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DPF尾氣凈化技術在國內柴油叉車上的實際應用

來源:合肥寶發動力 瀏覽次數: 日期:2017-05-12

辽宁福彩35选7开奖结果 www.mosmv.com 一、尾氣凈化器在柴油叉車應用的難度
1、四種需要處理的污染物:HC,CO,NOx和PM。相對于汽油車,多了碳顆粒物PM的污染物需要控制。
、柴油叉車的尾氣排溫低于現有柴油機械,消聲器位置的排溫長期普遍低于200度,排溫低造成三個困難:NOx處理困難,PM凈化困難,DPF和催化劑的硫酸鹽堵塞。
3、柴油叉車的柴油燃料來源復雜,不似道路車輛容易管理,不少車輛使用的硫含量很高。
4、柴油叉車主要還是上個世紀的農機490發動機技術的升級,燒機油的問題還是比較普及的現象,而機油對DPF排氣有非常不利的影響。
5、還原劑HC和CO偏少,既不利于NOx的還原,又不利于尾氣溫度的提升,還原NOx還需另加還原劑。
6、尾氣中的氧過量,可以達到6-15%,NOx還原困難。
二、柴油叉車的尾氣PM治理意義重大
2016年10月關于《深圳市人民政府關于推廣電動叉車的通告》及《電動叉車購置補貼資金管理辦法》起草說明中對柴油叉車與汽油轎車排放做了對比數據:


中國每年19萬臺內燃柴油叉車新增年產銷量, 在顆粒物PM的污染上相當于年增5624萬輛國四汽油車。 光是北京城預計5萬臺舊叉車如果控制住顆粒物PM的污染,則相當于控制了1480萬輛國四汽油車的PM顆粒物排放,社會效益極大。

三、柴油叉車后處理凈化的關鍵技術:
柴油機由于具有油耗低、扭矩大的優點而得到了叉車行業整車廠家的廣泛應用。 然而,柴油機本身的排放污染物NOx和PM的治理難度要比汽油機要高,將使得柴油機的后期應用受到了一定的限制,為了柴油叉車在排放升級中滿足今后的國Ⅳ、Ⅴ排放標準要求,我們需要研究并開發適合于柴油叉車的污染物治理的有效手段和措施。下面是幾種常見的后處理凈化技術介紹:

1、DOC—Diesel Oxidation Catalyst——柴油氧化型催化器,蜂窩狀金屬或陶瓷載體
安裝在發動機排氣管路中,通過氧化反應,將發動機排氣中一氧化碳(CO)和碳氫化合物(HC)轉化成無害的水(H2O)和二氧化碳(CO2)的裝置。
氧化型催化轉化器通常需要二次空氣噴射裝置配合工作,提供氧化反應所需的氧氣,用來降低排氣中一氧化碳(CO)和碳氫化合物(HC)的排量。
柴油機氧化催化器(DOC)以鉑(Pt)、鈀(Pd)等貴金屬作為催化劑,主要降低微粒排放中的SOF的含量從而降低PM的排放。其氧化原理與汽油機三效催化器氧化HC和CO的原理基本一樣。同時可以有效減少排氣中的HC,CO。氧化催化器對HC和CO的處理效率可以分別達到88%,68%。
2、DPF : Diesel Particulate Filters 柴油顆粒捕集器,壁流式載體結構
以堇青石和碳化硅SiC為主要的兩種材料。DPF利用過濾體對發動機尾氣排氣過程中的碳顆粒物PM進行物理過濾處理。需定時對過濾器內的沉積PM進行清除,即DPF再生。
工作原理:氣流進入DPF后,由于出口被堵,氣流從內壁的毛細孔中流出,從而碳煙截留在DPF內部,起到收集碳煙的作用,凈化效率高到90%以上,最后通過再生將收集到的碳煙氧化燃燒除去。
3、POC:Particle Oxidation Catalyst 顆粒物催化氧化轉化器,屬于半壁流式載體結構
以堇青石和碳化硅SiC為主要的兩種材料。POC亦是利用過濾體對發動機尾氣排氣過程中的碳顆粒物PM進行物理過濾處理,只有30-60%的捕捉效果,一般不容易堵塞,是DPF的過渡性產品。
顆粒捕集型氧化催化器POC工作原理:2NO2+C→2NO+CO2
起始反應溫度為200℃,在300 ℃到350 ℃時達到最佳轉化效率。
4、SCR:Selective Catalytic Reduction 選擇性催化還原,蜂窩載體結構
SCR技術本身并不是新技術,在發電廠里早有應用。在發電廠中NH3是以氨水的形式引入和保存的。而在移動的車輛上使用氨水有一定的難度,因此SCR系統一般是選擇尿素水溶液作為還原劑,尿素水溶液噴射到催化劑逆流方向的排氣管中。
首先在廢氣溫度大于200℃條件下,和氣流作用下氣化分解為CO2和氨水。尿素水解為氨氣與二氧化碳:(尿素噴射系統)
CO(NH2)2→NH3 + HNCO
HNCO+H2O→NH3+CO2→2NH3+CO2(要求溫度200℃以上)
接著氨水作為還原劑將NOX還原為無污染的氮氣和水。SCR后處理反應:(SCR 催化轉化器)
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O
4NO+O2+4NH3→4N2+6H2O
2NO2+O2+4NH3→3N2+6H2O

四、市場中柴油機械DPF產品的種類
柴油機顆粒過濾器(Diesel Particulate Filter,DPF)技術是目前降低柴油機排放中 PM 的最有效方法,應用的關鍵在于如何清理捕捉的PM顆粒物。該技術主要是使尾氣通過布置在排氣管中的過濾材料,利用碰撞、吸附、攔截或重力沉降原理將 PM 從氣流中分離出來。隨著過濾材料上的顆粒物的累積,導致過濾孔堵塞,使排氣阻力增加,導致發動機的動力性和經濟性同時下降,因此,必須及時除去 DPF 中的顆粒物,這就是 DPF 的再生,而 DPF 再生會嚴重影響到 DPF 的效率。
柴油機正常工作時,排氣溫度一般在 240℃ ~500℃,而顆粒物的燃點高達 550℃ ~600℃,因此依靠排氣溫度很難將 DPF 上積累的顆粒物燃燒去除實現再生,必須用化學或物理的方法將顆粒物從 DPF 上清除。根據是否降低顆粒物燃點,可以將再生技術分為主動再生和被動再生。其中,通過主動增加排氣溫度或降低顆粒物燃點的再生方式為主動再生,沒有提高排氣溫度的再生方式為被動再生。
DPF 的主動再生按照去除方式的不同 ,可以分為燃燒類的化學方式去除和非燃燒類的物理方式去除,其中燃燒類化學方式又可以分為缸外燃燒和缸內燃燒。
因此,DPF 主動再生技術的發展大致可以分為缸外化學手段、缸內化學手段以及缸外物理手段三條主線,三者共同影響 DPF 主動再生的性能。其中,缸外化學手段主要涉及向過濾體上游空間噴射一定量的燃油或燃氣,將顆粒物點燃;或者在過濾體上游安裝電加熱裝置、紅外加熱裝置或微波加熱裝置來加熱過濾體提高表面溫度,實現再生。缸內化學手段是改變燃油噴射量或噴射時間或者利用閥門改變進氣量,通過改善缸內燃燒過程,調節排氣溫度,最終將過濾體溫度提高到顆粒物燃點;缸外物理手段,則是利用排氣的動能或者外部的高壓氣體倒吹,將顆粒物從 DPF 上吹落或者搖晃剝離,實現 DPF 再生。


 主動再生DPF的種類
1 燃燒器噴油加熱再生,燃燒器加熱再生即在過濾器的入口處設置燃燒器,噴入柴油和二次空氣,燃燒后引燃微粒進行再生的方法,這種燃燒器對司機駕駛有一定要求,要求再生時,一般不能急加速等。如果再生急加速就可能會導致使氣流撲滅再生的火焰,使燃油未完全燃燒,造成車輛冒白煙的現象。
2 電加熱再生,電加熱再生即采用通電加熱方法對顆粒物捕集器加熱,以促使微粒起燃。電加熱對控制系統的要求比較高。并在車用過程中需要解決耗電量高的問題,中小功率柴油機不易滿足電能要求。
3 微波加熱再生,微波加熱是利用微波能獨有的選擇加熱及體積加熱特性,在過濾體內部形成空間分布的熱源,對沉積在過濾體上的碳煙顆粒進行加熱,使碳煙顆粒原位加熱著火燃燒。微波加熱再生的關鍵技術在于如何在諧振腔內激勵盡可能多的模式及其控制腔內碳煙顆粒的燃燒溫度,防止過濾體DPF因溫度過高而損壞。
4 紅外加熱再生, 紅外輻射加熱方式與其他加熱方式(熱風導熱和微波輻射加熱等)相比較,具有選擇性加熱的特點,能直接加熱受熱體,縮短受熱體加熱到所需溫度的時間,減少能量消耗;紅外再生技術的再生效率高;最高再生溫度適宜,過濾體溫度梯度小,十分適合蜂窩陶瓷的再生。目前市場無成熟產品。
5延遲噴射至排氣管再次起燃。適合發動機公司標定的新機市場。
6增加噴油量至排氣管再次起燃。適合發動機公司標定的新機市場。
7采用在燃油里加添加劑FCB燃劑降低PM燃點的起燃溫度
⑻通過上述不同方式的組合形式再生
■ 柴油叉車使用的被動再生DPF的種類及功能
1、只有DOC的系統——簡稱DOC only,僅能轉化15-18%的PM顆粒物。
2、DOC+閉式DPF系統——簡稱DPF,可以過濾90%以上的PM顆粒物。通過添加貴金屬的方式氧化反應增加排氣NO2,利用排溫使得部分PM顆粒物燃燒掉并且使得PM顆粒度變小,但由于前面說的柴油叉車的排溫太低,低于200度導致DPF內部的PM逐漸累積,最終使得PM碳載量超標DPF失效,最終堵死導致DPF或者發動機損壞。
3、 DOC+ DPF(安全閥結構),可以過濾90%以上的PM顆粒物。利用排溫使得部分PM顆粒物燃燒掉并且使得PM顆粒度變小,當累積的PM碳載量達到一定壓力時,安全閥打開使得DPF無法堵死失效,從而?;PF與發動機本體。適合在用車的舊叉車市場。這也是目前叉車行業非常安全可靠的產品。
六、舊叉車各類DPF產品的實際應用情況
2016年11月份,深圳人居委對在用柴油車輛加裝主動再生DPF(柴油顆粒捕集器安裝示范評估用設備),要求通過招標的形式入圍了6家汽車行業的龍頭企業,其中對柴油叉車加裝主動再生DPF經歷了5個多月的實驗情況來看,沒有能夠達到預期的使用效果。目前正在重新做評估方案。
考慮到舊叉車的殘值比較低,不少舊車的殘值僅有1萬多元,而主動再生DPF產品的價格昂貴(一般售價在2萬元甚至更高,存在買珠還櫝的困惑)且油耗大,對于在再用二手柴油叉車領域使用主動再生DPF的方案經濟意義不大,而采用一種有實際效果好、能夠規范使用方法、使用安全可靠,并且便于環保部門掌控而帶有遠程監控功能的被動再生帶有安全閥式DPF產品是有著現實、積極的意義的。
目前寶發公司開發成功的此類產品在3噸叉車的實際應用場景是:
產品安裝應用→使用一段時間碳載量超標,安全閥啟噴→卸下機械倒吹入煙塵收集袋中收集,后集中作成煤餅實現能源再利用→采用遠程監控技術可以監控用戶有無及時清灰(見到黑煙則表明DPF碳載量超標),是否正常使用→如沒有清灰,可以通知及時用戶(由于采用了安全閥措施,無需擔心DPF和發動機損壞)。

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