现代动力技术之二现代高效低排放柴油机技术(五)柴油机排气后处理石磊上海交大内燃机研究所1. 排放污染物的成分2. 污染物的形成与危害3. 污染物的来源4. 污染物的净化方式（1）一氧化碳（CO）：不完全燃烧产物。
（2）碳氢化合物（HC）：未燃和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解产物和部分氧化产物。
（3）氮氧化合物（NOx）：在燃烧过程中和排入大气后造成的氮的各种氧化物（NO、NO2为主）的总称。
（4）颗粒排放物(PM）：主要是碳烟、未燃燃油和润滑油液态颗粒，以及其他碳氢化合物、硫化物、含金属的灰分等。
（5）二氧化碳（CO2）：燃烧的必然产物。
1. 排放污染物的成分2. 污染物的形成与危害3. 污染物的来源4. 污染物的净化方式一氧化碳（CO）（1）形成原因汽油机——主要是由可燃混合气过浓造成的。
柴油机——主要是由燃烧室内部缺氧或温度过低造成的。
（2）危害是一种无色、无味的有毒气体，吸入人体后，能以比氧强210倍的亲和力同血液中的血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，阻碍血液向心脏、脑等器官输送氧气，从而引起各种中毒症状，直至使人窒息死亡。
1. 排放污染物的成分2. 污染物的形成与危害3. 污染物的来源4. 污染物的净化方式碳氢化合物（HC）（1）形成原因汽油机——主要是因为低温缸壁的冷激作用，使火焰消失；电火花太弱，不能点燃混合气；进排气门重叠期间，新鲜混合气泄漏；曲轴箱窜气，汽油箱或化油器浮子室内汽油蒸发等。
柴油机——主要是混合气形成不良或温度过低而形成。
（2）危害HC吸入人体后会破坏造血机能，造成贫血、神经衰弱等，同时也会致癌。
1. 排放污染物的成分2. 污染物的形成与危害3. 污染物的来源4. 污染物的净化方式氮氧化物（NOx）（1）形成原因NO是在燃烧过程的高温条件下生成的，其生成量取决于氧的浓度、温度及反应时间。
废气排入大气后形成NO2。
（2）危害NO吸入人体后会造成中枢神经系统障碍。
NO2会造成血液中血红蛋白变性，使血液输气能力下降，轻则引起呼吸异常、胸痛、恶心、咳嗽，重则导致肺气肿，直至死亡。
此外，它还易于HC在阳光紫外线的作用下，产生素性很大的光化学烟雾。
1. 排放污染物的成分2. 污染物的形成与危害3. 污染物的来源4. 污染物的净化方式颗粒（PM）（1）形成原因碳烟是由烃类燃料在高温缺氧条件下裂解生成的。
（2）危害0.1μm以下的微粒对人体的危害最大，吸入肺叶后会吸附在肺细胞上，其中可溶性有机物、多环芳香烃等是致癌物质。
1. 排放污染物的成分2. 污染物的形成与危害3. 污染物的来源4. 污染物的净化方式二氧化碳（CO2）（1）形成原因完全燃烧的产物。
（2）危害引起大气层的温室效应，造成对生态环境的影响。
1. 排放污染物的成分2. 污染物的形成与危害3. 污染物的来源4. 污染物的净化方式（1）汽油机油箱、化油器浮子室、汽油泵、汽油管接头等处蒸发出来的汽油蒸汽，其有害成分以HC为主；（2）曲轴箱通气管排出的“窜气”，其有害成分以HC为主；（3）排气管排出的废气，其有害成分是CO、HC、NOx和颗粒。
1. 排放污染物的成分2. 污染物的形成与危害3. 污染物的来源4. 污染物的净化方式（1）机内净化通过改善可燃混合气的品质和燃烧状况，抑制污染物的产生。
（2）机外净化利用设置在发动机外部的附加装置，对排放污染物进行净化处理后，再排入大气。
（3）改进燃油通过对燃油的脱硫、重整以及加入添加剂等，可以改善燃烧，延缓催化剂的老化。
减少排放的概念（柴油机）柴油机后处理技术的研究现状和发展趋势后处理的重要性控制NO x和微粒的排放是柴油机排放污染物控制的重点。
大量的研究分析表明仅靠机内净化已不能满足ERUO Ⅲ以上法规，必须同时采用后处理装置。
第一，各种排放物之间存在着折衷关系,这种折衷的矛盾当排放物的限值越来越低时显得更为突出，因此不能单纯依靠机内净化。
第二，对于微粒而言机内净化虽然降低了排放总质量，但同时也降小了它的尺寸，即使得微粒越来越细小，因此对人体的危害并未减少。
柴油机后处理装置从净化原理上可分为四种，即:1.氧化催化器(DOC、POC)，2.微粒捕集器（DPF），3.稀NOx吸附器（LNT(Lean-burn NOxTrap)）4.NOx催化还原器（SCR）。
柴油机排气后处理装置1. 柴油机排放特点2. 氧化催化转化器3. NOx还原催化转化器4. 颗粒捕捉器（DPF)5. 稀NOx吸附器特点：（1）无燃油蒸发排放问题；（2）与汽油机相比，HC和CO排放量少得多，而NOx排放处于同一量级；（3）有颗粒物（PM）排放问题。
难点：（1）废气总是处于氧化氛围（过量空气系数大于1）中，NOx难以还原；（2）排气温度明显低于汽油机的排气温度，碳烟难以氧化；（3）排气中含有大量的SOx和微粒，容易导致催化剂中毒。
柴油机与汽油机排气成分对比柴油机排气后处理装置目的：（1）氧化剂可以转化可溶性有机组分（SOF）中的大部分碳氢化合物，从而达到降低微粒排放的效果；（2）进一步降低HC和CO的排放，包括PAH、乙醛等。
POC(Particle Oxidation Catalyst ):微粒催化氧化器DOC(Diesel Oxidation Converter ):氧化型催化转化器问题：排气温度越高，硫酸盐生成越多。
1. 柴油机排放特点2. 氧化催化转化器3. NOx还原催化转化器4. 颗粒捕捉器（DPF)5. 稀NOx 吸附器柴油机氧化催化器（DOC）柴油机氧化催化器主要用来氧化柴油机尾气中的HC 与CO，其氧化原理与汽油机三效催化器氧化HC 和CO 的原理基本一样。
柴油机氧化催化器还能氧化掉PM 中的一部分可氧化成硫酸溶性有机物SOF，但同时也将尾气中的部分SO2盐。
所以对于含硫量较高的柴油来说，使用氧化催化器将使微粒物排放中的硫酸盐比例增大，这样就降低了氧化SOF 的效果，甚至使PM 的排放增加。
另外燃料中的硫还会引起催化剂中毒。
所以使用高硫柴油会极大地影响氧化催化器的净化效果也会降低催化器的寿命。
因此，选择合适的催化器和提高燃油品质显得尤为重要。
柴油机氧化催化器（DOC）可以除去90%的SOF, 从而使PM排放减少40%～50% 对HC和CO 的处理效率可以分别达到88% , 68%DOC同时对于目前排放法规还未限制的有害成分(如多环芳香烃,乙醛等)都能净化。
研究表明DOC可以使有毒的部分减少68% ,多环芳香碳氢化合物排放减少56%,乙醛减少70%。
柴油机氧化催化器（DOC）的老化催化器的老化主要包括1.热老化2.催化剂中毒，国外研究表明当尾气温度长期处于650℃以上，易引起催化器热老化，但柴油机在正常工作条件下，尾气温度几乎不可能达到650℃，除了不正当的操作，譬如喷嘴发生泄露。
所以毒化是催化器老化的主要形式。
易引起催化器中毒的物质有磷、锌、铅和砷等。
磷常被作为添加剂加到柴油机的润滑油里。
研究证实，若润滑油泄露到尾气管，可以在几小时内让催化器中毒。
排气温度对颗粒转化效率的影响柴油机排气后处理装置分类：（1）选择性非催化还原（SNCR ，Selective Noncatalytic Reduction）；（2）选择性催化还原（SCR ，Selective Catalytic Reduction）；（3）非选择性催化还原（NSCR，Non Selective Catalytic Reduction）；问题：转化效率不高，使用寿命低，系统比较复杂。
1. 柴油机排放特点2. 氧化催化转化器3. NOx还原催化转化器4. 颗粒捕捉器（DPF)5. 稀NOx 吸附器选择性非催化还原(SNCR)SNCR 技术只能在一定的温度区间(800～1 000 ℃) 使用,而柴油机排气不可能达到这样高的温度,因此只能通过在柴油机膨胀过程中,向气缸中喷入氨水来实现,但效果不很理想,该技术仅在发电厂得到了广泛应用。
非选择性催化还原(NSCR)在催化剂存在的条件下,若还原剂优先与气相中的氧发生反应,再与NOx发生反应的还原过程称非选择性催化还原。
NSCR 技术将还原剂(如CH4 ,CO ,H2) 喷入排气管中,在铂或钯催化转换器的作用下与废气中的NOx进行反应。
由于尾气中含氧量较高,还原剂很容易直接被氧化,故消耗量极大。
选择催化还原(SCR)NOx的选择催化还原(SCR) 有:NH3 -SCR 和HC -SCR 两类。
前者研究最早,以NH3 为还原剂, 氧气存在时能很好地还原NOx,最初应用于固定源产生的NOx。
对于后者,在贫燃条件下可利用尾气中含有的少量HC 来选择性还原N0x ,达到同时去除HC 和NOx的目的:HC + NOx+ O2—>N2 + CO2 + H2ONO x催化还原器（SCR）还原剂通常向柴油机尾气喷入的还原剂可以是氨水，尿素，丙烯以及合成气体等。
由于氨水等毒性较大，现发展为直接向尾气中喷入柴油。
当尾气中含有大量还原性气体时NO x被还原。
催化剂有铜离子交换的沸石和贵金属。
实验表明铜离子交换的沸石当尾气温度低于300℃时活性较低，并且在高于500℃温度下易发生热老化。
贵金属催化剂在300℃以下仍有较高活性，在800℃时也没有热老化发生。
缺点是有一部分NO x被转化成N2O。
喷入还原剂的多少由尾气中的HC 和NOx比例决定。
原理动画NO x催化还原器（NH3-SCR）主要反应NO x催化还原器（SCR）该还原器能直接将柴油机尾气中的NOx 还原，它与NO x吸附器的主要区别在于没有吸附存储过程。
用这种还原器要随发动机的工作循环而不停地向柴油机尾气中喷入还原剂。
与NO x吸附器相比，该方法可靠性高，但需携带存储还原剂的装置。
NO x催化还原器（SCR） SCR系统的难点是其系统成本太高,大约是车辆成本的3%～5%;安装转换器和尿素储存罐所需空间等问题,在轻型车上很难推广使用。
但在欧洲重型车上已得到广泛成功应用。
柴油机排气后处理装置要求：（1）高过滤效率；（2）低排气阻力；（3）耐高温。
过虑材料：（1）陶瓷蜂窝载体；（2）陶瓷纤维编织物；（3）金属纤维编制物。
DPF再生方法：（1）主动再生；热再生、机械再生（2）被动再生；1. 柴油机排放特点2. 氧化催化转化器3. NOx还原催化转化器4. 颗粒捕捉器（DPF)5. 稀NOx 吸附器柴油机微粒捕集器（DPF）微粒捕捉器(DPF) 由收集排气微粒的滤芯和各类周期性地把滤芯中集存的微粒烧掉或氧化掉的再生系统所组成。
柴油机微粒捕集器（DPF）柴油机微粒捕集器（DPF）柴油机微粒捕集器（DPF）微粒捕集器是国内外近年来研究的热点之一。
微粒捕集器的关键技术包括过滤材料和过滤体再生技术。
目前微粒捕集器的难点在于寻求一既可靠又实用的再生方法。