《SCR计量泵方案及结构设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《SCR计量泵方案及结构设计（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、SCR计量泵方案及结构设计汽车的节能环保作为一个世界性的课题在全球范围内为人们所重视。为了减少汽车有害气体排放对生态环境的危害，世界各国都相继采用了更加严格的排放法规，如欧盟在2005年实施欧，并在2008年实行欧V排放法规。欧V法规的NOx排放限值比欧降低60，PM的排放限值相应下降80；美国在2007年实施EPA2007，PM排放值为0019bhphr，NOx排放值为0209a,hphr。我国重型柴油车排放标准国皿V已于2006年发布，技术内容等效欧洲相应技术法规(欧IV)，实施时间分别为2008年、2010年和2012年，北京在2008年开始执行国，国技术已经逐步进入我国社会。柴油发动机
2、作为卡车、客车以及非道路用车如拖拉机、农用车以及工程机械等的主要动力输出，有着广泛的应用群体，如何降低柴油发动机的排放，以应对法规，需要我们长时间付出不懈的努力。从表1-1中可以看出，有害气体的排放限值有了很明显的下降。其中最少的下降了8 1(H C)，最高的达到了(P M)9 4(见表1-1)21。可见随着排放法规的不断严格，有害气体的排放有了明显减少，生态环境得到了保护。但作为传统动力代表的柴油机，为满足日益苛刻的排放法规，仅凭机内净化而没有后处理技术的参与已经变得越来越困难。究其缘由，柴油机尾气的两大污染物NOx与PM的形成与含量存在着相互制约(trade off)的关系。努力减少其一，
3、必然导致另一污染物增加，即通过机内措施同时减少或消除NOx和PM的排放是极其困难的。为了满足未来新的排放法规的要求，如何协调柴油机油耗和排放，特别是欧排放的基准上进一步降低NOx排放，相关领域的技术专家从燃油品质、柴油机机内净化技术、机外净化技术(尾气后处理技术)等三个方面寻求策略。提升柴油品质包括降低柴油中的硫含量、控制柴油的十六烷值、添加剂的使用；机内净化技术包括电控高压燃油喷射技术、进气涡轮增压技术、进气中冷技术、废气再循环(EGR)、均质混合压燃技术(HCCI)等。但在欧V排放法规面前，仅仅依靠这些是远远不够的，必须在此基础上综合使用排气后处理技术来控制NOx和颗粒物。国际上，为满足更
4、严格的排放标准，如欧IVV或者US2007标准，基本卜都是通过进一步改进欧发动机机内燃烧技术，加上SCR或EGR+DPF(废气循环+颗粒捕集器)等后处理系统来实现的。在我国，由于技术和社会原因，一直在寻求其他替代技术路线，试图走出一条既经济又可行的方案。主要有以下三方面的考虑，1、技术压力。对于国发动机以及后续国、国v升级我们并未完全掌握自主核心技术，为了满足新的法规要求，仍需寻求国外技术支持；对于排气后处理装置，同样面临这个技术压力的问题。2、成本压力。发动机成本压力，主要来自高压电控供油系统如高压戴轨系统约占发动机成本三分之一：后处理装置的成本压力，估计也占产品的三分之一3、社会压力。采用
5、排气后处理技术将带来社会基础设旖压力，如SCR系统使用的筝用尿素AdBlue的存储和供给；EGR+ DPF这种先进排放技术要求的高质量低硫柴油等等。这些成本初期可能由石化企业承担，最终会转嫁到社会。当然还有其他熏要问题，如各地燃料质量差异；EGR+DPF或SCR使用过程中的作弊问题，如实际使用中EGR率低于型式认证值；SCR系统中尿素使用量变少或不使用等等，导致氮氧化物排放大幅增加。国际上，考虑到技术成熟性和稳定性及技术升级方便性，一般都采用大家都认可的主流技术。欧美等发达国家一车辆排放控制要求严格而且处罚严厉，所以追求一种既满足社会需要，又在未来发展上可节省成本的技术发展方向。从排放法规不断
6、升级的长期观点考虑，国外选定一个可以不断技术升级的基础平台的做法很值得我们借鉴。NOx的NH3SCR技术始于20世纪70年代，国外已广泛应用于固定源烟气脱硝61，SCR是Selective(选择性)、Catalytic(催化)、Reduction(还原)的英文缩写。它的原理是利用V205fri02催化剂，在氧气大大过量的条件下让NH3选择性地还原NOx到N2。使用了以Ti02为基础的催化剂保证了催化转化器对S02有很强的耐受性。目前，Nit3SCR被视为最有希望实际应用于重型柴油机尾气NOx净化的技术之一。考虑到氨的强刺激性与毒性为公众难以接受，氨的碱性对设备有较强的腐蚀性，研究者们倾向于以尿
7、素(325的尿素水溶液UreaSCR)代替氨选择性催化还原柴油机尾气中的氮氧化物(NH3SCR)。为了提高UreaSCR体系净化NOx的效率，减少氨的泄漏，MAN公司提出了基于UreaSCR体系的VHRO系统。“V为前置的氧化催化剂，该催化剂的作用是将排气中的部分NO氧化为N02以提高SCR催化剂的低温活性；“H为尿素水解催化剂，其作用在于加速尿素水解，从而有利于随后的NOx选择性还原；“R”为SCR催化剂，在该催化剂床层中，排气中的NOx与尿素水解形成的氨发生选择性还原生成N2和 H2O。氨为选择性氧化催化剂，可将排气中氨转化为N2以减少氨的泄漏。目前，UreaSCR体系已成为满足欧V与US
8、 2007的重型柴油车NOx净化首选技术。在2000年，美国主要的柴油机制造商就宣布其满US2007排放法规的技术路线将在SCR或EGR+DPF两个技术方案间做选择。截至目前美国市场主要采用EGR+DPF技术来满足US 2007排放法规。不过，虽近荑国EPA发布了认证SCR技术的轻型和重型柴油车申请排放证书程序(EPA-HQOAR2006-0886-0002)，这表明美国市场也开始使用SCR技术。在2003年7月，制造商们就已经选择SCR技术来进一步减少NOx排放以满足排放法规的要求。目前，在欧洲已经得到示范应用。为促进该项技术在欧洲的推广出台了AdBlue计划，美国能源公司巨头埃隶、法国道达
9、尔菲纳埃尔夫公司以及英国BP石油等石油公司，戴克、福特、菲亚特、大众、德国曼汽车集团、康明斯、沃尔沃、依维柯、雷诺_、Scare、奥迪、道依茨等汽车与发动机制造商，还有众多的催化剂公司与尿素生产商均参与其中。德国OMV冶炼厂正在巴伐利亚的一家加油站设立尿素零售店：lO辆奔驰商用车各进行了1429万公里的测试；Shell公司也于2003年开始了该公司的第一家“AdBule”尿素设施；德国最大的能源零售公司A脚正计划在自己的研究基地进行Urea-SCR技术气候适应性测试。此外，戴姆勒一柯莱斯勒公司联合奥迪、大众公司共同在美国确立柴油机净化技术品牌Bluctec，该净化技术包括氧化催化剂、DPF(柴
10、油颗粒过滤器)、NOx(氢氧化物)吸附还原催化剂、屎素SCR(选择性_i生；原催化剂)等(如圈l一2所示)。目前欧洲的趋势是长途载重车通常选用SCR技术，而短途运输或者城市公交车则选择EGR+DPF技术。一宦以柬，美国的燃油价格要比欧洲的燃油价格低，而尿素价格则相对较高；另个原因是尿素的供应问题一直找不到卟合理的解决方案；同时，US2007标准对新车提出了150000KM无维修的要求，这些冈素都阻止了SCR技术在美国的应用，因为大约每5000 kin就要添加一次尿素。园此如果要采用SCR技术，还需要向美国EPA申请特别许州。欧洲的选择丰要是基于成本因素。欧洲的燃油价格很高，SCR技术具有的较好
11、燃油经济性使该技术成为首选。当然，在有些地方仍然需要采用EGR+DPF技术，因为这些地方法规仍然限制没有加装颗粒过滤器的车辆进入市区。国内主要在北京大约有4500辆采用SCR技术的公交柴油车在运行，由公交公司负责尿素供给。上海为迎接世博会也即将使用采用SCR技术的公交车，广州等其他城市也在试验这种车辆。中国汽车技术研究中心开发的车载排放测试系统检测结果初步显示：(1)NOx排放约259km；PM约70mgkrn。同比NOx排放约下降75，颗粒物约下降50。(2) AdBlue消耗量：平均24I100km。春秋季节尿素消耗量在2128L100km，夏季消耗量在25一L100km。而EGR+DPF
12、由于成本、油品以及升级潜力等问题，目前在国内尚无应用实例。如果尿素供应问题能够解决，SCR无论从技术开发可行性方面还是从燃油经济性方面都应当作为首选技术路线。国内的各大发动机生产厂商对于应对即将到来的国、国V排放标准的方案也基本达成了共识，近几年加大了对SCR项目的研发力度。2006年玉柴机器自主研发推出了采用SCR技术满足国排放法规的柴油机，2008年又推出了基于SCR的国V公交车柴油机。此外国内许多柴油机厂也纷纷与BOSCH、Hilite等国际公司合作开发基于SCR技术满足国排放的发动机。二汽集团、武汉添蓝、张家口百通、无锡威孚立达、无锡凯龙等也都在SCR的关键零部件及控制器等领域进行了较
13、为深入的研究。但到目前为止，国内对于该领域的研究还处于起步阶段，许多核心部件都还依赖进口，国产化任重道远。SCR技术的高门槛目前，SCR各组件的核心技术都掌握在国外的跨国公司手中，比如，催化平台、催化剂、计量泵等。国内厂家根本无技术力量及大量资金去这攻克这些技术难点，仅仅起到一个组装的作用，而组装的产品还没有通过国内各主机厂的标定及上公告，而博世已上了国内主要几个主机厂的公告。当欧IV真正到来的时候，这些国外巨头从上游一起断货或提高价格。那么，这一行业将会从国内厂家手中消失。或者沦落为主机厂与国外跨国巨头比价的工具。目前，国内号称唯一一家能够做成套SCR设备的厂家，其核心的技术，仅仅是不锈钢封
14、装技术。其余均采购自国外厂家。当这些核心技术都没有解决的时候，该厂家老总就开始考虑SCR大规模上马时的生产能力是否能满足市场的需求。实在是让人对此行业的发展产生丝丝担忧！SCR国内发展的情况SCR这一系统的市场前景，被越来越多的配件厂商所认识。目前至少有三家厂商都在搞SCR系统，但是那一家能够掌握核心技术，成为新的行业新贵，还是让时间来证明吧！国外进入国内的市场的厂商为康明斯、博世。其实作为国内厂商集中力量去攻克SCR系统各组件其中一件，不去走整套供应商路线，同样也可以在这几百亿的市场中分一杯羹。国内的主机厂也不可能让一家供应商去垄断整套设备的供应，因此，专门去做其中一件组件的供应，术业有专攻
15、，不失为比较合适的做法。另外，欧IV排放标准的真正实行，还有一段政策的空白期，那么各厂商把资金与人力投放到此项目上，即使是与各主机厂标定，但是量迟迟出不来，产生不了利润。这对各厂商的耐心也是个巨大的考验。 应用SCR技术的优缺点分析 柴油发动机的排放控制主要是对排放中的PM和NOx的处理。处理方案一是先在发动机内处理NOx，再处理PM；或者两种都进行后处理。最后这种方法存在一个污染源回收的处理问题。没有EGR系统，在发动机内处理NOx是非常困难的，并且燃油消耗更高。因此，一般多采用在发动机机内减少PM排放，在废气中处理NOx。（1） 目前在废气中处理NOx采用的是SCR处理技术，即：利用尿素溶
16、液（水溶液浓度为32.5%0.5%），在排气中喷入尿素、氨水等还原性物质，将NOx（主要是NO）还原为N2和H2O。它无毒、洁净、无气味、不易着火、无爆炸危险，但有腐蚀性，必须使用特殊的容器储存。（2） SCR系统中的尿素剂量最终由发动机管理系统控制，尿素的喷入量必须要与NOx的浓度相匹配，在保证降低NOx的同时，不能超过份量。尿素的喷入量过少，则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。而且尿素消耗较快，定期添加尿素的责任也必须由用户来完成。（3） 使用SCR后不但要增加SCR本身装置的重量，另外还要增加一个尿素溶液箱和尿素溶液。汽车会损失一部分的有效载荷。 （4） SCR作为一个新的后处理技术，因购置、操作和保养费用高、需要加一套较为复杂的调节
