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摘要：柴油机制造过程中的尾气净化有自己的特点就是不受空间限制和制造成本制约，本文系统的介绍了自己的方案，既采用了在柴油机排气管喷淋尿素水溶液，随后用人造分子筛滤除颗粒物的方法。并通过试验初步证实其有效性，经第三方专业机构的测试：除了颗粒排放速率为0.4g/kW.h外其他均达标。净化前后排放速率：SO2降低约99%；NOx降低约98%；颗粒降低约84%；排放浓度：SO2降低约99%；NOx降低约98%；颗粒降低约73%。并分析了该方法的利弊。渴望对业内同行有所帮助。
关键词：柴油机；制造过程；尾气净化
在柴油机制造过程中有一个环节—出厂试验涉及环境问题，这就是常说的尾气净化。而这里的净化处理受多个方面的限制，即柴油机本身要符合现阶段排放指标和大气污染物综合排放指标及成本等的限制。因为它不仅可以配到车内随车移动还要保护制造现场的环境。其特点是处理装置几乎不受空间的限制。
1.在柴油机制造过程中的限制
对于柴油机本体，这里主要指对提交试验的产品的约束，通常在出厂试验技术文件有说明，因涉及后处理系统，若允许带有这些系统和不受成本的约束，则应满足GB16791-2005车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ阶段）限值，ESC（European Steady state Cycle稳态循环）试验测得的一氧化碳、总碳氢化合物、氮氧化物和颗粒物的比质量，以及ELR（European Load response Test负荷烟度试验）试验测得的不透光烟度，都不应超过下表给出的数值[4]。
对于环境保护方面，根据大气污染物综合排放标准GB16297-1996新污染源大气污染物排放限值，该限值尤其针对于：硫、二氧化硫、硫酸和其它含硫化合物生产、使用及硝酸、氮肥和火药生产和硝酸使用和其它以及碳黑尘、燃料尘、玻璃棉尘、石英粉尘、矿渣棉尘及其它规定。正是这个“其他”二字将柴油机制造企业也包括在内，其控制单位是不同的。且两个排放相同污染物（不论其是否由同一生产工艺过程产生）的排气筒，若其距离小于其几何高度之和，应合并视为一根等效排气筒。若有三根以上的近距排气筒，且排放同一种污染物时，应以前两根的等效排气筒，依次与第三、四根排气筒取等效值[3]。
现阶段多数柴油机制造企业还受应用条件是受制造成本的制约，所用油品只能使用能够成批供应的市售产品。
若将试验间分散布置是困难的，这不仅是排放，还有柴油机的输送、噪音、振动、污水处理等一系列的问题。
2.柴油机尾气污染
柴油机排放的废气中包含有气态及固态的污染物。气态污染物中含有NOX、CO、SO2、HC等；固态污染物有碳、无机氧化物等颗粒物统称PM等有害物质。其危害在此不做赘述。
3.柴油机尾气净化技术
柴油机尾气净化技术分为内、外两种净化措施，其中选择性催化还原法SCR（Selective Catalytic Reduction）是机外净化的一种。其原理是在催化剂作用下，还原剂NH3在工作温度下将NO和NO2还原成N2，而几乎不发生NH3的氧化反应，从而提高了N2的选择性，减少了NH3的消耗。在大功率柴油机上为了降低NOX排放，向排气管内喷入氨、氨水、尿素作为还原剂，可以降低95%以上的NOX排放以氨作为所进行的反应[2]，系统的工作温度应为250-500℃，温度过低，NO2还原反应速度率低，但温度过高，会造成催化转换器损伤和生成新的NOX（在高温下O2和NH3发生氧化作用）。颗粒物去除常采用蜂窝状活性成分为V2O3/TiO2以及含有铜、钴或铁元素的人造沸石（Zoolitic）[1]。
在制造过程中反应器的本身的尺寸基本不受限制的特点但同样采用了SCR，为与产品的SCR区分，在此将其称为“类SCR系统”，其安装位置考虑工作温度利于生成物的干燥需要将反应器布置在近排气口附近。反应物气态氨（NH3）是利用排气余热将喷淋的尿素气化自然蒸发成。
通常气态氨生成装置包括根据氨气蒸发器、氨气缓冲罐、气体流量阀等。因氨气生成量与温度之间存在敏感，要求控制温度范围非常窄，温度高氨气过量，温度低反应物量少，净化效率低，这些装置相对与柴油机来言，显得体积过于庞大，同时氨气是一种易爆气体，若氨气在空气中浓度为5%～15%的范围内，遇明火即可爆炸。柴油机尾气排放处又是处于高温状态，因此，在柴油机尾气净化装置中采用此装置来获得气态氨是不现实的和危险的。
针对SCR法应用在柴油机尾气的治理技术，在此的主要改进点在于：将SCR法中气态氨生成系统由原来的氨水在常温下自然蒸发为气态氨的工艺改变为采用通过尿素（CON2H4）—水溶液通过管线进入尾气净化装置内部，通过气流喷雾将尿素—水溶液变为微液滴状态并与高温尾气充分混合，在高温尾气的作用下尿素—水溶液中的尿素迅速被加热至160℃以上分解，产生气态氨（NH3）和缩二脲（CONH），其中气态氨（NH3）将在随后的催化条件下与尾气中的氮氧化物发生下列化学反应—这就是俗称的脱硝：
4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O
8NH3+6NO2 =7N2+12H2O
在上述脱硝处理的同时，在高温和催化条件下，尾气混合气中的一氧化碳与氮氧化物（包括NO和NO2）发生下列化学反应：
2CO+2NO+O2=2CO2 + N2
4CO+2NO2=4CO2 + N2
与此同时，气态氨（NH3）也与与尾气中的二
氧化硫发生如下化学反应，其反应式为：SO2+H2O+xNH3=（HN4）xH2-xSO3
得到亚硫酸铵中间产品，亚硫酸铵再进行氧化：
（NH4）xH2-xSO3+1/2O2+（2-x）NH3=（NH4）2SO4 这样实现了喷雾干燥法脱硫，脱硫后的终产物硫酸铵（NH4）2SO4和尿素分解后缩二脲（CONH）会形成细小的固态颗粒混入柴油机尾气中。在随后的颗粒物去除装置中，将以上的颗粒物和柴油机尾气中原有的颗粒物一同去除。通过上述工艺，将柴油机尾气中的一氧化碳与氮氧化物生成对环境无害的氮气、二氧化碳和水。综上所述，通过以上净化，将柴油机排放的主要气态污染物（NOX 、SO2、CO）及固态颗粒污染物，实现绝大部分去除。
4.该方案的特点
上述净化工艺过程与选择性催化还原法，净化气态污染物中的NOX 和CO的方法比较本方案有如下优越性：
试验装置结构简单、体积能满足要求、重量轻，仅需一套精巧的气流式喷雾系统实现气态氨生成功能，代替选择性催化还原法中氨气蒸发器、氨气缓冲罐、气体流量阀等庞大的设备组成的气态氨生成系统，这对于大部分为移动污染源—
柴油机来言，更具备实用性。因生成气态氨的方法不同，其气态氨在尾气中的注入量完全取决于尿素—水溶液的浓度和注入量，而浓度在配置时极易控制，混入量只要通过一个液体调节阀就能精确控制，而且不会因温度条件的变化而改变。从而实现了精确控制注入尾气气态氨的目的。不会造成因注入气态氨过量而造成氨的污染，也不会因注入气态氨过少造成净化气态污染物中的NOX 和CO效率低的问题。
再一点就是尾气流经雾化的尿素—水溶液的设计，因为这对于细小颗粒的去除起到一定的作用。
5.第三方专业机构的监测报告
我们在排量为7升柴油机做了尝试，7升机是符合新排放要求的产品，排放速率及浓度的结果参见图1-3，注意净化前后的结果绘在一张图的问题，这里净化前/后采用的是主/次坐标轴和实/虚线表示。另外应注意的是，这不是专门的排放试验所以没有使用标准的油品。
在这次尝试结果中，在颗粒物方面，未设置颗粒捕集器，主要靠尿素液喷淋降尘的方法，除了颗粒物排放速率为0.04g/kW.h外其他均达到上述限值。
净化前后排放速率：SO2降低约99%；NOx降低约98%；颗粒降低约84%。排放浓度：SO2降低约99%；NOX降低约98%；颗粒降低约73%。
从上图也可看到净化前后曲线是不平行的，存在尿素的喷入并没有与柴油机的供油量自动匹配。
按排气筒高度15米的要求可等效净化后的排气筒数见表3。
由上表可见，不净化处理的直接排放的NOX浓度和排放速率超过大气污染物综合排放限值。
6.结论
对于制造系统没有使用符合排放试验用标准油品的情况下，若所选试验台数量多于不超标排气口数时，建议做统一的“类SCR”处理，不净化NOX暂时还达不到排气筒高度为15米的排放限值的。只能采取逐个净化然后将排气筒集中成几根的方案，并将其布置在距离大于其几何高度之和之外。
成本需考虑计入过滤材料的消耗及维护等的人力费用。
应考虑尿素与供油量匹配喷人，以避免大面积氨污染等二次污染。
参考文献：
[1]内燃机燃烧与排放学，蒋德明，西安交通大学出版社，2001，P602
[2]排放及控制技术，周玉明，人民交通出版社，2001，P164
[3]GB16297-1996 大气污染物综合排放标准，P10
[4]GB17691-2005 车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ阶段）限值，P12
关键词：柴油机；制造过程；尾气净化
在柴油机制造过程中有一个环节—出厂试验涉及环境问题，这就是常说的尾气净化。而这里的净化处理受多个方面的限制，即柴油机本身要符合现阶段排放指标和大气污染物综合排放指标及成本等的限制。因为它不仅可以配到车内随车移动还要保护制造现场的环境。其特点是处理装置几乎不受空间的限制。
1.在柴油机制造过程中的限制
对于柴油机本体，这里主要指对提交试验的产品的约束，通常在出厂试验技术文件有说明，因涉及后处理系统，若允许带有这些系统和不受成本的约束，则应满足GB16791-2005车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ阶段）限值，ESC（European Steady state Cycle稳态循环）试验测得的一氧化碳、总碳氢化合物、氮氧化物和颗粒物的比质量，以及ELR（European Load response Test负荷烟度试验）试验测得的不透光烟度，都不应超过下表给出的数值[4]。
对于环境保护方面，根据大气污染物综合排放标准GB16297-1996新污染源大气污染物排放限值，该限值尤其针对于：硫、二氧化硫、硫酸和其它含硫化合物生产、使用及硝酸、氮肥和火药生产和硝酸使用和其它以及碳黑尘、燃料尘、玻璃棉尘、石英粉尘、矿渣棉尘及其它规定。正是这个“其他”二字将柴油机制造企业也包括在内，其控制单位是不同的。且两个排放相同污染物（不论其是否由同一生产工艺过程产生）的排气筒，若其距离小于其几何高度之和，应合并视为一根等效排气筒。若有三根以上的近距排气筒，且排放同一种污染物时，应以前两根的等效排气筒，依次与第三、四根排气筒取等效值[3]。
现阶段多数柴油机制造企业还受应用条件是受制造成本的制约，所用油品只能使用能够成批供应的市售产品。
若将试验间分散布置是困难的，这不仅是排放，还有柴油机的输送、噪音、振动、污水处理等一系列的问题。
2.柴油机尾气污染
柴油机排放的废气中包含有气态及固态的污染物。气态污染物中含有NOX、CO、SO2、HC等；固态污染物有碳、无机氧化物等颗粒物统称PM等有害物质。其危害在此不做赘述。
3.柴油机尾气净化技术
柴油机尾气净化技术分为内、外两种净化措施，其中选择性催化还原法SCR（Selective Catalytic Reduction）是机外净化的一种。其原理是在催化剂作用下，还原剂NH3在工作温度下将NO和NO2还原成N2，而几乎不发生NH3的氧化反应，从而提高了N2的选择性，减少了NH3的消耗。在大功率柴油机上为了降低NOX排放，向排气管内喷入氨、氨水、尿素作为还原剂，可以降低95%以上的NOX排放以氨作为所进行的反应[2]，系统的工作温度应为250-500℃，温度过低，NO2还原反应速度率低，但温度过高，会造成催化转换器损伤和生成新的NOX（在高温下O2和NH3发生氧化作用）。颗粒物去除常采用蜂窝状活性成分为V2O3/TiO2以及含有铜、钴或铁元素的人造沸石（Zoolitic）[1]。
在制造过程中反应器的本身的尺寸基本不受限制的特点但同样采用了SCR，为与产品的SCR区分，在此将其称为“类SCR系统”，其安装位置考虑工作温度利于生成物的干燥需要将反应器布置在近排气口附近。反应物气态氨（NH3）是利用排气余热将喷淋的尿素气化自然蒸发成。
通常气态氨生成装置包括根据氨气蒸发器、氨气缓冲罐、气体流量阀等。因氨气生成量与温度之间存在敏感，要求控制温度范围非常窄，温度高氨气过量，温度低反应物量少，净化效率低，这些装置相对与柴油机来言，显得体积过于庞大，同时氨气是一种易爆气体，若氨气在空气中浓度为5%～15%的范围内，遇明火即可爆炸。柴油机尾气排放处又是处于高温状态，因此，在柴油机尾气净化装置中采用此装置来获得气态氨是不现实的和危险的。
针对SCR法应用在柴油机尾气的治理技术，在此的主要改进点在于：将SCR法中气态氨生成系统由原来的氨水在常温下自然蒸发为气态氨的工艺改变为采用通过尿素（CON2H4）—水溶液通过管线进入尾气净化装置内部，通过气流喷雾将尿素—水溶液变为微液滴状态并与高温尾气充分混合，在高温尾气的作用下尿素—水溶液中的尿素迅速被加热至160℃以上分解，产生气态氨（NH3）和缩二脲（CONH），其中气态氨（NH3）将在随后的催化条件下与尾气中的氮氧化物发生下列化学反应—这就是俗称的脱硝：
4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O
8NH3+6NO2 =7N2+12H2O
在上述脱硝处理的同时，在高温和催化条件下，尾气混合气中的一氧化碳与氮氧化物（包括NO和NO2）发生下列化学反应：
2CO+2NO+O2=2CO2 + N2
4CO+2NO2=4CO2 + N2
与此同时，气态氨（NH3）也与与尾气中的二
氧化硫发生如下化学反应，其反应式为：SO2+H2O+xNH3=（HN4）xH2-xSO3
得到亚硫酸铵中间产品，亚硫酸铵再进行氧化：
（NH4）xH2-xSO3+1/2O2+（2-x）NH3=（NH4）2SO4 这样实现了喷雾干燥法脱硫，脱硫后的终产物硫酸铵（NH4）2SO4和尿素分解后缩二脲（CONH）会形成细小的固态颗粒混入柴油机尾气中。在随后的颗粒物去除装置中，将以上的颗粒物和柴油机尾气中原有的颗粒物一同去除。通过上述工艺，将柴油机尾气中的一氧化碳与氮氧化物生成对环境无害的氮气、二氧化碳和水。综上所述，通过以上净化，将柴油机排放的主要气态污染物（NOX 、SO2、CO）及固态颗粒污染物，实现绝大部分去除。
4.该方案的特点
上述净化工艺过程与选择性催化还原法，净化气态污染物中的NOX 和CO的方法比较本方案有如下优越性：
试验装置结构简单、体积能满足要求、重量轻，仅需一套精巧的气流式喷雾系统实现气态氨生成功能，代替选择性催化还原法中氨气蒸发器、氨气缓冲罐、气体流量阀等庞大的设备组成的气态氨生成系统，这对于大部分为移动污染源—
柴油机来言，更具备实用性。因生成气态氨的方法不同，其气态氨在尾气中的注入量完全取决于尿素—水溶液的浓度和注入量，而浓度在配置时极易控制，混入量只要通过一个液体调节阀就能精确控制，而且不会因温度条件的变化而改变。从而实现了精确控制注入尾气气态氨的目的。不会造成因注入气态氨过量而造成氨的污染，也不会因注入气态氨过少造成净化气态污染物中的NOX 和CO效率低的问题。
再一点就是尾气流经雾化的尿素—水溶液的设计，因为这对于细小颗粒的去除起到一定的作用。
5.第三方专业机构的监测报告
我们在排量为7升柴油机做了尝试，7升机是符合新排放要求的产品，排放速率及浓度的结果参见图1-3，注意净化前后的结果绘在一张图的问题，这里净化前/后采用的是主/次坐标轴和实/虚线表示。另外应注意的是，这不是专门的排放试验所以没有使用标准的油品。
在这次尝试结果中，在颗粒物方面，未设置颗粒捕集器，主要靠尿素液喷淋降尘的方法，除了颗粒物排放速率为0.04g/kW.h外其他均达到上述限值。
净化前后排放速率：SO2降低约99%；NOx降低约98%；颗粒降低约84%。排放浓度：SO2降低约99%；NOX降低约98%；颗粒降低约73%。
从上图也可看到净化前后曲线是不平行的，存在尿素的喷入并没有与柴油机的供油量自动匹配。
按排气筒高度15米的要求可等效净化后的排气筒数见表3。
由上表可见，不净化处理的直接排放的NOX浓度和排放速率超过大气污染物综合排放限值。
6.结论
对于制造系统没有使用符合排放试验用标准油品的情况下，若所选试验台数量多于不超标排气口数时，建议做统一的“类SCR”处理，不净化NOX暂时还达不到排气筒高度为15米的排放限值的。只能采取逐个净化然后将排气筒集中成几根的方案，并将其布置在距离大于其几何高度之和之外。
成本需考虑计入过滤材料的消耗及维护等的人力费用。
应考虑尿素与供油量匹配喷人，以避免大面积氨污染等二次污染。
参考文献：
[1]内燃机燃烧与排放学，蒋德明，西安交通大学出版社，2001，P602
[2]排放及控制技术，周玉明，人民交通出版社，2001，P164
[3]GB16297-1996 大气污染物综合排放标准，P10
[4]GB17691-2005 车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ阶段）限值，P12