汽车排放及控制技术第7章柴油机后处理净化课件

提问61 1、什么是机外净化技术、什么是机外净化技术？2 2、过过量量空空气气系系数数是是多多少少时时，三三效效催催化化器器对对汽汽车车尾尾气气有害气体的转化效果最好有害气体的转化效果最好？3 3、催化器由哪些部分组成？各部分的作用是什么？、催化器由哪些部分组成？各部分的作用是什么？4 4、三三效效催催化化剂剂的的由由哪哪些些贵贵金金属属组组成成？各各自自的的作作用用是是什么？什么？5 5、试简单阐述催化剂的反应机理。、试简单阐述催化剂的反应机理。6 6、简述三效催化剂的劣化机理。、简述三效催化剂的劣化机理。7 7、简述三效催化转化器的主要性能指标及影响因素。、简述三效催化转化器的主要性能指标及影响因素。8 8、简简述述稀稀薄薄燃燃烧烧尾尾气气处处理理方方法法与与普普通通发发动动机机尾尾气气处处理方法有什么区别。理方法有什么区别。9 9、简述吸附还原催化技术反应原理。、简述吸附还原催化技术反应原理。1提问61、什么是机外净化技术？1 MECHANICAL&ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE OF SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY汽车排放与污染控制汽车排放与污染控制主讲:穆桂脂山东农业大学山东农业大学 机械与电子工程学院机械与电子工程学院2 MECHANICAL&ELECTRICAL ENG7.1 7.1 概述概述7.2 7.2 微粒捕集技术微粒捕集技术7.3 7.3 氮氧化物后处理净化技术氮氧化物后处理净化技术7.4 7.4 氧化催化技术氧化催化技术7.5 7.5 柴油机后处理复合净化技术柴油机后处理复合净化技术第7章 车用柴油机后处理净化第第7 7章章 柴油机后处理净化技术柴油机后处理净化技术 MECHANICAL&ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE OF SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY37.1 概述第7章 车用柴油机后处理净化第7章 柴油机主要内容主要内容分分析析柴柴油油机机微微粒粒捕捕集集器器的的过过滤滤机机理理，介介绍绍了了常常用用过过滤滤材材料料及及其其再再生生技技术术。还还讨讨论论NONOX X的的选选择择性性催催化化还还原原、选选择择性性非非催催化化还还原原、吸吸附附催催化化还还原原以以及及等等离离子子辅辅助助催催化化还还原原等等NONOX X的的后后处处理理净净化化技技术术并并介介绍绍柴柴油油机机后后处处理理复复合合净净化化技术。技术。MECHANICAL&ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE OF SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY4主要内容分析柴油机微粒捕集器的过滤机理，介绍了常用过滤材料及 MECHANICAL&ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE OF SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY5 MECHANICAL&ELECTRICAL ENG概述概述第七章 车用柴油机后处理净化随着排放法规的进一步严格，仅仅靠机内净化技术是不够的，必须同时采取机外净化技术。必须同时采取机外净化的理由：1.润滑油的消耗只能减少到一定的程度，任何一种发动机不可能不消耗润滑油。2.机内净化主要以油气充分混合为目的，如高压喷射技术对大微粒的减少是以增加细小微粒数量为代价，而细小微粒对人体和环境的危害更大。3.降低微粒与降低NOx之间存在一定的矛盾。6概述第七章 车用柴油机后处理净化随着排放法规的进一步严77柴油轿车排放限值演变过程8柴油轿车排放限值演变过程8欧欧V排放标准的要求排放标准的要求 9欧V排放标准的要求 9柴油机排气后处理技术路线10柴油机排气后处理技术路线10柴油机排气后处理技术路线11柴油机排气后处理技术路线111212 MECHANICAL&ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE OF SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY7.2 微粒捕集技术13 MECHANICAL&ELECTRICAL ENG微粒捕集器微粒捕集器 通过对多种捕集柴油机排气微粒途径的研究比较，普遍认为可行性较大的方案是采采用用过过滤滤材材料料对对排排气气进进行行过过滤滤捕捕集集，即即微微粒粒捕捕集集器器法法。柴油机微粒捕集器（DPF，diesel particulate filter）被公认为是柴油机微粒排放后处理的主要方式。微粒捕集器的关键技术是过过滤滤材材料料的的选选择择与与过过滤滤体体的的再再生生，其其中中又又以以后后者尤为重要。者尤为重要。本节主要介绍微粒捕集器的过滤机理、过滤体材料及其结构、过滤体再生等三个方面的问题。柴油机微粒捕集器 14微粒捕集器 通过对多种捕集柴油机排气微粒途径的研究比较，普遍过滤机理过滤机理第七章 车用柴油机后处理净化通过对多种柴油机排气微粒捕集途径的研究比较，宜采用多孔介质或纤维过滤材料对排气进行过滤，目前应用最多的是壁流式蜂窝陶瓷。一个好的过滤体应该是过滤效率高且压力损失低。微粒捕集示意图 15过滤机理第七章 车用柴油机后处理净化通过对多种柴油机排微粒捕集过程微粒捕集过程按过滤体结构特征不同分为按过滤体结构特征不同分为：表面过滤型：表面过滤型：用较密实的表面过滤微粒。单位体积表面积大，材料壁薄，过滤效率高，流动阻力小，但过滤体形状复杂，在高温度下易损坏。体积过滤型：体积过滤型：用比较疏松的过滤体容纳微粒。难以兼顾高效率和低阻力，但结构均匀，不易产生很大的热应力。捕集器过滤材料有陶瓷基、金属基和复合基三大类。采用不同过滤材料的微粒捕集器结构可能不同，但过滤机理基本一致。16微粒捕集过程按过滤体结构特征不同分为：16过滤机理的分类过滤机理的分类第七章 车用柴油机后处理净化17过滤机理的分类第七章 车用柴油机后处理净化17扩散机理 在排气气流中，微粒由于受到气体分子热运动的碰撞而作布朗运动，使微粒的运动轨迹与流体的流线不一致。初始排气中的微粒浓度分布是均匀的，布朗运动不会引起微粒的宏观输运，即微粒浓度分布的均匀性不会发生改变。但是，当流场中出现捕集物后，捕集物对微粒的运动起到了汇集的作用，从而造成排气中微粒分布的浓度梯度，引起微粒的扩散输运，使微粒脱离原来的运动轨迹向捕集物运动而被捕集。第七章 车用柴油机后处理净化微粒沉积的三种机理1-扩散机理微粒；2-拦截机理微粒；3-惯性碰撞机理微粒 18扩散机理 在排气气流中，微粒由于受到气体分子热运动的碰撞而作扩散机理扩散机理 微粒的尺寸越小，排气温度越高，则布朗运动越剧烈，扩散沉积作用越明显。其扩散捕集仅仅发生在微孔内距入口很近的范围内，减小平均微孔径可以提高微粒的扩散沉积效率，但是这会导致过滤体压力损失的上升。由于排气流速决定了微粒在过滤体内的滞留时间，排气流速越小，扩散捕集效率越高。第七章 车用柴油机后处理净化不同直径微粒的扩散捕集效率当微粒直径小于1m时，需要考虑微粒的扩散作用，当微粒的直径小于0.1m时，扩散作用已经十分显著。19扩散机理 微粒的尺寸越小，排气温度越高，则布朗运动越剧烈，扩拦截机理拦截机理第七章 车用柴油机后处理净化当微粒接近过滤表面，一旦微粒与过滤表面的距离小于或等于其半径，即微粒直径大于或等于过滤微孔直径时，微粒就被拦截捕集，过滤体起了筛子的作用，这就是拦截机理。拦截机理20拦截机理第七章 车用柴油机后处理净化当微粒接近过滤表面惯性碰撞机理与综合过滤机理惯性碰撞机理与综合过滤机理惯惯性性碰碰撞撞机机理理一一般般把把微微粒粒理理想想化化为为只只有有质质量量而而没没有有体体积积的的质质点点。当当气气流流转转折折时时，微微粒粒仍仍有有足足够够的的动动量量按按原原运运动动方方向向继继续续对对着着捕捕集集物物前前进进而而偏偏离离流流线线，使使一一些些微微粒粒碰碰撞撞到到捕捕集集物物而而被被捕捕集集分分离离。由由于于柴柴油油机机微微粒粒质质量量太太小小，其其扩扩散散作作用用要要强强于于惯惯性性作作用用，所所以以过过滤滤体体对对柴柴油油机机微微粒粒的的惯惯性性捕捕集集效效率率较较扩扩散散捕捕集效率低。集效率低。综综合合过过滤滤机机理理认认为为在在微微粒粒的的过过滤滤过过程程中中，扩扩散散、拦拦截截和和惯惯性性碰碰撞撞通通常常是是组组合合在在一一起起同同时时起起作作用用的的，但但这这三三种种机机理理并并不不是是完完全全独独立立的的。事事实实上上，如如果果扩扩散散、拦拦截截和和惯惯性性碰碰撞撞三三种种机机理理同同时时作作用用，理理论论上上存存在在透透过过性性最最大大的的微微粒粒直直径径，若若微微粒粒小小于于这这个个直直径径，扩扩散散作作用用占占主主导导，总总的的捕捕集集效效率率随随直直径径的的减减小小而而增增加加；若若微微粒粒大大于于这这个个直直径径，拦拦截截和和惯惯性性碰碰撞撞作作用用占占主主导导，总总的的捕捕集集效效率率随随直直径径的的增增大大而而增加。增加。21惯性碰撞机理与综合过滤机理惯性碰撞机理一般把微粒理想化为只有过滤体材料及其结构过滤体材料及其结构第七章 车用柴油机后处理净化壁流式蜂窝陶瓷 22过滤体材料及其结构第七章 车用柴油机后处理净化壁流式蜂陶瓷基过滤材料陶瓷基过滤材料 陶陶瓷瓷基基过过滤滤材材料料通通常常由由氧氧化化物物或或碳碳化化物物组组成成，具具有有多多孔孔结结构构，在在700700以以上上能能保保持持热热稳稳定定，比比表表面面积积大大于于1m1m2 2/g/g，主主要要结结构构包包括括蜂蜂窝窝陶陶瓷瓷、泡泡沫沫陶瓷及陶瓷纤维毡。陶瓷及陶瓷纤维毡。第七章 车用柴油机后处理净化壁流式蜂窝陶瓷整体与多空陶瓷微观结构 进气道 排气道 过滤壁面 陶瓷堵封23陶瓷基过滤材料 陶瓷基过滤材料通常由氧化物或碳化物组成壁流式蜂窝陶瓷壁流式蜂窝陶瓷壁流式蜂窝陶瓷 壁流式蜂窝陶瓷具有多孔结构，相邻两个通道中，一个通道入口被堵住，另一个通道出口被堵住。这种结构迫使排气从入口敞开的通道进入，穿过多孔的陶瓷壁面进入相邻的出口敞开通道，而微粒就被过滤在进气道的壁面上，这种微粒捕集器对微粒的过滤效率可达90%以上。产生的压力损失主要包括：陶瓷壁面产生的压力损失、碳烟微粒层产生的压力损失、进排气道内部流动摩擦引起的沿程损失和、进气道入口处流动面积突然变小产生的局部损失和排气道出口处由于流动面积突然变大产生的局部损失。24壁流式蜂窝陶瓷壁流式蜂窝陶瓷 壁流式蜂窝陶瓷具有多孔结构泡沫陶瓷过滤材料泡沫陶瓷过滤材料泡沫陶瓷泡沫陶瓷的显微结构 泡沫陶瓷与蜂窝陶瓷相比，可塑性大大增强，孔隙率大（80%90%）且孔洞曲折。这种结构可改善反应物的混合程度，有利于表面反应；它的热膨胀系数各向同性，具有更好的热稳定性，因此近些年被用作柴油机排气微粒的过滤材料，但需解决捕集效率较低及烟灰吹除难等问题。其工作原理主要是深床过滤，部分颗粒物渗入多孔结构中，有利于颗粒物与催化剂的接触。氧化锆增强的氧化铝(ZTA)是一种广泛研究的泡沫陶瓷材料，相对于堇青石等其它陶瓷材料，ZTA基本上不与催化剂发生反应，因而更可取。25泡沫陶瓷过滤材料泡沫陶瓷泡沫陶瓷的显微结构 泡陶瓷纤维过滤材料陶瓷纤维过滤材料陶瓷纤维毡过滤体结构 第七章 车用柴油机后处理净化 陶瓷纤维材料不受固定尺寸的限制，给过滤体的孔形状和孔分布提供了广泛的选择余地，通过改变各种设计参数可使应用效果最佳。陶瓷纤维毡具有高度表面积化的特点，过滤体内纤维表面全是有效过滤面积，过滤效率可高达95%，美国3M公司生产的微粒捕集器采用该材料，它能承受再生时的较高温度。但陶瓷纤维是一种脆性的耐高温材料，生产工艺较复杂且易损坏。陶瓷纤维材料26陶瓷纤维过滤材料陶瓷纤维毡过滤体结构 第七章 车用柴油金属基过滤材料金属基过滤材料第七章 车用柴油机后处理净化金属在材料的强度、韧性、导热性等方面有陶瓷无法比拟的优势。铁铬铝（Fe-Cr-Al）是一种耐热耐蚀高性能合金，具有热容小、升温快的特点，有利于排气微粒快速起燃，且抗机械振动和高温冲击性能好，近年来受到广泛重视。但构成金属蜂窝体的箔片表面平滑，不是多孔材料，过滤效率较低，在柴油机微粒捕集器方面应用较少。目前研究较多的结构形式主要是泡沫合金、金属丝网及金属纤维毡。RYPOS TPAP金属纤维毡过滤体结构27金属基过滤材料第七章 车用柴油机后处理净化金属在材料的复合基过滤材料复合基过滤材料第七章 车用柴油机后处理净化由于陶瓷基过滤材料与金属基过滤材料都有不可避免的缺陷，目前正在研究复合基增强型过滤材料，且主要集中在纤维毡结构上。如NHK Spring公司发明的新型过滤材料，其过滤体单元由叠层金属纤维毡和氧化铝纤维毡组成。其过滤效率可达80%-90%,同时还能起到消声的作用。28复合基过滤材料第七章 车用柴油机后处理净化由于陶瓷基过再生技术再生技术第七章 车用柴油机后处理净化 微粒捕集器是一种物理性的降低排气微粒的方法，在过滤过程中，微粒会积存在过滤器内，导致柴油机排气背压增加。当排气背压达到20KPa时，柴油机工作开始明显恶化，导致动力性、经济性等性能降低，必须及时除去沉积的微粒，才能使微粒捕集器继续正常工作。微粒捕集器 29再生技术第七章 车用柴油机后处理净化 微粒捕集器再生技术除去微粒捕集器内沉积的微粒的过程称为再生，这是微粒捕集器能否在柴油机上正常使用的关键技术。实用化再生技术应满足以下条件：在微粒捕集器再生过程的研究中，经常要涉及过滤体中已经沉积的微粒质量或过滤体负载量以及再生效果两个概念。（1）能在各种工况下正常工作，具有较高的捕集效率；（2）产生的排气背压低，对柴油机动力性和经济性等性能的影响小；（3）不应对环境产生二次污染；（4）具有良好的可靠性和耐久性；（5）有较强的再生能力和较高的再生效率，再生控制操作方便；（6）性价比高。30再生技术除去微粒捕集器内沉积的微粒的过程称为再生，这是微粒捕过滤体负载量过滤体负载量第七章 车用柴油机后处理净化pp1 1 沉积或负载微粒后的排气背压；沉积或负载微粒后的排气背压；ppe e 洁净的捕集器在同一工况下的排气背压。洁净的捕集器在同一工况下的排气背压。过滤体负载量用无量纲的负载参数过滤体负载量用无量纲的负载参数M M表征表征 31过滤体负载量第七章 车用柴油机后处理净化p1 沉积再生效率再生效率 再生效果用无量纲的再生效率再生效果用无量纲的再生效率r r表征表征：第七章 车用柴油机后处理净化ppr r捕集器再生后的排气背压。捕集器再生后的排气背压。一一般般微微粒粒捕捕集集器器允允许许最最大大负负载载参参数数Mmax35，要求再生效率要求再生效率r 70%80%。32再生效率 再生效果用无量纲的再生效率r表征：第七章 再生系统再生系统第七章 车用柴油机后处理净化根据原理和再生能量来源的不同根据原理和再生能量来源的不同主主动动再再生生系系统统是是通通过过外外加加能能量量将将气气流流温温度度提提高高到到微微粒粒的的起起燃燃温温度度使使捕捕集集的的微微粒粒燃燃烧烧，达达到到再再生过滤的目的。生过滤的目的。被动再生系统利用柴油机排气自身的能量使微粒燃烧，达到在生微粒捕集的效果。33再生系统第七章 车用柴油机后处理净化根据原理和再生能量主动主动再生再生系统系统喷油喷油助燃助燃再生再生系统系统电加电加热再热再生系生系统统微波微波加热加热再生再生系统系统红外红外加热加热再生再生系统系统反吹反吹再生再生系统系统主动再生系统主动再生系统34主动喷油电加微波红外反吹主动再生系统34喷油助燃再生是国内外研究和应用较多的一种主动再生方法，按照其实现方式的不同基本上可以分为以下三种：燃烧器喷油助燃再生、DOC 上游排气管内二次燃油喷射 SFI(Secondary Fuel Injection)再生、缸内燃油后喷 PI(Post Injection)再生。喷油助燃再生系统喷油助燃再生系统35喷油助燃再生是国内外研究和应用较多的一种主动再生方法，按照其燃烧器喷油助燃再生燃烧器喷油助燃再生第七章 车用柴油机后处理净化用丙烷或柴油作为燃料、用电点火的燃烧器来引发微粒捕集器的再生。已沉积在过滤体中的微粒的燃烧必须进行得尽可能迅速和完全，但不能使陶瓷过滤体过热而碎裂或熔融。这就要求在燃料流量、助燃气流流量和氧浓度、燃烧器工作时间与已沉积的微粒质量之间进行优化匹配。燃烧器喷出的火焰温度应尽可能均匀，平均温度至少在700800，以便可靠点燃微粒。再生周期取决于微粒沉积速度。36燃烧器喷油助燃再生第七章 车用柴油机后处理净化用丙烷或带再生燃烧器的微粒捕集器带再生燃烧器的微粒捕集器带再生燃烧器的微粒捕集带再生燃烧器的微粒捕集器串连在排气管中，结构器串连在排气管中，结构简单，如图简单，如图(a)(a)所示。所示。如在过滤体前设置一旁通如在过滤体前设置一旁通排气管，如图排气管，如图(b)(b)所示。所示。在柴油机排气系统中安装在柴油机排气系统中安装两套微粒捕集器，如图两套微粒捕集器，如图(c)(c)所示所示。DPF在排气系统中的布置37带再生燃烧器的微粒捕集器带再生燃烧器的微粒捕集器串连在排气管3838DOC 上游排气管内二次燃油喷射该再生系统在 DOC 上游喷入一定量的燃油，利用燃油在 DOC 内的氧化放热提高排气温度实现 DPF 主动再生。39DOC 上游排气管内二次燃油喷射该再生系统在 DOC 上游喷缸内燃油后喷再生缸内燃油后喷 PI 再生，该再生系统不需要采用任何额外的喷油设备，利用发动机原有的高压共轨燃油喷射系统，实现对燃油喷射的柔性控制。日本日野汽车的 DPR(Diesel Particulate Active Reductions System)系统已成功的实现了缸内燃油后喷再生，并已投入生产。如图 所示，该系统主要包括电控单元 ECU、共轨燃油喷射系统、DOC 以及 CDPF。40缸内燃油后喷再生缸内燃油后喷 PI 再生，该再生系统不需要采电加热再生系统电加热再生系统第七章 车用柴油机后处理净化电加热再生系统的功率一般在36kW之间，结构简单，使用方便、安全可靠，但再生时热量利用率和再生速率低，消耗能量较多。蜂窝陶瓷再生加热电阻丝结构1-回形电阻丝；2-螺旋形电阻丝在微粒捕集器工作一段时间后，采用电热丝或其它电加热方法，周期性的对微粒捕集器加热使微粒燃烧。41电加热再生系统第七章 车用柴油机后处理净化电加热再生系4242微波加热再生系统微波加热再生系统第七章 车用柴油机后处理净化 利用微波独具的选择加热及体积加热特性来再生微粒捕集器。微粒可以以60%70%的能量效率吸收频率为210GHz的微波，由于陶瓷的损耗系数很低，所以微波并不会加热陶瓷过滤体。再生过程中过滤体内部温度梯度小，再生过程易于控制。微波再生效率高，没有二次污染。43微波加热再生系统第七章 车用柴油机后处理净化 利用微波红外加热再生系统红外加热再生系统第七章 车用柴油机后处理净化在柴油机微粒捕集器的再生过程中，加热器的辐射能量主要集中在红外波段。在红外再生过程中，首先由加热器加热具有较强辐射能力的红外涂层，再由红外涂层通过辐射方式加热过滤器中捕捉到的微粒物。44红外加热再生系统第七章 车用柴油机后处理净化在柴油机微反吹再生系统反吹再生系统 反吹再生过程的最大特点是能将过滤体与微粒燃烧分开，因此该系统不存在过滤体由于与微粒燃烧而产生破裂和烧熔等问题，也解决了不燃物质在过滤器内累积的问题。当过滤体需要再生时，高压气流从需要再生的微粒捕集器的排气出口端高速喷入，逆向流动的气流将微粒从过滤体表面清除并落入微粒漏斗。收集在漏斗里的微粒由漏斗内的电加热器燃烧。45反吹再生系统 反吹再生过程的最大特点是能将过滤体与被动再生系统被动再生系统46被动再生系统46大负荷再生大负荷再生第七章 车用柴油机后处理净化 柴油机的排气温度是随其工况变化而变化的。在高速大负荷运行时，排气温度可以达到500以上，在此温度下，沉积在过滤器内的微粒可以自行燃烧，从而达到过滤器再生的目的。然而车用柴油机在实际运行中很少在这样的工况下工作，尤其是在城市运行的汽车，基本上以低速运行，柴油机的平均排气温度更低。因此，大负荷再生技术对某些应用场合，尤其是车用是不合适的。47大负荷再生第七章 车用柴油机后处理净化 柴油排气节流再生排气节流再生节流再生是出现较早的技术，也叫强制再生，它实际上是通过某种节流方法控制柴油机的进气量，即进气节流或排气节流，以提高排气温度，使过滤体中的微粒着火燃烧。节流技术拓宽了过滤体利用排气进行再生的工况范围，再生时机也可进行控制。48排气节流再生节流再生是出现较早的技术，也叫强制再生，它实际上催化再生催化再生 在在过过滤滤体体的的表表面面浸浸渍渍催催化化剂剂，催催化化器器与与捕捕集集器器是是同同一一整整体体。使使用用过过程程中中铂铂作作为为催催化化剂剂，当当排排气气温温度度达达到到400左右微粒开始氧化。左右微粒开始氧化。催化再生器49催化再生 在过滤体的表面浸渍催化剂，催化器与捕集催化再生催化再生第七章 车用柴油机后处理净化应用催化再生的主要缺点是固体微粒与催化剂的接触反应极不均匀，很难进行完全再生。另外，由于柴油机排气中的微粒含量很大，随着时间的推移，催化剂的作用会逐渐减弱甚至完全消失，即催化剂中毒。反应方程式反应方程式50催化再生第七章 车用柴油机后处理净化应用催化再生的主要燃油添加剂再生燃油添加剂再生 第七章 车用柴油机后处理净化在燃油中加入金属催化剂（如金属铈Ce)，添加剂与燃油一起在气缸内参与燃烧，燃烧后生成的金属氧化物对微粒起催化作用，降低微粒起燃温度，从而在较低的排气温度下不需外部能源，过滤体能自行再生。51燃油添加剂再生 第七章 车用柴油机后处理净化在燃油中加复合再生系统 图为采用进气节流和燃油添加剂的再生系统。如图所示，这一系统首先利用 FBC 使 PM 的起燃温度由 600降至 300，从而满足大部分运行工况下的再生需要。但当车辆在较低负荷下运行或者按城市驱动循环工作时排气温度仅为 150200，此时可配合采用进气节流，降低过量空气系数，提高排气温度以实现再生。52复合再生系统 图为采用进气节流和燃油添加剂的再生系其他微粒捕集技术1.等离子净化技术柴油机排气中的有害成分经过等离子反应器，发生复杂的化学反应，其中NO很容易被氧化成NO2，NO2的强氧化性能在柴油机正常排气温度下将微粒氧化。此外，通过添加剂或催化剂等方式可提高微粒净化的效率，降低能耗。2.静电分离技术利用静电力吸附排气中的悬浮微粒，从而达到捕集微粒的目的。该技术具有捕集率高，阻力小，捕集粒径范围宽，能耗低以及能在高温高压下连续工作等优点，在工业除尘中应用较广，技术成熟。在排气通道中建立高压强电场，排气流过电场时，带电粒子分别被异性电极吸附，达到微粒净化的目的。53其他微粒捕集技术1.等离子净化技术 在排气通道中建立高压其他微粒捕集技术3.溶液清洗技术让排气通过水或油来清洗微粒。这种方法简单，适合固定的排气设备。4.离心分离技术将排气引入旋风分离器中，利用微粒离心力，将微粒从气流中分离出来。由于柴油机微粒很小，直径大多在1 以下，离心分离技术只能分离微粒的5%10%，效果较差，但这种方法可与其他方法一起使用。5.袋式过滤技术是一种利用纤维作为过滤介质，在排气中的微粒过滤净化设备。滤布做成袋型，其结构简单、工作可靠、成本低、过滤效率高，对半径大于0.1 的微粒，过滤效率达90%以上。54其他微粒捕集技术3.溶液清洗技术54 MECHANICAL&ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE OF SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY7.3 氮氧化物后处理净化技术55 MECHANICAL&ELECTRICAL ENGNOx NOx 机外净化技术机外净化技术第七章 车用柴油机后处理净化NOxNOx的的机机外外净净化化技技术术主主要要是是催催化化转转化化技技术术，主主要要包包括：括：NOx净化器56NOx 机外净化技术第七章 车用柴油机后处理净化NOxNONOX X选择性催化还原选择性催化还原 第七章 车用柴油机后处理净化 选择性催化还原也叫SCR（Selective Catalytic Reduction）方法，SCR转化器的催化作用具有很强的选择性：NOX的还原反应被加速，还原剂的氧化反应则受到抑制。还原剂可用各种氨类物质或各种HC。这种系统的工作温度范围为250500。57NOX选择性催化还原 第七章 车用柴油机后处理净化 NONOX X选择性催化还原选择性催化还原58NOX选择性催化还原585959SCRSCR系统系统第七章 车用柴油机后处理净化以氨水作为还原剂的SCR系统，可以降低柴油机NOX排放95%以上，但柴油机需要一套复杂的控制还原剂喷射量的系统。以尿素作为还原剂的SCR系统，已在发电厂和固定式柴油机上得到应用。对于轿车柴油机来说，从使用的方便性出发，希望可用燃油中的HC作为还原剂，有如下反应式：快速SCR反应：标准SCR反应：60SCR系统第七章 车用柴油机后处理净化以氨水作为还原剂NONOX X选择性催化还原选择性催化还原第七章 车用柴油机后处理净化 与其它催化方法一样，使用SCR降低NOX要求柴油 含 硫 量 越 低 越 好。因 为 硫 会 通 过SSO2SO3NH4HSO4或者(NH4)2SO4的途径生成硫酸铵或硫酸氢铵，它们沉积在催化剂表面上会使其失活。NOX选择性催化还原器 61NOX选择性催化还原第七章 车用柴油机后处理净化 SCR62SCR62NONOX X吸附催化还原吸附催化还原第七章 车用柴油机后处理净化吸附催化还原是基于发动机周期性稀燃和富燃工作的一种NOX净化技术，吸附器是一个临时存储NOX的装置，具有NOX吸附能力的物质有贵金属和碱金属（或碱土金属）的混合物。当发动机正常运转时处于稀燃阶段，排气处于富氧状态，NOX被吸附剂以硝酸盐（MNO3，M表示碱金属）的形式存储起来：63NOX吸附催化还原第七章 车用柴油机后处理净化吸附催化再生方法再生方法第七章 车用柴油机后处理净化当吸附达到饱和时，也需要再生吸附器使其能够继续正常工作，吸附器的再生可通过柴油机周期性的稀燃和富燃工况进行，也可通过人为调整发动机的工作状况，使其产生富燃条件，使硝酸盐分解释放出NOX，NOX再与HC和CO在贵金属催化器下被还原为N2。64再生方法第七章 车用柴油机后处理净化当吸附达到饱和时，富氧状况下富氧状况下NONOX X吸附催化原理吸附催化原理 第七章 车用柴油机后处理净化富氧状况下NOX吸附催化原理 以含碱金属钡（Ba）作为吸附剂为例，在富氧状况下，Pt催化剂使NO氧化成NO2，NO2进一步与吸附剂中的钡生成硝酸钡而被捕集。65富氧状况下NOX吸附催化原理 第七章 车用柴油机后处理富燃状况下富燃状况下NONOX X吸附催化原理吸附催化原理 第七章 车用柴油机后处理净化 在富燃状况下，硝酸钡又分解并释放出NOX，NOX再与HC和CO反应被还原成N2。在贫燃或富燃交替变换的环境下，碱金属钡分别以硝酸钡、氧化钡或碳酸钡的形态存在，起着吸附及释放NOX的作用。富燃状况下NOx吸附催化原理 66富燃状况下NOX吸附催化原理 第七章 车用柴油机后处理NONOX X的选择性非催化还原的选择性非催化还原选选择择性性非非催催化化还还原原也也称称为为SNCR（Selective Non Catalytic Reduction），它它的的原原理理是是在在高高温温排排气气中中加加入入NH3作作为为还还原原剂剂，与与NOX反反应应后后生生成成N2和和H2O，其总量反应式为：其总量反应式为：第七章 车用柴油机后处理净化SNCR方法的优点是可以省去价格昂贵的催化剂。选择压缩上止点后60A左右的时刻向柴油机缸内喷射氨水，可以明显降低NOx的效果。67NOX的选择性非催化还原选择性非催化还原也称为SNCR（Se等离子辅助催化还原等离子辅助催化还原 第七章 车用柴油机后处理净化 等离子技术是指由电子、离子、自由基和中性粒子等组成的导电性流体，整体保持电中性。离子、激发态分子、原子和自由基等都是化学活性极强的物种，首先利用这些活性物种把NO和HC氧化为NO2和部分氧化的高选择性含氧CH类还原剂，然后再在催化剂作用下促使新产生的高选择性活性物种还原NO2，生成无害的N2。等离子辅助催化还原NOX二级系统 68等离子辅助催化还原 第七章 车用柴油机后处理净化 等离子辅助催化还原反应方程式等离子辅助催化还原反应方程式反应方程式如下反应方程式如下：第七章 车用柴油机后处理净化69等离子辅助催化还原反应方程式反应方程式如下：第七章 车等离子体辅助催化的主要作用与优点第七章 车用柴油机后处理净化 等离子辅助催化还原器工作示意图 1.等离子体氧化过程是部分氧化。2.等离子体氧化是有选择性的。3.等离子体可以改变NOX的组成，即先将N氧化为NO2，再利用一种新型催化剂将NO2还原为N2。用低温等离子体技术处理柴油机排放时，可减少NOX、PM、HC的排放。另一优点是对燃料含硫量几乎没有要求，可在相对低的温度下运行。70等离子体辅助催化的主要作用与优点第七章 车用柴油机后处7.4 氧化催化技术 MECHANICAL&ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE OF SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY717.4 氧化催化技术 MECHANICAL&ELEC柴油氧化型催化器由于柴油机排气含氧量较高，可用氧氧化化催催化化 转转 化化 器器（OCC，oxidization catalytic converter）进行处理，消耗微粒中的可溶性有机成分SOF来降低微粒排放，同时也降低HC和CO的排放。72柴油氧化型催化器由于柴油机排气含氧量较高，可用氧化催化转化器氧化催化转化器氧化催化转化器 氧化催化转化器 氧化催化转化器采用沉积在面容比很大的载体表面上的催化剂作为触媒元件，使排气中的部分或大部分HC和CO与排气中残留的O2化合，生成无害的CO2和H2O。氧化催化剂可以氧化微粒中SOF的大部分（SOF可下降40%90%），降低微粒排放，也可使柴油机的CO排放降低30%左右，HC排放降低50%左右。73氧化催化转化器 氧化催化转化器 氧化催化转化器催化剂表面活性催化剂表面活性第七章 车用柴油机后处理净化 催化剂的表面活性作用是利用排气热量激发的。从右图可以看出，当排气温度低于150时，催化剂基本上不起作用。随着负荷增加，排气温度升高，CO和HC净化率也增加，同时由于SOF被氧化，使微粒排放下降。当排气温度高于350后，由于硫酸盐大量生成，反而使微粒排放增加。所以，柴油机氧化催化器的最佳工作温度范围是200350。柴油机使用氧化催化转化器时排气温度对微粒排放量的影响74催化剂表面活性第七章 车用柴油机后处理净化 颗粒氧化型催化器75颗粒氧化型催化器757.5 柴油机后处理复合净化技术 MECHANICAL&ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE OF SHANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY767.5 柴油机后处理复合净化技术 MECHANICAL 柴油机后处理复合净化技术77柴油机后处理复合净化技术77DPNR 技术DPNR（Diesel Particulate NOx Reduction)技术是由日本丰田公司开发的柴油机排气后处理系统，能同时除去柴油机排气中的微粒和NOX，并对CO和HC也具有较好的净化作用。对NOX的净化机理与NOx吸附还原催化装置相同。78DPNR 技术DPNR（Diesel Particulate2.SCR+DOC+DPF组合技术792.SCR+DOC+DPF组合技术793.四元催化转化技术由稀燃NOx催化转化器（Lean NOx Trap,LNT)、DPF（微粒捕集器）和柴油氧化催化器（DOC）三种组合为一体的后处理复合装置。能同时降低柴油机尾气的HC、CO、PM和NOx.利用喷射器向排气中喷射燃料作为还原剂，将NOx还原为N2，DPF捕集尾气中的微粒，此外DOC不断将HC、CO以及微粒表面的SOF氧化，放出热量，一部分用于DPF再生，另一部分用于LNC的还原反应。最优布置方案是DPF+LNT+DOC803.四元催化转化技术由稀燃NOx催化转化器（Lean NO思考题思考题7.1 简述微粒捕集器工作中有哪些过滤机简述微粒捕集器工作中有哪些过滤机理？理？7.2 简述扩散机理的捕集原因？简述扩散机理的捕集原因？7.3 简述微粒捕集器对过滤材料有什么要简述微粒捕集器对过滤材料有什么要求求?目前常用的过滤材料有哪些目前常用的过滤材料有哪些?7.4 分析比较陶瓷基过滤材料与金属过滤分析比较陶瓷基过滤材料与金属过滤材料的性能。材料的性能。7.5 再生系统所采用的再生技术应满足哪再生系统所采用的再生技术应满足哪些条件？些条件？7.6 7.6 简述什么叫主动再生，什么叫被动再简述什么叫主动再生，什么叫被动再生？生？81思考题7.1 简述微粒捕集器工作中有哪些过滤机理？81思考题思考题7.7 7.7 后处理再生系统有哪些再生方法？后处理再生系统有哪些再生方法？7.8 7.8 柴油机柴油机NOxNOx排放的机外净化技术主要有哪排放的机外净化技术主要有哪些？些？7.9 7.9 试简述试简述NOxNOx吸附催化还原系统，并写出其吸附催化还原系统，并写出其中主要的化学反应动力过程式。中主要的化学反应动力过程式。7.10 NH7.10 NH3 3-SCR-SCR技术和技术和HC-SCRHC-SCR技术有哪些异同？。技术有哪些异同？。7.11 7.11 简述什么称为捕集效率，什么称为再生简述什么称为捕集效率，什么称为再生效率，试分析两者之间的区别和联系。效率，试分析两者之间的区别和联系。7.12 7.12 能否用催化的方法同时去除能否用催化的方法同时去除NOXNOX和和PMPM技技术？如果可行，请谈谈你的设计原理与方法。术？如果可行，请谈谈你的设计原理与方法。7.13 7.13 结合本章所学内容谈谈你对柴油机后处结合本章所学内容谈谈你对柴油机后处理技术的看法。理技术的看法。82思考题7.7 后处理再生系统有哪些再生方法？82p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后83经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量写谢谢你的到来学习并没有结束，希望大家继续努力Learning Is Not Over.I Hope You Will Continue To Work Hard演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日 84谢谢你的到来演讲人：XXXXXX 84