車用尿素作為重型柴油車實現(xiàn)國四排放至關(guān)重要的一環(huán),其作用是為了減少氮氧化合物排放。那么在滿足重型車國四排放過程中,車用尿素扮演著怎樣的角色,究竟又是怎樣減少污染物排放的呢?“您所不了解的車用尿素”將繼續(xù)和您一起解讀車用尿素在SCR系統(tǒng)中的作用。
SCR路線原理圖
目前我國重型柴油機升級國四的主流路線是SCR路線,即使用選擇性催化還原技術(shù)。其運行過程如圖所示,大致是尾氣從渦輪出來后進入排氣管,排氣管上安裝有尿素計量噴射裝置,噴入尿素水溶液,尿素溶液和尾氣中的氮氧化合物在SCR反應(yīng)罐中發(fā)生氧化還原反應(yīng),生成氮氣和水排出。
在將NOX轉(zhuǎn)化為N2和H2O的過程中,涉及的化學反應(yīng)比較多,也比較復(fù)雜,但主要的反映有如下幾個:
柴油機排放的氮氧化物中NO含量通常占85%~95%,因此在NOX的催化還原反應(yīng)中化學方程式3是最主要的反映,但是化學方程式4的反應(yīng)優(yōu)先級比3高,廢氣中的NO2和一部分NO能夠通過化學方程式4快速被消除。經(jīng)過化學方程式3和4的反應(yīng),大部分的NOX被轉(zhuǎn)化為無害的N2和H2O。
需要知道的是,發(fā)生選擇性催化還原的直接還原劑是NH3而不是尿素。Urea-SCR的中間產(chǎn)物HNCO(異氰酸)比較穩(wěn)定,只有高溫(300-500℃)下在催化劑的作用下才能夠進一步水解產(chǎn)生NH3。SCR催化器是SCR還原技術(shù)的核心,而SCR催化劑又是SCR催化器的核心之一,因此催化劑對整個SCR系統(tǒng)至關(guān)重要。
關(guān)于車用尿素溶液在催化還原反應(yīng)中的控制是非常精細化一個過程。SCR系統(tǒng)中的尿素劑量最終由發(fā)動機管理系統(tǒng)控制,尿素的噴入量必須要與NOx的濃度相匹配,在保證降低NOx的同時,不能超過份量。尿素的噴入量過少,則達不到應(yīng)有的處理水平,尿素的噴入量過多,則會使多余的氨氣排入大氣,導(dǎo)致新的污染。所以,必須有高靈敏度的NOx濃度傳感器以及相應(yīng)的高精度尿素噴射裝置。