固态氨后处理技术与传统尿素后处理技术的对比研究

陈涛淼

(江西五十铃发动机有限公司，江西南昌 330200)



固态氨后处理技术与传统尿素后处理技术的对比研究

陈涛淼

(江西五十铃发动机有限公司，江西南昌 330200)

介绍两种后处理控制技术以及固态氨后处理的工作原理。对固态氨和传统尿素两种后处理技术做了对比研究，并给出了固态氨后处理技术的道路试验结果。

内燃机；传统尿素后处理；固态氨后处理

0 引言

近年来，大气污染及雾霾现象日趋严重，国家制定了内燃机关于氮氧化物(NOx)、碳烟(PM)、碳氢化合物(HC)等的排放浓度限值。国五重型柴油机基本采用SCR(Selective Catalytic Reduction)后处理路线。针对传统尿素后处理的缺陷，比如尿素结晶、喷嘴易堵塞等，固态氨技术相比具备较强优势。

1 系统介绍

固体氨系统如见图1所示，以无机盐粉为储氨材料，储氨材料吸附氨气作为氨源，通过加热将氨气从储氨材料中释放出来，根据温度传感器和压力传感器检测氨气压力变化，达到系统工作的压力状态时，按照ECU和DCU中设定的排放控制策略，通过控制计量喷射模块实现氨气准确计量，实现NH3和NOx气体在催化剂的作用下生成无害的氮气和水。

图1 固态氨系统图

2 传统尿素后处理

传统尿素后处理化学反应结晶复杂且易结晶。传统尿素化学反应式如下：

(NH2)2CO.7H2O→(NH2)2CO(s)+7H2O(g)(80 ℃)

(NH2)2CO(s)→NH3(g)+HNCO(g)(152 ℃)

HNCO(g)+H2O(g)→NH3(g)+CO2(g)(180 ℃)

传统尿素水溶液快速脱水生成尿素、缩二脲、三聚氰酸。缩二脲在180 ℃以上才能较快速分解，故易堵塞喷嘴、排气管，造成排放恶化，动力性下降。

尿素最终的水解需要比较高的排气温度(≥180 ℃)，通常的NEDC循环的排气温度60%的时间在180 ℃以下(见图2)，这样就造成了尿素结晶的情况出现(见图3、图4)。

图2 排气温度曲线与NEDC工况温度曲线对比

图3 尿素结晶(一)

图4 尿素结晶(二)

3 固态氨后处理技术上的优势

(1)排气管路布置简单

尿素喷射通常需要特别的形状与安装角度，喷嘴需要冷却，混合距离约束在400～500 mm。而氨气喷射只需要简单的管路即可，没有特定的角度与位置约束，更不需要冷却或加热。传统尿素喷嘴布置见图5，氨气喷嘴布置见图6。

图5 传统尿素喷嘴布置

图6 氨气喷嘴布置

(2)体积与质量减轻

传统尿素系统安装空间约66 L，质量24 kg；而固态氨安装空间约为23 L，质量14 kg。传统尿素系统和固态氨系统的安装空间和质量对比如图7所示。

图7 安装空间与质量对比

(3)储存密度增加

同样储存4 kg氨气，传统尿素罐容积需要21.6 L，氨气密度为183 g/L；而固态氨容积仅为9.2 L，氨气密度为436 g/L。

4 固态氨后处理技术的试验研究

梅赛德斯奔驰C220CDI轿车在斯特拉斯堡道路上的测试结果表明:采用固态氨后处理技术的车辆在NEDC工况和SDC工况下，氮氧化物转化效率更高且氨气反应温度均比传统尿素系统有明显降低，如图8和表1所示。

图8 NEDC工况下尿素与固态氨反应温度曲线

氮氧化物原排值传统尿素转化效率固态氨转化效率NEDC工况168mg/km47%55%SDC工况168mg/km28%50%

从表1可见：固态氨在NEDC欧洲驾驶循环工况中表现出更高的转化效率，比传统尿素高出8%；在纯城市工况中则高出22%。

5 结论

固态氨后处理技术相比传统尿素后处理技术在氮氧化物转化率、整车布置性、低温鲁棒性、续航里程、结晶沉淀等方面均具有明显优势。

【1】张亮.满足国V排放法规的柴油机后处理技术[J].汽车零部件,2015(10):17-23. ZHANG L.Postprocessing Technology of Diesel Engine for Meeting CN5 Emission Regulation[J].Automobile Parts,2015(10):17-23.

Comparison Study of Aftertreatment Technology between Solid Ammonia and Traditional Urea

CHEN Taomiao

(Jiangxi Isuzu Engine Co.,Ltd., Nanchang Jiangxi 330200,China)

Two kinds of aftertreatment technology were introduced with emphasis on the working principles of solid ammonia technology.A comparison study between solid ammonia aftertreatment technology and traditional urea aftertreatment technology was revealed.The road test result of solid ammonia technology was given.

Internal combustion engine;Traditional urea aftertreatment technology; Solid ammonia aftertreatment technology

2016-09-20

陈涛淼(1981—)，男，本科，工学学士，工程师，从事柴油发动机产品开发及管理工作。E-mail：10800481@qq.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2016.11.010

U461.8

A

1674-1986(2016)11-043-03