消防车柴油废气处理必要性与相关技术的探究

王荣强

摘要：本文介绍了消防车的类型，分析了消防车柴油废气处理的必要性，着重论述了消防车柴油废气处理技术应用中的注意点，这些技术主要是EGR（废气再循环）、DOC（柴油氧化催化器）、NSC（氮氧化物存储式催化转化器）、DPF（柴油颗粒过滤器）、SCR（选择性催化还原），相比较而言，每种方法都各有利弊。今后在消防车柴油废气处理上，我们需要不断加大科研创新力度和对这些技术应用的深入研究。

关键词：消防车;柴油废气处理;必要性;技术应用

一、消防车的类型

消防车的分类，以其功能特点为标准，国内普遍将消防车划分为：（一）灭火消防车，包括泵浦消防车、水罐消防车、泡沫消防车、高倍泡沫消防车、二氧化碳消防车、干粉消防车、泡沫-干粉联用消防车。（二）举高消防车，包括云梯消防车、登高平台消防车、举高喷射消防车。（三）专勤消防车，包括抢险救援消防车、通讯指挥消防车、照明消防车、排烟消防车、勘察消防车、供水消防车、供液消防车、消防坦克。此外，还有一些是应用于专门场所、位置的消防车，比如机场救援先导消防车、机场救援消防车，或者是给消防任务做保障的车辆，如供水消防车、救护消防车、器材消防车、宣传消防车等。这些大量的、不同类型的消防车的推出与应用，给我们的生活、生产和生命、财产安全都带来了保障。

二、消防车柴油废气处理的必要性

柴油发动机已发展成为世界上最强大和最可靠的发电形式之一。在柴油发动机中，内部燃烧导致高温高压气体膨胀，高温高压气体反过来移动活塞，将化学能转化为机械能。相比其他动力输出来说，柴油发动机的车辆马力大、动力强，但是柴油车辆的废气排出也多于其他汽油类型的车辆。

理论上，为了有效和安全地运行，发动机必须不断地向气缸输送空气、燃料和润滑剂。此外，必须对作为燃烧副产物产生的发动机排放进行处理，以满足全球环境标准。但是，即使采用最优化的燃烧过程，仍然存在一定程度的排放。消防车柴油发动机内，由于柴油机着火落后期长短会明显影响滞燃期内喷油量和预混合气量的多少，从而影响消防车柴油机的燃烧特性以及动力经济性、排放特性和噪声振动特性，因此需要精确控制。

三、消防车柴油废气处理应用技术及其注意点

（一）废气再循环（EGR）

目前市场上，采用EGR系统控制的方式比较多样，如机械控制式、电子控制式、电子控制式、单阀控制式、多阀控制式、开环控制式、闭环控制式。

废气再循环（EGR，即Exhaust Gas Recirculation）的消防车柴油废气处理过程中，排除的废气中的O2含量很低，含有大量N、CO2和水蒸气，正是由于这三种气体很稳定，不能燃烧，可吸收大量热量，利于废气的处理。因此，大型柴油机几乎都装有利用热交换器制成的冷却机构（COOL EGR）。另外装有涡轮增压器内燃机高负载时，若进行EGR，吸气压力会大于气、会使单纯的阀门开关无法进行回流，需要设置EGR控制阀门逆止阀（止回阀）。

理论上若能改变EGR量就有可能可以取消燃油机的节流阀，但大量的EGR在点火时的困难会容易造成燃烧不稳定，以及无法在怠速时达成稳定状态等理由使其难以实用化。

值得注意的是，为柴油机加装EGR后动力下降、油耗升高，缸套等部件的材料也应考虑耐腐蚀和耐磨损的问题。

（二）柴油氧化催化器（DOC）

DOC即柴油氧化型催化器，是一种安装在发动机排气管路中，通柴油燃烧后尾气中产生有害排放物，如CO、HC、颗粒物（PM）和SOF等进行氧化，然后产生CO2和H2O。其优点体现在：具有良好的抗热性、抗机械冲击性;使用寿命长，背压低、容积小;免维护，降低维护成本。但是，DOC并不能将污染物完全氧化，其转换效率上实际效果是，对CO可转化70%～90%、HC可转化60%～80%、SOF可转化40%～50%，对颗粒物的净化效率在20%～40%，可见仅用DOC一个办法是不够的。

值得注意的是，催化剂的选择与柴油机排气温度密切相关，当温度<150℃时，催化剂基本不起作用。随着温度的升高，排气微粒主要成分的转化率逐渐增高。当温度>350℃后，由于硫酸盐大量产生，反而使微粒排放量增大，且硫酸盐还会覆盖在催化器表面，导致催化剂的活性和转化率下降。此外硫对大多数催化剂来讲有毒性，易引起催化剂中毒，值得从燃油品质、氧化催化器费用等方面加以注意和防范。

（三）柴油颗粒过滤器（DPF）

DPF（Diesel Particulate Filter），称柴油机微粒捕集器，是一种安装在柴油发动机排放系统中的陶瓷过滤器，可以在微粒排放物质进入大气前将其捕捉。其工作原理分为：1.被动再生：指只要达到特定温度和压力条件，过滤器收集到的微粒排放物质（烟灰）就会被处理掉。这些颗粒物大部分是由碳或碳化物的微小颗粒（尺寸小于4～20μm）所组成。2.主动再生：当车辆达不到特定反应条件，需要系统主动创造条件如加热，来处理颗粒物。DPF是国际上公认的微粒排放后处理方面的最佳方式，在应对消防车柴油发动机废气处理上，具有一定的优势，但是，值得注意的是，柴油含硫量高的话，尾气堵塞DPF就会经常发生。

（四）选择性催化还原（SCR）

选择性催化还原方法（SCR）是对下游工质的一项处理工艺，采取SCR（简称选择性催化还原法），可减小柴油机尾气中的氮氧化物及微颗粒。采用此方法进行尾气处理的系统称为SCR系统。SCR技术是通过车用尿素溶液和柴油机尾气中的氮氧化物发生氧化还原反应来消除尾气中的氮氧化物。在此反应中，车用尿素溶液的浓度是保证反应充分进行的相当重要的一个参数。

SCR中催化剂作用，是降低反应的活化能，使反应温度降低至合适区间（250℃～500℃）从而去除排气中绝大部分的NOx，同时降低部分HC和CO排放。同时，催化剂也会随时间的增加而丧失活性，因此必须定期更换，一般规定1～5年更换1次，需根据用途而定。现在部分机内净化能力较低的柴油机则采用此技术，但需要按时添加尿素，频繁更换必然会增加成本。

SCR成功的关键在于，排气与NH3需要充分混合，本身NH3是一种大气污染物也值得注意;同时，按进入反应区的NOx浓度及去除率精确控制NH3的喷入量，以便最大限度地去除NOx。

常规的SCR技术，有一些值得注意的地方，比如：1.催化剂这种材料的管制和处理问题;2.余热锅炉的补燃问题、余热锅炉的产气量控制问题;3.低温催化剂产品的优化、替代研发问题。

四、结语

现代消防车辆、设备在执行救火任务和进行正常作业时，会排除大量的废气，不仅污染城市大气环境，也对周围人民群众、驾驶员等带来身体危害，因此，必须采取有效技术措施，改进和优化消防车柴油发动机的各项关键指标，提高废气排放的清洁度。

参考文献：

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