柴油机尾气NOx机内净化新技术

谭小磊

摘要：柴油机由于具有效率高、动力大等优点被广泛应用于交通运输以及工业生产中。作为动力装置，柴油机优越的性能无可挑剔，但其排放的氮氧化合物（NOX）却能对环境造成极大的破坏。在柴油机应用越来越广泛的同时，人们对NOX的排放控制也越来越重视。设计人员对动力装置内部进行改装，并通过尾气处理最大限度的减少NOX被排放到空气中，本文就柴油机尾气NOX的机内净化技术进行探究

关键词：柴油机尾气；NOX；机内净化技术

随着经济水平和科学技术的不断发展，柴油机技术获得飞速发展，为国家的发展和人們生活水平的提高做出了巨大贡献。随着柴油机淤使用范围的不断扩展，由此带来的负面影响也进一步凸显出来。柴油机排放的气体中含有大量的NOX气体，会对环境造成严重的破坏，影响到人们正常的生活。为减轻柴油机为其带来的危害，必须开发柴油机尾气NOX机内净化技术。

1.NOX的生成原理

柴油机内及工作过程中，可以根据NOX的生成途径的不同将NOX进行分类，为NOX瞬发、热NOX、燃料NOX[1]。其中瞬发NOX和燃料NOX产生的污染物量较少，因此在实际研究中一般不作考虑，一般将热NOX作重点研究。柴油机的工作机理是将燃料以雾状的形式喷入气缸中，在高温下与氧气发生氧化反应，瞬间产生强大的爆发力，并通过连杆将产生的能量传送出去。在氧化反应过程中，多种成分参与其中，柴油中的含氮有机物在发生氧化反应后，其中的N元素会与O元素结合，生成氮氧化合物，其中以NO为主。NO会与氧气继续发生反应，生成更多的氮氧化合物。在柴油工作过程中，随着温度的升高，NO的含量会增加。并且在柴油机连续工作过程中，气缸吸入空气的N2和O2的浓度会发生变化， O2则被不断消耗，如果O2的浓度足够高，就会与N元素不停进行结合，，NOX中X的值会减小，NO的含量会越来越高。

2.常用的柴油机尾气净化技术

2.1 EGR技术

EGR是利用循环原理，将柴油机的尾气回收利用，让尾气中的NOX与氧气充分反应，以此减少尾气中的NOX浓度.EGR主要通过循环氧化作用降低尾气中的有害气体的含量，并以此为基础进行柴油机气缸中燃料的燃烧速度以及氧化反应强度的控制，通过这两方面的原理来达到降低最高燃烧的目的。EGR技术并非完美无缺，当尾气中的NOX浓度降低后，会增加一些其他的污染物的浓度，例如CO、CH化合物等。

2.2 SCR技术

SCR技术主要是利用催化剂和还原剂原理，想柴油机排放的尾气中加入氨基还原剂，通过化学反应让尾气中的NOX被分解，其中的N元素互相结合生成空气中的重要组成部分N2，O元素则和H元素结合生成水，这样就将NOX转化为无污染气体排放出去。该净化方法的主要缺点是加入的还原剂容易受到外界因素的影响，降低化学反应的效率，净化效果不明显。

3.柴油机尾气NOX的机内净化新技术

3.1 柴油机尾气NOX的机内净化新技术原理

通过前文的分析不难看出，NO的生成条件主要是高温富氧，在高温条件下有足够的氧气参与反应就会提升NO的浓度。因此可以利用这一原理降低NO的浓度，只要适当控制反应温度以及氧气的浓度就能实现对NO生成量的控制。对温度的控制可以通过两个方面来实现，一个是降低柴油机工作时的温度，使其降低至NO生成条件之下。然而在实际应用过程中这一原理并不可行，柴油机主要通过爆发瞬间产生的能量产生动力，降低柴油机温度就让降低了柴油机作为动力装置的价值。除此之外还能通过加入催化剂加速NO的分解，一次降低NO在尾气中的浓度。但由于反应条件过于复杂，此法在实际中难以运用。降低O2的浓度主要通过相应的装置控制吸入空气中的组成成分，提高其他气体的含量，以此降低混合气体中O2含量，但在实际操作中，不论采用怎样的气体控制装置，都难以实现消除“剩余氧”，因此此法难以运用于实际，因此只有加入还原剂使NO发生还原反应，这也就成了

降低了柴油机尾气NOX的机内净化新技术的研究方向。将反应温度控制在合适的范围内，既能保证氧化反应的良好反应，产生大量能量，还能减少NO的生成量，一般讲温度控制在1000K-1600K之间。即柴油机尾气NOX的机内净化新技术原理为控制反应温度在适合的范围，在不加入催化剂（消除催化剂对还原剂的影响）的情况下向柴油机气缸中加入还原剂（氧化反应后期加入），以此还原柴油机尾气中的NOX，生成对环境无污染的N2和H2O，达到净化柴油机尾气的目的。

3.2 NOX机内净化的理论基础

由于NOX的生成首先从NO开始，因此只要控制NO的生成量就能从根本上控制氮氧化合物的生成量。NO的化学方程式为N2 + O2 2NO ，这是一个可逆反应，在温度升高的时候，原先的反应平衡将会被打破，NO的浓度会进一步提高，因此生成NO的主要影响因素为温度，通过研究表明，温度超过1700K时就会有大量的NO生成，因此必须控制温度在1700K以下，却又不能降低柴油机的功效，因此一般将温度控制在1000K-1600K之间，既保障了柴油机的基本作用，又减少了NO的生成。

3.3 新技术与传统技术的区别

新技术克服了传统技术降低柴油机温度的缺点，维持了柴油机正常工作的热效率，柴油机的经济性和高效性等优点被保留，保证了柴油机的基本性能，为实现柴油机的价值提供了最基本保障。在改进的方案中并没有使用催化剂，这样的做法是出于发挥还原剂的作用考虑的，传统技术中还原剂在工作过程中主要受到催化剂的影响，在实际工作中难以实现对氮氧化合物的还原，还原作用没有得到良好体现。新技术中还原剂的作用得到了充分的发挥，并且还原剂的加入是在氧化反应后期，此时气缸内的温度处于较高水平，有助于提高反应物的活性，加速还原反应的进行。还原剂被加入时，汽缸内的氧化反应仍旧在进行中，因此还原剂有足够的时间与NOX发生反应，最大限度的将尾气中的NOX还原，使尾气中的NOX浓度达到排放标准。

4.结束语

随着人们对柴油机的需求进一步提高，对柴油机内部NOX的净化技术提出了更高的要求。传统的净化技术已经不能满足人们的需求，新的技术产生了，并克服了传统净化技术存在的弊端，最大限度降低了柴油机的弊端。

参考文献：

[1]周华祥.柴油机尾气NOX机内净化的新技术[J].机械工程，2012，5：88-92

[2]李智敏.柴油机尾气NOX机内净化的新技术[J].科技向导，2013，8：310