内燃机排放07
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第7章 柴油机后处理净化
微粒捕集器
关键是过滤材料的选择与过滤体的再生，又以后者尤为重要。
第7章 柴油机后处理净化
过滤机理
微粒捕集示意图
第7章 柴油机后处理净化
扩散机理
初始排气中的微粒浓度分布是 均匀的。当流场中出现捕集物后， 捕集物对微粒的运动起汇的作用， 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
动方向继续对着捕集物前进而
偏离流线，使一些微粒碰撞到 捕集物而被捕集分离。
起作用的，但这三种机
理并不是完全独立的。
第7章 柴油机后处理净化
过滤体材料及其结构
壁流式蜂窝陶瓷
第7章 柴油机后处理净化
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，具有多孔
结构，在700℃以上能保持热稳定，比表面积大于1m2/g ，
主要结构包括蜂窝陶瓷、泡沫陶瓷及陶瓷纤维毡。
排气道
进气道
陶瓷堵封 过滤壁面
壁流式蜂窝陶瓷整体与多空陶瓷微观结构
第7章 柴油机后处理净化
陶瓷基过滤材料
泡沫陶瓷的显微结构
陶瓷纤维毡过滤体结构
第7章 柴油机后处理净化
金属基过滤材料
金属材料的强度、韧性、导热性等 方面有陶瓷无法比拟的优势。
特点：热容小、升温快。有利于
第7章 柴油机后处理净化
等离子体辅助催化的主要作用与优点
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. 等离子体先将N氧化为 NO2，再利用一种新型催化
等离子辅助催化还原器工作示意图
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。
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
第7章 柴油机后处理净化
等离子辅助催化还原反应方程式
反应方程式如下：
NOx的活性增强：NO NO2 第一阶段：等离子 HC的活性增强：CxHy+O2 CxHyO2 NOx在催化剂作用下选择性催化还原 第二阶段：催化剂 NOx(NO或NO2 ) CxHyO2 O2 N 2 CO2 H 2 O
NO CO 0.5N2 CO2
(2c 0.5h) NO Cc Hh (c 0.25h) N2 0.5hH 2O cCO2
第7章 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
第7章 柴油机后处理净化
氧化催化转化器DOC
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。
第7章 柴油机后处理净化
催化剂表面活性
当排气温度低于 150℃时， 催化剂基本上不起作用。随
第7章 柴油机后处理净化
红外加热再生系统
加热器的辐射能量主 要集中在红外波段 。首 先，加热器加热具有较 强辐射能力的红外涂层；
然后，红外涂层通过辐
射方式加热过滤器中捕 捉到的微粒物。
第7章 柴油机后处理净化
燃油后喷再生方式
被动再生系统
大负荷再生
柴油机在高速大负荷运行
时，排气温度可以达到
500℃以上。在此温度下，
4NO 4HC 5O2 2N2 4CO2 2H2O
第7章 柴油机后处理净化
等离子辅助催化还原
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N
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
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60℃A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。
第7章 柴油机后处理净化
NOX选择性催化还原
选 择 性 催 化 还 原 也 叫 SCR （ Selective Catalytic Reduction）方法： 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
第7章 柴油机后处理净化
NOX选择性催化还原
NOX选择性催化还原器
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S→SO2→SO3→NH4HSO4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。
第7章 柴油机后处理净化
SCR系统
第7章 柴油机后处理净化 7.1 概述
7.2
7.3 7.4
微粒捕集器
NOX机外净化技术 氧化催化转化器
第7章 柴油机后处理净化
概述
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。
针对柴油机排气中含 有的大量微粒，研制开发 柴油机微粒捕集器成为柴 油机后处理的热点。
过滤体负载量
过滤体负载量用无量纲的负载参数M表征
M p1 / pe
Δp1 —沉积或负载微粒后的排气背压； Δpe —洁净的捕集器在同一工况下的排气背压。
第7章 柴油机后处理净化
再生效率
再生效果用无量纲的再生效率ηr表征：
r (p1 pr ) /(p1 pe )
Δpr—捕集器再生后的排气背压。
物运动而被捕集。
微粒沉积的三种机理 1-扩散机理微粒； 2-拦截机理微粒； 3-惯性沉积机理微粒
第7章 柴油机后处理净化
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。
不同直径微粒的扩散捕集效率
当微粒直径小于1μm时，需要考虑微粒的扩散作用， 当微粒的直径小于0.1μm时，扩散作用已经十分显著。
第7章 柴油机后处理净化
电加热再生系统
电加热再生在微粒捕集器工 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。
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
电加热再生系统的功率一般在3～6kW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。
一般微粒捕集器允许最大负载参数Mmax＝3～5， 要求再生效率ηr ＝70%～80%。
第7章 柴油机后处理净化
再生系统
根据原理和再生能量来源的不同
主动再生系统是通过 外加能量将气流温度 提高到微粒的起燃温 度使捕集的微粒燃烧， 达到再生过滤的目的。
被动再生系统利用柴油机排气自身的能量使微粒燃烧，达
第7章 柴油机后处理净化
微波加热再生系统
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2～10GHz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。
种系统的工作温度范围为250～500℃，其总量反应式为：
4 NH 3 2 NO2 O2 3N 2 6 H 2 O 6 NO2 8 NH 3 7 N 2 12 H 2 O 4 NH 3 4 NO O2 4 N 2 6 H 2 O 4 NH 3 6 NO 5 N 2 6 H 2 O
NO 0.5O2 NO2 NO2 MO MNO3
第7章 柴油机后处理净化
再生方法
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。
MNO3 MO NO 0.5O2
排气微粒快速起燃，且抗机械振 动和高温冲击性能好。
RYPOS TPAP金属 纤维毡过滤体结构
第7章 柴油机后处理净化
再生技术Regeneration
再生：除去微粒捕集器 内沉积的微粒的过程。
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。
第7章 柴油机后处理净化
富燃状况下NOx吸附催化原理
第7章 柴油机后处理净化
NOX的选择性非催化还原
选择性非催化还原也称为SNCR（Selective Non Catalytic Reduction），它的原理是在高温排气中加入 NH3作为还原 剂，与NOX反应后生成N2和H2O，其总量反应式为：
4 NO 4 NH 3 O2 4 N 2 6 H 2 O NO 2 NH 3 NO2 2 N 2 3H 2 O
到再生微粒捕集的效果。
第7章 柴油机后处理净化
主动再生系统
第7章 柴油机后处理净化
带再生燃烧器的微粒捕集器
带再生燃烧器的微粒捕集器 串连在排气管中，结构简单， 如图 (a)所示。 如在过滤体前设置一旁通 排气管，如图 (b)所示。 在柴油机排气系统中安装两 套微粒捕集器，如图(c)所示。
DPF在排气系统中的布置
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。
第7章 柴油机后处理净化
催化再生
在过滤体的表面浸渍催化剂，催化器与捕集器是
同一整体。使用过程中铂作为催化剂，当排气温度
达到400℃左右微粒开始氧化。
第7章 柴油机后处理净化
催化再生
反应方程式
NO O NO2 NO2 C NO CO
