柴油機SCR尾氣後處理

柴油機SCR尾氣後處理，是針對在廢氣中的一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）及顆粒（PM）等排放物得到有效控制並達到法規的要求，最後對發動機排出尾氣中含量較高的氮氧化物（NOX）再利用專門的車載後處理系統進行處理。一種尾氣處理策略。

目前,多種柴油機尾氣後處理技術已被提出並處於研發狀態,其中氧化催化(DOC)、微粒過濾器(DPF)、NOx 選擇催化還原(SCR)等技術有望達到實用化。選擇催化還原也稱 SCR(Selective Catalytic Reduction)方法,該技術能使尾氣中 NOx被加速還原的同時有效抑制氧化反應,並能在不降低發動機效率的前提下使 NOx 轉化率達到 90%,具有較好的燃油經濟性與高抗硫性等優點。為滿足歐Ⅳ、歐Ⅴ排放標準,SCR 技術已成為中重型柴油機企業首選 NOx 淨化方案,並日趨為人們接受成為柴油機尾氣 NOx 後處理的主流研究方向。

其基本工作原理就是通過優化柴油發動機缸內燃燒過程，使燃燒廢氣中的一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）及顆粒（PM）等排放物得到有效控制並達到法規的要求，最後對發動機排出尾氣中含量較高的氮氧化物（NOX）再利用專門的車載後處理系統進行處理，以滿足法規要求。在後處理過程中，定量給料單元會根據發動機電控單元給出的指令精確地將與發動機運行工況相匹配的尿素量噴入排氣管，尿素分解出的氨與氮氧化物在催化器中經過催化還原反應最後生成無害的氮氣（N2）和水（H2O）。據測定，SCR 尾氣後處理系統對氮氧化物的轉化率通常能達到60%以上。 ^[1] 

SCR 尾氣後處理系統主要由催化器，尿素箱，尿素供給單元，尿素噴嘴，氮氧化物傳感器，排氣温度傳感器，環境温度傳感器，壓差傳感器，噴射線管路，壓縮空氣罐，空氣濾等組成，如圖1 SCR 原理圖。

尿素箱用於尿素溶液的儲存與供給。在尿素箱上安裝有液位及温度傳感器。液位傳感器用於系統診斷、尿素用量監控及低液位報警等。温度傳感器則用於監測尿素溶液的温度，以確定是否需要啓動或者關閉加熱裝置，防止溶液凍結或過熱。對尿素箱的加熱大多利用發動機冷卻液來完成，其冷卻液管路的控制電磁閥由發動機電控單元控制。

壓縮空氣罐用於給定量給料單元提供壓縮空氣。壓縮空氣經空氣濾清器過濾後再進入定量給料單元。定量給料單元是 SCR 尾氣後處理系統的核心單元，也是一個高精度元件。它的微處理器受發動機電控單元 ECM 控制，用於將與發動機運行工況所產生的氮氧化物量相匹配的尿素量噴入排氣管。在給料工作時，其內部的電動泵根據微處理器接收到的指令從尿素箱吸入所需要量的尿素溶液，尿素溶液與壓縮空氣混合並霧化進入噴射管路。為了保證其正常工作，該單元還具有自除氣和自清潔功能。即在每次工作前，電動泵以最大工作流量從尿素箱吸入尿素溶液並經迴流管返回，以除去管路中可能存在的空氣對計量精度的影響，該過程被稱作除氣過程。在電動泵停止工作後，壓縮空氣會持續供給直至將管路中的尿素溶液吹除乾淨，以防止尿素在管路中殘留結晶阻塞管路，該過程被稱作清潔過程。定量給料單元與尿素箱之間有兩條管路相連，即供給管和迴流管。供給管用於給料及除氣過程尿素溶液的供給。迴流管則主要用於除氣過程中尿素溶液的迴流。

為了保證在較低環境温度條件下後處理系統的正常工作，防止管路中尿素溶液凍結，該兩條管路採用了電加熱裝置來進行有效保護。電加熱裝置的控制繼電器也是由發動機電控單元控制。

噴嘴安裝於催化器前的排氣管道內，通過噴射管道與量給料單元相連。主要作用是在給料過程中將霧化的尿素溶液均勻地噴入發動機排氣中，這樣將使尿素溶液遇熱後分解出的氨能更均勻地分佈到排氣中。

催化器是 SCR 尾氣後處理系統的另一個核心單元，兼有尾氣催化轉化和噪音消聲兩個功能。其內部由三個獨立、串聯的單元組成，分別是氨擴散器、催化轉化器和消聲器。擴散器的主要作用是將氨均勻地分佈到催化器表面。氮氧化物與氨經催化還原反應最終生成無害的氮氣和水的過程則是在催化轉化器內完成的。催化器還對燃油提出了特殊的要求，即必須使用符合規定的低硫含量的燃油。若使用高硫含量的燃油，則其產生的硫化氨會污染催化轉化器表面，這樣就會降低催化器尤其是在低温時的轉化效率。在催化器的入口和出口處各安裝有一隻温度傳感器，用於檢測催化器是否達到要求的温度來保證催化還原反應的正常進行，並據此確定需要噴入的尿素量。催化還原反應所要求的最低排氣温度為200℃。催化器上還安裝有一隻氮氧化物傳感器，用於監測經過催化器處理後尾氣中氮氧化物的排放是否達到預期的效果。 ^[2]