成为柴油机后处理的热点；其次，降低NOX排放的成为研究的热点，各种催化还原净化技术应运而生；另外，借鉴汽油机的氧化催化技术，开发适用于柴油机的氧化催化转化器，降低微粒中的可溶性有机物（SOF）以及净化柴油机排放的CO和HC。今后，柴油机后处理净化方法的研究重点是结合机内净化措施使柴油

3、机排放的微粒与NOX同时减少；另一方面，应该推广低硫燃油的使用，从根本上减少微粒的生成，降低催化剂中毒情况的发生。机内净化措施有效的降低了微粒排放，但由于一是润滑油的消耗只能减少到一定的程度，任何一种发动机不可能不消耗润滑油，二是机内净化主要以油气充分混合为目的，如高压喷射技术对大微粒的减少是以增加细小微粒数量为代价，而细小微粒对人体和环境的危害更大，三是降低微粒与降低NOX之间存在一定的矛盾。因此仅仅依靠机内净化技术是不够的，必须同时采取机外净化技术。目前，国内外研究的微粒机外净化主要有等离子净化、静电分离、溶液清洗、离心分离及微粒捕集器等。等离子净化技术是一种

4、新的柴油机排气净化技术，该技术可同时降低柴油机排气中的多种有害成分。利用等离子体化学反应净化废气技术起始于八十年代初，主要应用于固定的排气设备、发电机和锅炉等。随着技术的不断更新，近几年人们开始将这个技术应用于柴油机的尾气排放净化。柴油机排气中的有害成分经过等离子反应器，会发生复杂的化学反应，其中NO很容易氧化成NO2。由于NO2有很强的氧化性，在柴油机排气温度下就可将碳烟微粒氧化成碳的氧化物，通常认为碳烟微粒的降低是因NO2的生成所致。虽然柴油机排气微粒整体上呈电中性，但是85%左右的微粒都为带电粒子，每个带电粒子有1～5个基本正电荷或负电荷。柴油机排气微粒的电

5、阻率在106～108Ω/cm数量级内变化，因此适合利用电场对排气微粒进行静电吸附，达到微粒净化的目的。即在排气通道中建立高压强电场，排气气流流过电场时，带电粒子分别被异性电极吸附。静电捕集技术的主要问题是设备体积大、结构复杂、成本高，且气流流速对静电捕集效率的影响较大。若在捕集器的上游加荷电装置，人为地使微粒荷电，被荷电的粒子流经作为异性电极的捕集器时被吸附而沉积，静电捕集效率有一定的提高，但是这种方法仍然受到气流速度与车用电源电压的影响。溶液清洗技术是让排气通过水或油来清洗微粒的方法。这种方法简单，适合于固定的排气设备。瑞典研究人员曾尝试将车用柴油机的排气管做成

6、文氏管，利用喉管处的负压将水分吸入排气中，稀释和清洗排气中的微粒和NOX，获得了一定的效果。离心分离技术是将排气引入旋风分离器中，利用微粒的离心力，将微粒从气流中分离出来。由于柴油机微粒很小，直径大多在1μm以下，这种技术只能分离微粒的5%～10%，效果较差，但是这种方法可与其它方法一起使用。德国Bosch公司曾试验静电和离心分离结合的方法。排气中的细小微粒在电场中相互吸引，凝聚成较大的微粒。通过离心分离，分离效率可达到50%。7.2微粒捕集器柴油机微粒的各种净化技术都不是完美的，各有优缺点，要有效地降低柴油机微粒排放，应合理地结合各种净化技术的优点，并从燃料、燃

7、烧、进气、燃油喷射以及后处理等各方面综合考虑。通过对多种捕集柴油机排气微粒途径的研究比较，普遍认为可行性较大的方案是采用过滤材料对排气进行过滤捕集，即微粒捕集器法。柴油机微粒捕集器（DPF，dieselparticulatefilter）被公认为是柴油机微粒排放后处理的主要方式，国际上对微粒捕集器的研究始于上个世纪70年代，现已逐步形成商品化产品。第一辆使用微粒捕集器的汽车是1985年德国奔驰公司生产的出口到美国加利福尼亚的轿车。随着排放法规的日趋严格，如今发达国家安装微粒捕集器的柴油车越来越多，如奥迪、帕萨特和奔驰等部分乘用车安装了微粒捕集装置。目前，比较成熟且

8、应用较多的