SCR技术给柴油车尾气“消毒”
在清河县经济开发区，一条现代化的汽车尾气处理系统生产线正在紧张建设中。 选择、催化、还原，凭借此“三合一”的汽车选择性催化还原尾气处理技术（简称SCR），河北亿利橡塑集团吸引国际巨头——意大利康纳利亚公司，共同投资8亿元建设此生产线。 “该项目建成后，每年可生产汽车尾气处理系统20万套。”7月13日，负责该项目的亿利集团总工程师龙顺洪表示，“这种SCR系统可以给尾气‘消毒’，将尾气中的氮氧化物转化为无害的氮气和水，转化率高达95%。” “三位一体”操作，可以节约燃油5%—7% 启动发动机后，泵送系统随即运转。化学反应剂被抽取并喷射到尾气处理器中，尾气中的氮氧化物，在反应剂的作用下被催化还原成氮气和水，排入大气。 7月13日，在亿利集团产品展室，龙顺洪向记者演示了SCR的运转过程。记者看到，与普通柴油车排放的尾气相比，采用SCR技术处理后的尾气接近于无色，并且没有明显的气味。 “在众多尾气处理系统中，SCR是实现柴油车国四、国五排放标准的最佳选择。”龙顺洪说，当前国际柴油机行业实现氮氧化物减排，主要有两条技术路线：选择性催化还原路线（SCR）和废气再循环路线（EGR）。对于尾气中氮氧化物和颗粒物这两大来源，废气再循环路线是将发动机的废气导入到发动机燃烧室以降低燃烧温度从而降低氮氧化物排放。 “但是，这些废气会降低燃烧室的氧气含量，”龙顺洪介绍，会引起局部缺氧燃烧，造成燃油浪费，同时由于不充分燃烧也造成柴油车动力下降。“该系统需要发动机冷却系统提供强大的散热能力，系统中处理颗粒物的关键部件——颗粒物捕捉器还需要定期清洗，不适合柴油车长途作业的状况。” “相比较而言，SCR系统可以节约燃油5%—7%。”龙顺洪解释，SCR系统通过采用发动机机内技术降低颗粒物排放，然后在尾气处理部分进行选择、催化、还原的“三位一体”操作，选择氮氧化物，用尿素作化学还原剂，通过催化反应将氮氧化物还原成尿素和水，使尾气达到排放标准。 更重要的是，EGR系统对油品硫含量的要求也较高，不适应我国的现状。龙顺洪说，目前我国油品硫含量普遍在0.25%以上。EGR要求油品硫含量在0.005%以下，“如果硫含量高，燃油燃烧产生的二氧化硫与水结合在一起，会腐蚀废气再循环的管道，导致系统部件的大量损坏”。 SCR无疑在这方面也具有优势。“它对燃油硫含量要求相对较低，只要求硫含量在0.03%以下。”不仅如此，龙顺洪说，应用SCR的柴油车，无论是国四机型还是国五机型，都可选用同一发动机技术平台。“这不但省去生产工艺改造的麻烦，还在很长时间内都可以满足排放法规的要求。”智能微喷射，氮氧化物转换率高达95% 在亿利集团产品展室，记者看到SCR系统主要包括尿素罐、尿素泵、智能电子控制单元（DCU）和催化处理器等部件。 “当SCR系统工作时，尿素泵从尿素罐中抽取尿素水溶液，在发动机的喷嘴处建立具有一定压力的溶液待用。”龙顺洪告诉记者，由于尿素的主要成分是氨，但纯氨具有毒性和刺鼻气味，且不易储存运输，因此他们选用了浓度32.5%的尿素水溶液作为化学反应剂。 要实现最佳转化，就必须精确控制尿素水溶液的供给和喷射。但由于我国交通状况复杂，不同车型发动机工作状态各异，如何使SCR系统在适应各种工况环境的基础上，达到精确的控制和达标的减排效果，成为技术的难点。SCR系统的技术挑战也从这里开始。 “尿素水溶液喷多了不仅造成尿素溶液结晶，而且易引发氨气泄露危险；喷少了，化学反应不够，氮氧化物排放不达标。”龙顺洪说，为此，他们自主开发了DCU的软硬件，并独创了递推算法，可以在短时间内对发动机各项工作参数、尾气中氮氧化物含量等进行精确测定，并计算出合适的溶液喷射量。 经过优化设计，DCU可以实现在发动机任意转速和负载状况下，都能使溶液喷射量与氮氧化物输出量相匹配。 精准控制喷射量迈出第一步，优化喷射系统对于达到最佳转换效率更为关键。“喷出的尿素水溶液，直径越小、分布越均匀，效果越好。”龙顺洪说，他们选用气体辅助的雾化方式，在尿素泵内设计有气液混合器，在喷头部件内设计了微型的混合雾化结构，这样确保喷射的溶液流动更连续，雾化效果更为均匀和细密。 龙顺洪介绍，经过优化的喷射系统喷出的尿素水溶液SMD（索特平均直径，即颗粒群表面积分布的平均直径）可以达到微米级，平均液滴直径13微米。 “如此的智能微喷射，可以使氨与氮氧化物进行更为完全的化学反应，氮氧化物（NOx）转化率最高达95%，减排效果明显。”龙顺洪简单算了一笔账：“以一个12升375kw的柴油发动机计算，国三标准NOx排放限值5.0g/kwh，国四限值3.5g/kwh，减排1.5g/kwh。如果20万套SCR系统，每天运行8个小时，一年将减排氮氧化物32.8万吨。” 而仅我省唐山市2012年的氮氧化物排放量就为39.2万吨。根据规划，到十二五末，我省氮氧化物排放量要比2013年削减34.96万吨。“如此，20万套SCR系统的减排量，就相当于整个河北省今明两年的减排量，接近唐山一年的排放量。”龙顺洪说。
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