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车用尿素与SCR两者原理解析
来源:车用尿素水,车用尿素液-蓝禾素车用尿素溶液 | 发布时间:2017/8/28 | 浏览次数:

车用尿素与SCR两者原理解析
柴油发动机自1892年问世以来,凭借其良好的动力性、经济性和耐久性等优点, 在各种动力装置、船舶和车辆上得到了广泛的应用。从上世纪80年代后期开始, 轿车上也越来越多地应用柴油发动机,目前德国生产的1.4~2.0L 排量的小轿车中, 有 61%是柴油机轿车,而法国柴油发动机轿车的比例高达88%。从世界范围来看, 汽车柴油化已成为一种不可逆转的趋势。

柴油机与同等功率的汽油机相比,微粒(PM)和氮氧化物(NOx) 是排放中两种最主要的污染物。从目前降低汽车尾气排放的技术途径来看,要达到国Ⅳ排放标准,一般不再从发动机本身的结构方面采取措施,通常是采取排气后处理的方式来降低污染物的排放量,而尿素作为选择性催化还原法(SCR)是最具现实意义的方法, 它能把发动机尾气中的NOx 减少50% 以上。

什么是SCR?
SCR是Selective Catalytic Reduction的缩写,选择性催化还原转化器。SCR是用来降低发动机尾气中的NOx(氮氧化物)的,使车辆满足更高的排放法规要求,比如欧Ⅳ、国四排放要求。SCR的原理就是在含有NOx的尾气中喷入尿素水溶液(Adblue),使其中的NOx还原成N2(氮气)和H2O(水)。

由于NH3可以选择性的与NOx反应而不是被氧气氧化,因此反应称为选择性的关系:带SCR系统的卡车或轿车要使用尿素水溶液,如果不加的话OBD就会报警,超过2小时还不加,OBD就会限制发动机的输出功率,车辆加速无力,更长时间不加,OBD就会将发动机锁死。

SCR安装在柴油汽车排气系统中,将柴油发动机排气中的NOx催化还原成N2和O2。尿素溶液通过一个加热的管道从尿素储液罐中被吸取,然后用压缩空气将尿素溶液均匀地吹入尾气中, 尿素溶液被气化并释放出氨气,然后在SCR系统的催化器中使NOx加速转化成纯净的氮气和水。

尿素热解原理:
尿素受热水解成氨气和水。
( NO2) 2CO→HNCO+2NH3
水解:HNCO+H2O→CO2+2NH3
合成:( NH2) 2CO+H2O→CO2+2NH3
NOx 转换:4NO+4NH3+O2→CO2+2NH3
6NO2+8NH3→7N2+12H2O
氨气与NOx 催化还原反应生成对人体无害的N2(氮气)与H2O(水)。

尿素的喷入量必须与NOx 的浓度相匹配,在保证降低 NOx 的同时,不能超过一定的剂量。尿素的喷入量过少,达不到应有的处理水平; 尿素的喷入量过多,则会使多余的氨气排入大气,导致新的污染。所以,必须要有高灵敏度的NOx浓度传感器以及相应的高精度的尿素喷射装置。

为了选择清除NOx的最佳方法,有必要研究柴油发动机的尾气排放情况,特别是NOx排放时的温度区间以及浓度。测试数据表明,大约80%的NOx是在柴油机最大负荷时排放的,其相应的温度区间为350~550℃。由于尾气经过排气管路会有一定程度的降温, 因此催化转化器的工作温度可以限定在250~500℃。

SCR的工作效率取决于气体的温度,如果在 200~500℃的温度范围内工作,其效率是 85% , 实际车辆的操作条件都可以达到这个要求。欧Ⅳ标准要求的转化率是50%,欧Ⅴ标准要求达到 70%, 所以 SCR 系统完全能够满足要求。

我国正在积极地实施更为严格的排放法规,特别是制定了中重型柴油车的排放标准,其实施步骤是: 2016年4月1日东部11省市实施国五排放法规, 2018年1月1日全国实施国五排放法规。

要达到国五排放标准,尿素-SCR催化净化技术是柴油机尾气污染治理最有效的技术之一。但是, 要使该技术在我国得到应用,还存在很多问题。首先是技术问题,需要对发动机机内燃烧技术进行改进,再加上后处理装置。再者就是成本问题SCR技术比DPF技术更为复杂,成本也相对较高;发动机基本上都是采用高压共轨技术, 此技术的成本约为发动机成本的50%, 对发动机生产企业来讲压力很大。此外, 还有尿素加注站的问题,需要国家的规划和政府的大力支持。目前,蓝禾素正与多方合作在全国多地建设加注站点,解决用户加注难问题。

 
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