基于柴油发电机组的尾气处理技术研究

姜代华

【摘  要】希望能通过节能环保型柴油发电机组来替代原有的发电机组，为降低对环境带来污染有着重要的意义。本文主要对催化还原（简称SCR）的技术原理进行详细的分析，并对其在在柴油发电机组中的应用效果展开合理论述，通过对相关技术的应用，从而实现对尾气中NOx进行有效的净化，这对我国社会的发展起着积极的作用。

【关键词】柴油机;SCR;尾气处理;选择性催化还原

引言：随着我国环境污染现象日益严重，国家也高度重视环境污染问题，加强对尾气排放的控制，这也在一定程度上促进了柴油机排放控制技术的发展。柴油机因其具有一定的经济型、可靠性和动力性等特征，现已被进行广泛的应用。柴油发动机的排放污染物主要包括CO、HC、NOx和PM。柴油机NOx排放的降低往往与PM排放的降低间存在着一定的矛盾，一些减少柴油机NOx排放的措施通常会大大增加微粒的排放，但如果降低微粒排放又会在一定程度上加大NOx的排放。

1 柴油机SCR技术研究

尿素SCR技术可以大大减少柴油机NOx的排放，SCR催化器作为SCR系统的重要组成部分，其技术原理主要是通过实时检测排气流量中所含的所含的NOx浓度，从而得出最终的NOx含量，同时，还可以对开展催化反应过程中所需的还原剂量进行精准的计算，还可以实现对高压喷气头展开合理的控制，最终实现对喷射的还原剂量的有效控制。在250℃以上的高温环境下，通过与催化剂展开反应，从而保证还原剂能够与NOx展开反应，最终生成N2以及H2O，而虽然排气中的O2浓度要较NOx浓度高出许多，但依然可以对二者的反应进行有效的控制。

入口管出口气流的流向会决定催化器气流最终的分布特征，最终对SCR系统的实际性能带来一定的影响。大量研究证实，如果雷诺数较小且阻力较大的情况下，会促进载体气流的均匀分布。一般来说，SCR催化器的载体截面积要远高于其自身入口截面积，这种设计方式能够促进排气同催化剂进行完全接触，从而产生相应的化学反应。催化器载体与入口之间会通过扩张管进行有效的连接。扩张管一般不会太长，如果扩张管的扩张距离过大，会导致气流与壁面进行分裂，影响载体入口的均匀分布，与扩张管相比，收缩管通常不会影响SCR催化器载体内部气流分布。

载体是沉积催化剂活性相的骨架，载体材料有很多。而在SCR中应用最广泛的则是整体式陶瓷载体。载体结构也会在一定程度上影响SCR的性能，同时也会影响NOx转化效果。催化器载体的体积及长度会决定废弃在催化器载体中停留的时间，NOx转化率也会受到停留时间长短的影响。载体目数、壁厚以及涂层厚度都离不开载体的实际面积，载体的面积越大，那么NOx转化效率也就越高，同时能够降低压力的损失以及催化器的实际尺寸[1]。

2 尿素SCR系统工作原理及化学反应机理研究

2.1SCR系统组成及工作原理

尿素SCR系统主要由尿素罐、尿素泵、喷嘴、SCR催化器及电控单元组成，如图2所示。

SCR系统具体的工作流程为：电控单元通过尿素液位传感器来检测尿素罐中尿素含量，并向尿素泵发出建压指令，还会与电控单元所采集到柴油机的转速、转矩以及出口信号温度进行结合，从而能够准确的对尿素含量进行判定。

尿素水溶液能够与压缩空气进行充分地接触并利用驱动电路驱动喷嘴动作将混合物向排气管内进行喷射，而多余的尿素就会通过调压机构控制返回到尿素罐中。尿素水溶液会在排气管中产生一些列的化学反应，与排气充分的混合进入SCR催化器。混合气流与NOx产生一定的反应从而生成H2O，反应后的气体会随着排气一同进入到大气中，这样就能够减少NOx的排放[2]。

3 柴油發动机尾气净化效果台架试验

为了证实证尾气净化装置可以起到一定的净化效果，通过对原排参数展开测量，并对装置展开实验工作，具体下图所示。尾气经过发动机后排出，气体排放的过程中流经DOC、DPF，之后同喷射的尿素进行充分地混合，最终通过SCR系统流向尾管。装置方面，会将Ox传感器和温度传感器设置在DOC的前端，从而更好的企业检测DOC尾气的温度以及氧化物的实际含量;并将压差传感器布置在在DPF前后，对DPF前后压差进行检测;将尿素的喷射口布置在混合器处，用于喷射尿素从而能够更好地同尾气进行反应;将温度传感器安置在SCR的前端，检测SCR入口处温度用于测试起燃温度NOx传感器，并求出二者的平均值来对尾气中氮氧化物含量进行判定[3]。

如表2为尾气净化装置台架试验数据统计。实验发动机的均为40000空速，通过对发动机转速以及实际负载力进行调整，从而更好地对SCR内部温度进行控制。通过对表中数据的分析我们不难看出，在温度低于200℃的情况下，尿素没有进行起喷，这个时候的装置也无法开展NOx的去除反应。在温度超过200℃的情况下，尿素泵也渐渐运行，开始进行尿素喷射，且NOx的转化效率已经高达68.47%，在尾气温度高达250℃的情况下，NOx的转化效率又进一步提升，通过此次实验我们可以得出，在催化器起燃温度较低的情况下，NOx去除效率会明显提高，其工作效率也会得到提升[4]。

4 结论

综上所述，通过实践研究证实，SCR尾气排放处理系统可以结合原排测定来合理的控制尿素的喷射含量，提高尾气的净化能力，温度越高起燃效果就越好，从而其转化率也会得到提升。本系统在柴油发电机组上的成功应用具有良好社会价值。

参考文献：

[1]张福杰.柴油机尿素SCR催化器数值模拟及结构优化研究[D].长沙：湖南大学，2012：2-4.

[2]刘光辉，黄震，乔信起，等.汽车催化转化器中气体流动的研究（二）[J].内燃机，2002（1）：13-15.

（作者单位：玖恩科技（成都）有限公司）