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发动机SCR系统遭遇更严格排放法规的挑战

发布时间:2013-07-19 09:29:02 来源:《柴油机进展》中文版 作者:Raimund Müller
  【中国工程机械品牌网 报道】显而易见地,对于重型发动机的SCR系统技术而言,一种产品并不能满足所有发动机的需求。
  谈到排放控制,不难发现近几年来柴油机和气体燃料发动机的制造商已经将产品开发的焦点转向非公路车载设备。美国和欧洲已经对高至750马力的重型发动机其NOx和PM排放均提出了类似并且严格的限值要求。在欧洲,高于750马力发动机的排放法规还没有开始执行,而在美国此类发动机的排放法规已经制定完成,但排放限值略低于严限。机动车,海洋船舶及固定发电机组用发动机也有各自的排放法规。
  与小型发动机相同,以满足最终Tier 4法规限值为目标,选择性催化还原(SCR)技术有望成为重型发动机开发的主流技术。借助SCR系统特殊的还原催化剂、典型以尿素溶液作为还原剂,能够有效降低发动机的氮氧化物排放。
对于装备SCR系统的重型发动机来说,需要安装特定的歧管和喷嘴,用来供给尿素溶液并均匀喷入排气中,Emitec开发了一款这样的新产品。
对于装备SCR系统的重型发动机来说,需要安装特定的歧管和喷嘴,用来供给尿素溶液并均匀喷入排气中,Emitec开发了一款这样的新产品。
  这种尿素溶液还原剂也称作添蓝溶液或柴油机专用尿素液(DEF),一般还原剂的喷射量很少,通常根据发动机NOx的瞬时质量流量和所需的NOx还原速率计算还原剂的精确喷射量。一般由计量泵或计量阀计算所需尿素量。采用尿素计量泵和喷射器向尿素喷嘴内喷入压缩空气和尿素,以辅助尿素雾化。
  对于单液体尿素供给系统(非气助式),它是借助一个脉冲调制喷射阀所形成的液压来实现尿素溶液的雾化,该阀安置在排气管SCR催化器前端。
  当在车辆,设备或装置中无法安装空气压缩装置时,则更倾向于采用非气助/液压式的喷射系统的催化系统。废气气流中尿素蒸发速率和转化反应速率在尿素转化为氨并均匀混合的过程中相互制约,二者是影响NOx最佳转化效率及系统安全运行避免沉积形成的重要因素。
  Emitec开发了一种通用混合管,结合尿素喷射阀和安装在排气管喷嘴后端的水解催化器(采用特定的Emitec MX结构),此款催化装置可以应用于多种废气系统结构,并且不需要对其进行额外的标定测试。
  对于重型柴油机SCR系统来说,现有的尿素泵和尿素喷嘴往往不能满足使用需求。Emitec的解决办法是采用特定的控制软件将两个或更多的泵组合使用。
  重型发动机需要多个尿素喷嘴,因此为了满足大型固定式和移动式设备发动机的要求,对大容量工业泵进行改装。并经过特定歧管将尿素输运到各个喷嘴,并向排气管均匀喷射尿素。Emitec将六个独立的混合管组合用于3000到4000马力柴油机的设计研究中。选用的混合管已经在非道路移动式和固定式设备上设备成功应用。
  应用于系列产品机械上的尿素喷嘴和混合管元件已经得到广泛的验证测试,一些产能较低的重型发动机制造商在不增加测试投入的情况下,采用成熟的技术便可成功生产。
采用SCR系统的大型柴油发动机,对尿素的需求量可能会超过为小型发动机应用开发的泵和喷油器的容量。一种解决方案是将两个或两个以上的泵组合,如EMITEC UDA2尿素泵,采用特定的控制软件。
采用SCR系统的大型柴油发动机,对尿素的需求量可能会超过为小型发动机应用开发的泵和喷油器的容量。一种解决方案是将两个或两个以上的泵组合,如EMITEC UDA2尿素泵,采用特定的控制软件。
  我们可以根据重型发动机的特定需求选择催化器类型,一般指发动机自身的性能需求。包括了减小重量和体积,以及为了实现最佳燃油消耗,满足催化器的机械强度和耐热性要求,而降低后处理器背压。
  利用金属薄片制成形状多样、孔隙密度各异的金属载体,这种载体已经成功应用于很多设备中,也可以系列化生产圆形,方形,椭圆形或六角形表面的载体。
  对于一些使用直径大于24英寸载体的设备而言,载体的大小是可以定制的,而直径大于18英寸的系列产品部件一般采用模块法生产。
  六角形载体的边界是六角形阵列,几近圆形,节省成本,外壳结构很轻,并且热绝缘性好。
  根据设计优先原则,以载体空间分配-背压和燃料质量关系为例,载体孔隙密度的设计应以增加载体表面积和开口截面为原则。金属载体应形状多样,并且借助湍流诱导结构(如Emitec的LS结构)具有进一步提高催化转化效率可能性的特征,如Emitec的LS结构。金属载体可以采用一些催化器涂层成品材料。汽车,非道路用机械及固定式设备最常用的材料为TiO2-V及铁基沸石和铜沸石。
  目前,配置SCR系统的高于750马力重型发动机开始应用于机动车,船舶和固定式设备领域,但对于大型建筑和采矿设备来说是极大的挑战。该行业的供应商也将向市场提供成熟的解决方法。
    本文属《柴油机进展》中文版独家向中国工程机械品牌网供稿,如需转载请注明来源和作者,违者必究!

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