柴油机烟气排放状况及减排技术

黄长文 安徽全柴动力股份有限公司 中小功率柴油机安徽省重点实验室

柴油机具有热效率高、功率大、经济性好、可靠性高等特点，已广泛应用于农业机械、工程机械等领域。这些机械在工作时，由于施工机械与运输车辆的频繁往来，以及通风条件的限制，机械排放的有害气体严重超标，会扩散到整个工作场所，严重危害施工人员的身体健康和施工的正常进行因此，对柴油机排气进行控制和净化就显得尤为重要。

一、柴油机的有害排放物生成机理

柴油机燃烧方式以扩散燃烧为主，过量空气系数大，空气充足。燃烧速率主要由可燃混合物的生成速率控制，混合比由零变为无穷大。因此，柴油机有害排放物主要是CO2、NOx和PM，而CO和HC排 放 量较小。

1.一氧化碳（CO2）是近十年来在内燃机上得到控制的一种温室气体（以前主要控制工厂的CO2排放）。过多的二氧化碳会导致全球气温上升。石油燃料完全燃烧的最终产物是CO2和H2O因此，降低柴油机CO2排放就是降低油耗，即CO2排放越少，输出功率越大。

2.柴油机排气中NOx排放NOx是NO，NO2，N2，N2O3，N2O5，N2O4、NO3的总称，其中主要成分为NO、NO2，其他成分可忽略不计，NO占9%，NO2占10%。因此，柴油机NOx排放主要是指NOx排放。柴油机中的NO有两种来源，一种是大气中的氮，另一种是燃料中的氮。由于柴油中氮含量较低（质量分数小于0.2%），对NO的贡献可以忽略不计。燃烧过程中空气中NO的生成来源于火焰中的“瞬发”生成和火焰后区的NO生成，而火焰中的“瞬发”生成量很小，主要是火焰后区的no生成。

二、柴油机烟气排放状况及减排技术

1.总体SCR技术。SCR系统由反应堆、尿素喷射系统、混合器、操作控制系统、催化剂清洗系统和旁通阀组成。SCR技术采用氨作为还原剂，并采用其高度选择性的NOx还原方法，优先考虑以H2O安全还原NOx。同时，通过燃烧控制减少柴油机n2y排放可提高燃料消耗率，增加微粒排放；SCR技术的应用可达到90%以上的NOx转化率，而不会影响柴油机的效率。（1）尿素溶液注入。

（2）将尿素溶液转化为氨

（3）还原反应氨与氮氧化物

SCR机组采用氨和催化剂对废气进行后处理，系统规模大，初始投资成本略高，但对NOx减排的影响尤为明显。国外目前安装了一些低速柴油机，二氧化氮排放已成为目标。由于排气温度高，SCR系统在高速、中等速度和技术成熟的机上运行。由于增压器在低速机前后排温的差异，SCR在低速机上的应用主要是增压器，较成熟，技术研究阶段是SCR系统。

2.技术比较分析。低速柴油机SCR系统可分为两类，SCR反应器分别安装在增压器前后。第一种是安装在涡轮增压器前面的SCR反应器，具有以下优点：催化剂的工作温度超过300℃，广泛用于商业用途；涡轮增压器前温度较高，所用催化剂对燃料含硫量不敏感，电站可采用高含硫重熔；催化剂寿命较长；影响柴油机和涡轮增压器的性能；适用于低运行成本的中、小缸径柴油机。不适用于带有多个增压装置的柴油机。二是将SCR反应器安装在涡轮增压器后，其优点是：将SCR反应器安装在涡轮增压器后的排气管中，柴油机可保持原有设计；使用操作温度低于300℃且对含硫量敏感的催化剂，因此必须使用低含硫燃料。增压器SCR系统解决了源的中低负荷问题，以及SCR对N0转换效率和岸的影响。布置灵活SCR。

三、清洁燃料技术

清洁能源的开发为减少排放提供了新的机会。近年来，还在柴油发动机中使用了植物油、乙醇和天然气等清洁燃料。这些能源是次要的，燃烧时不会产生废气，从而有效地减少排放。在这一阶段，我们成功地开发了新的发动机，如双燃料、气体和生物燃料发动机。双燃料发动机可以同时使用柴油和液化天然气。柴油机在使用过程中可以在燃料之间切换，从而有效地减少废气排放。柴油发动机可以进一步提高燃料燃烧能力，减少废气中危险物质的排放，从而在现阶段满足日益严格的监管限制。

四、废气尾气排放控制技术

柴油机运行期间排放的主要废气是氮氧化物以及硫化物和颗粒物。还可以通过综合技术控制排放和释放来减少空气污染。由于燃烧的改善和清洁燃烧技术的不足，排放控制技术现阶段最常用。NOx排放控制技术主要表现在以下领域：

1.就燃料预处理而言，所谓燃料预处理主要是指使用低氮燃油或乳液处理燃料；

2.改进柴油机内部结构。柴油机结构的改进主要包括喷油器结构的改进、喷水技术的改进和废气回收系统的改进；

3.废气后处理，废气后处理主要是指柴油发动机通过催化还原法、吸附催化法等方式排放的氮氧化物的催化还原，以减少废气中有害气体的含量。硫化物是柴油机排气的另一个重要因素。据统计，柴油机的硫化物排放量主要与燃料的含硫量有关。处理燃料以减少燃料中的硫含量是减少柴油机尾气排放的重要措施。同时，废气中的硫化物也可以回收利用。柴油机废气处理一般采用洗涤法。粉尘也是船上柴油机废气的重要组成部分，粉尘处理也是船上柴油机废气处理的重要组成部分。目前，控制船上柴油机排放有两种不同的粉尘处理方法：内部控制和外部净化。其中，内部控制是增加喷油压力和改变外部净化技术包括DPF、旋风分离器等。

柴油机运行过程中排放的烟气和废气含有大量污染物，也可能对空气污染产生重大影响。在现阶段生态环境逐步恶化的情况下，必须做好柴油机减排工作。