柴油機(jī)DPF和SCR尾氣凈化器的工作原理
發(fā)布時(shí)間：2025-08-10 點(diǎn)擊：78
柴油發(fā)電機(jī)尾氣凈化設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，非道路移動(dòng)機(jī)械也加快了城市的發(fā)展，柴油發(fā)電機(jī)的排氣污染問(wèn)題也日益突出。柴油發(fā)電機(jī)排氣污染物主要有：碳?xì)浠衔铮╤c）、一氧化碳（co）、氮氧化物（nox）、黑煙顆粒物（pm）,柴油發(fā)電機(jī)排放的pm顆粒物是污染環(huán)境的最大來(lái)源，占到90%以上。眾所周知pm2.5對(duì)大氣污染的嚴(yán)重性，容易導(dǎo)致人體呼吸系統(tǒng)疾病。同時(shí)“十三五”將pm黑煙顆粒物的排放納入到大氣污染的總量控制中。環(huán)保檢測(cè)主要控制的指標(biāo)是柴油發(fā)電機(jī)的煙度值，影響煙度值的主要指標(biāo)是排氣中的pm，因此pm成為了治理的關(guān)鍵目標(biāo)。
目前，非道路移動(dòng)機(jī)械由于使用年限長(zhǎng)、原排非常差、不易報(bào)廢、不方便監(jiān)控等原因，許多不達(dá)標(biāo)柴油發(fā)電機(jī)一直在使用，有些柴油發(fā)電機(jī)連國(guó)ii排放限值都未達(dá)到。為控制大氣pm2.5的指標(biāo)，現(xiàn)急需治理排放不達(dá)標(biāo)的柴油發(fā)電機(jī)，加裝康明斯bst系列dpf陶瓷載體顆粒捕集器能有效降低排氣污染物pm，凈化效率達(dá)95%以上，柴油發(fā)電機(jī)組排氣光吸收系數(shù)值可達(dá)≤0.5m-1或林格曼黑度值可滿(mǎn)足≤1級(jí)。加裝康明斯bst系列scr氮氧化物催化還原裝置，nox催化還原效率達(dá)80%-95%以上，滿(mǎn)足環(huán)保最新要求排放。
一、設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)
（1）《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》
（2）gb 16297-1996 《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》
（3）db 44/27-2001 《大氣污染排放限值》
（4）gb20891-2014 《非道路移動(dòng)機(jī)械用柴油機(jī)排氣污染物排放限值及測(cè)量方法(第三、第四階段)》
（5）gb 36886-2018 《非道路移動(dòng)機(jī)械用柴油機(jī)排氣污染物排放限值及測(cè)量方法》
（6）gb/t17619-1998《機(jī)動(dòng)車(chē)電子電器組件的電磁輻射抗擾性限值和測(cè)量方法》
（7）gb2423 《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)》
（8）gb 4208-2008 《外殼防護(hù)等級(jí)
（9）hj451-2008 《環(huán)境保護(hù)產(chǎn)品技術(shù)要求柴油機(jī)排氣后處理裝置》
（10）jb/t 1180.4-2014《柴油機(jī)選擇性催化還原（scr）系統(tǒng)》
（11）hj 2027-2013 《催化燃燒法工業(yè)有機(jī)廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》
（12）gb/t 8190.4 《往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)排放測(cè)量第4部分不同用途發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)循環(huán)》
（13）gb/t 16157 《固定污染源排氣中顆粒物測(cè)定與氣態(tài)污染物采樣方法》
（14）gb 5226 《機(jī)械安全 機(jī)械電氣設(shè)備第1部分：通用技術(shù)條件》
（15）gb j 232 《電器裝置安裝工程及驗(yàn)收規(guī)程》
（16）gb j 54-83 《低壓配電裝置及線(xiàn)路設(shè)計(jì)規(guī)范》
（17）gb j 93-1986 《工業(yè)自動(dòng)化儀表工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》
（18）gb 50254-1996 《電氣裝置安裝工程低壓電氣施工和驗(yàn)收規(guī)范》
（19）gb 50217-1994 《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》
二、dpf顆粒捕集器
柴油發(fā)電機(jī)上安裝的dpf柴油顆粒捕集器，是一種安裝在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放系統(tǒng)中的陶瓷過(guò)濾器，可以在微粒排放物質(zhì)進(jìn)入大氣之前將其過(guò)濾出來(lái)并捕捉。顆粒捕集器能夠減少發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的煙灰達(dá)90%以上，捕捉到的微粒排放物質(zhì)隨后在發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中燃燒殆盡。
1、dpf工作原理
dpf柴油顆粒捕集器工作基本原理是在柴油微粒過(guò)濾器噴涂上金屬鉑、銠、鈀等重金屬物質(zhì)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排出的含有炭粒的黑煙，通過(guò)專(zhuān)門(mén)的排氣管道進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣微粒捕集器，經(jīng)過(guò)其內(nèi)部密集設(shè)置的袋式過(guò)濾器，將碳煙微粒吸附在金屬纖維氈制成的過(guò)濾器上。從而減少這些微粒直接通過(guò)排氣系統(tǒng)，排放到大氣中，提高了發(fā)電機(jī)組尾氣排放的質(zhì)量。外觀(guān)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2、dpf+scr工作原理
在顆粒捕集器上的“二合一 (two in one)”技術(shù)就是把scr催化劑涂敷在dpf載體內(nèi)，集scr和dpf的功能于一體，這樣能有效降低成本，并減少系統(tǒng)的安裝空間。然而，跟傳統(tǒng)的基于 cdpf 再生技術(shù)和基于 fbc 再生技術(shù)的 dpf 結(jié)構(gòu)相比，基于“二合一”技術(shù)的 dpf 需要更大孔隙率和平均孔直徑。由于基于 fbc 再生技術(shù)，放熱速度快，對(duì)dpf的熱沖擊比較大。對(duì)于這一情況，一般通過(guò)減少目數(shù)，增加壁厚，以及減少孔隙率和平均孔直徑等設(shè)計(jì)手段來(lái)增加 dpf 的熱容量，從而減少其在“發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入怠速運(yùn)行 (drop in idle)”情況下的最高溫度和溫度梯度。cdpf 技術(shù)能有效降低 dpf 再生時(shí)的溫度，有助于提高燃油經(jīng)濟(jì)性;但是一般催化劑涂敷量不是很大， 5~10g/l。因此應(yīng)用于cdpf 技術(shù)的 dpf 需要適中的孔隙率和平均孔直徑。
基于“二合一”技術(shù)往往要求高達(dá) 90~220g/l，甚至更高的催化劑涂敷量。這勢(shì)必導(dǎo)致 dpf的壓差增大，惡化燃油經(jīng)濟(jì)性，因而設(shè)計(jì)高孔隙率和大平均孔直徑 dpf 滿(mǎn)足高涂敷量、低背壓要求。外觀(guān)結(jié)構(gòu)如圖2所示
圖1 柴油機(jī)dpf顆粒捕集器外形圖
圖2 選擇性催化還原器scr系統(tǒng)外形圖（二合一）
三、scr系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)
根據(jù)項(xiàng)目原始設(shè)計(jì)參數(shù)與目標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定制設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)包括：scr反應(yīng)器、混合單元、尿素存儲(chǔ)單元、尿素補(bǔ)充單元、供氣單元、計(jì)量噴射單元、plc控制單元及檢修旁通（可選）等。
型號(hào)：bst-400dg-scr/wsk中溫催化劑，適用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度250-420度。
中國(guó)柴油發(fā)電機(jī)組排放標(biāo)準(zhǔn)
《大氣污染物排放限值》(db44/27-2001》第二時(shí)段二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中濃度限值
污染物
最高允許排放濃度（mg/m3）
nox氮氧化物
≤120mg/nm3
1、scr工作原理
scr是selective（選擇性）catalytic（催化）reduction（還原）的英文縮寫(xiě)。其工作原理是將還原劑噴入排氣管，使 排氣中的氮氧化合物在催化器的作用下與還原劑反應(yīng)被還原成氮?dú)夂退瑂cr系統(tǒng)目前采用的還原劑是尿素。其工作原理如圖3所示。
尿素水溶液在高溫下分解成nh3和co2：
nh2conh2+ h2o → 2nh3+co2
nh3和排氣中的no和no2反應(yīng)產(chǎn)生氮?dú)夂退?br> no+no2+2nh3→ 2n2+3h2o
4no+o2+4nh3→ 4n2+6h2o
2no2+o2+4nh3→ 3n2+6h2o
為防止scr系統(tǒng)在整個(gè)使用過(guò)程中出現(xiàn)氨氣泄漏，scr催化器可設(shè)有氨氧化層，在氨氧化層中nh3與o2反應(yīng)生成氮?dú)夂退磻?yīng)式如下：
4nh3+3o2→ 2n2+6h2o
2.設(shè)計(jì)工藝流程說(shuō)明與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
scr 脫硝技術(shù)主要由scr 反應(yīng)室、催化劑、混合管、scr控制系統(tǒng)、噴射柜（尿素泵、尿素箱、尿素溶液傳感器、尿素噴射管、尿素回液管）、尿素噴嘴、nox傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、流量計(jì)、尿素存儲(chǔ)罐（1噸）等部分組成。尿素以計(jì)算好濃度(32.5%）的溶液的形態(tài)儲(chǔ)存于尿素罐中，在尿素噴射箱中在壓縮機(jī)、尿素泵的作用下送到噴槍?zhuān)缓笤谂c煙氣和空氣充分混合進(jìn)入scr反應(yīng)室。當(dāng)煙氣經(jīng)過(guò)scr反應(yīng)室的催化層時(shí)，發(fā)生選擇性催化還原反應(yīng)。
（1）采用的scr氮氧化物催化還原裝置工藝為中溫段布置，催化劑在使用較高溫度下，可以在 320-400度范圍內(nèi)正常穩(wěn)定運(yùn)行，尿素在該溫度區(qū)域也能徹底分解，達(dá)到最佳使用效果，脫硝效率80%-95%。
（2）中溫段布置催化劑適用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度250-420度，最佳催化溫度320-400度，需要溫度超過(guò)420度會(huì)打開(kāi)旁通，從旁路排出。以便保護(hù)催化劑不被燒壞；scr系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（如圖3所示）。
圖3 柴油發(fā)電機(jī)選擇性催化還原器scr工作原理
圖4 柴油發(fā)電機(jī)選擇性催化還原器scr系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
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目前，非道路移動(dòng)機(jī)械由于使用年限長(zhǎng)、原排非常差、不易報(bào)廢、不方便監(jiān)控等原因，許多不達(dá)標(biāo)柴油發(fā)電機(jī)一直在使用，有些柴油發(fā)電機(jī)連國(guó)ii排放限值都未達(dá)到。為控制大氣pm2.5的指標(biāo)，現(xiàn)急需治理排放不達(dá)標(biāo)的柴油發(fā)電機(jī)，加裝康明斯bst系列dpf陶瓷載體顆粒捕集器能有效降低排氣污染物pm，凈化效率達(dá)95%以上，柴油發(fā)電機(jī)組排氣光吸收系數(shù)值可達(dá)≤0.5m-1或林格曼黑度值可滿(mǎn)足≤1級(jí)。加裝康明斯bst系列scr氮氧化物催化還原裝置，nox催化還原效率達(dá)80%-95%以上，滿(mǎn)足環(huán)保最新要求排放。
一、設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)
（1）《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》
（2）gb 16297-1996 《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》
（3）db 44/27-2001 《大氣污染排放限值》
（4）gb20891-2014 《非道路移動(dòng)機(jī)械用柴油機(jī)排氣污染物排放限值及測(cè)量方法(第三、第四階段)》
（5）gb 36886-2018 《非道路移動(dòng)機(jī)械用柴油機(jī)排氣污染物排放限值及測(cè)量方法》
（6）gb/t17619-1998《機(jī)動(dòng)車(chē)電子電器組件的電磁輻射抗擾性限值和測(cè)量方法》
（7）gb2423 《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)》
（8）gb 4208-2008 《外殼防護(hù)等級(jí)
（9）hj451-2008 《環(huán)境保護(hù)產(chǎn)品技術(shù)要求柴油機(jī)排氣后處理裝置》
（10）jb/t 1180.4-2014《柴油機(jī)選擇性催化還原（scr）系統(tǒng)》
（11）hj 2027-2013 《催化燃燒法工業(yè)有機(jī)廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》
（12）gb/t 8190.4 《往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)排放測(cè)量第4部分不同用途發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)循環(huán)》
（13）gb/t 16157 《固定污染源排氣中顆粒物測(cè)定與氣態(tài)污染物采樣方法》
（14）gb 5226 《機(jī)械安全 機(jī)械電氣設(shè)備第1部分：通用技術(shù)條件》
（15）gb j 232 《電器裝置安裝工程及驗(yàn)收規(guī)程》
（16）gb j 54-83 《低壓配電裝置及線(xiàn)路設(shè)計(jì)規(guī)范》
（17）gb j 93-1986 《工業(yè)自動(dòng)化儀表工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》
（18）gb 50254-1996 《電氣裝置安裝工程低壓電氣施工和驗(yàn)收規(guī)范》
（19）gb 50217-1994 《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》
二、dpf顆粒捕集器
柴油發(fā)電機(jī)上安裝的dpf柴油顆粒捕集器，是一種安裝在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放系統(tǒng)中的陶瓷過(guò)濾器，可以在微粒排放物質(zhì)進(jìn)入大氣之前將其過(guò)濾出來(lái)并捕捉。顆粒捕集器能夠減少發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的煙灰達(dá)90%以上，捕捉到的微粒排放物質(zhì)隨后在發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中燃燒殆盡。
1、dpf工作原理
dpf柴油顆粒捕集器工作基本原理是在柴油微粒過(guò)濾器噴涂上金屬鉑、銠、鈀等重金屬物質(zhì)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排出的含有炭粒的黑煙，通過(guò)專(zhuān)門(mén)的排氣管道進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣微粒捕集器，經(jīng)過(guò)其內(nèi)部密集設(shè)置的袋式過(guò)濾器，將碳煙微粒吸附在金屬纖維氈制成的過(guò)濾器上。從而減少這些微粒直接通過(guò)排氣系統(tǒng)，排放到大氣中，提高了發(fā)電機(jī)組尾氣排放的質(zhì)量。外觀(guān)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2、dpf+scr工作原理
在顆粒捕集器上的“二合一 (two in one)”技術(shù)就是把scr催化劑涂敷在dpf載體內(nèi)，集scr和dpf的功能于一體，這樣能有效降低成本，并減少系統(tǒng)的安裝空間。然而，跟傳統(tǒng)的基于 cdpf 再生技術(shù)和基于 fbc 再生技術(shù)的 dpf 結(jié)構(gòu)相比，基于“二合一”技術(shù)的 dpf 需要更大孔隙率和平均孔直徑。由于基于 fbc 再生技術(shù)，放熱速度快，對(duì)dpf的熱沖擊比較大。對(duì)于這一情況，一般通過(guò)減少目數(shù)，增加壁厚，以及減少孔隙率和平均孔直徑等設(shè)計(jì)手段來(lái)增加 dpf 的熱容量，從而減少其在“發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入怠速運(yùn)行 (drop in idle)”情況下的最高溫度和溫度梯度。cdpf 技術(shù)能有效降低 dpf 再生時(shí)的溫度，有助于提高燃油經(jīng)濟(jì)性;但是一般催化劑涂敷量不是很大， 5~10g/l。因此應(yīng)用于cdpf 技術(shù)的 dpf 需要適中的孔隙率和平均孔直徑。
基于“二合一”技術(shù)往往要求高達(dá) 90~220g/l，甚至更高的催化劑涂敷量。這勢(shì)必導(dǎo)致 dpf的壓差增大，惡化燃油經(jīng)濟(jì)性，因而設(shè)計(jì)高孔隙率和大平均孔直徑 dpf 滿(mǎn)足高涂敷量、低背壓要求。外觀(guān)結(jié)構(gòu)如圖2所示
圖1 柴油機(jī)dpf顆粒捕集器外形圖
圖2 選擇性催化還原器scr系統(tǒng)外形圖（二合一）
三、scr系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)
根據(jù)項(xiàng)目原始設(shè)計(jì)參數(shù)與目標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定制設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)包括：scr反應(yīng)器、混合單元、尿素存儲(chǔ)單元、尿素補(bǔ)充單元、供氣單元、計(jì)量噴射單元、plc控制單元及檢修旁通（可選）等。
型號(hào)：bst-400dg-scr/wsk中溫催化劑，適用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度250-420度。
中國(guó)柴油發(fā)電機(jī)組排放標(biāo)準(zhǔn)
《大氣污染物排放限值》(db44/27-2001》第二時(shí)段二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中濃度限值
污染物
最高允許排放濃度（mg/m3）
nox氮氧化物
≤120mg/nm3
1、scr工作原理
scr是selective（選擇性）catalytic（催化）reduction（還原）的英文縮寫(xiě)。其工作原理是將還原劑噴入排氣管，使 排氣中的氮氧化合物在催化器的作用下與還原劑反應(yīng)被還原成氮?dú)夂退瑂cr系統(tǒng)目前采用的還原劑是尿素。其工作原理如圖3所示。
尿素水溶液在高溫下分解成nh3和co2：
nh2conh2+ h2o → 2nh3+co2
nh3和排氣中的no和no2反應(yīng)產(chǎn)生氮?dú)夂退?br> no+no2+2nh3→ 2n2+3h2o
4no+o2+4nh3→ 4n2+6h2o
2no2+o2+4nh3→ 3n2+6h2o
為防止scr系統(tǒng)在整個(gè)使用過(guò)程中出現(xiàn)氨氣泄漏，scr催化器可設(shè)有氨氧化層，在氨氧化層中nh3與o2反應(yīng)生成氮?dú)夂退磻?yīng)式如下：
4nh3+3o2→ 2n2+6h2o
2.設(shè)計(jì)工藝流程說(shuō)明與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
scr 脫硝技術(shù)主要由scr 反應(yīng)室、催化劑、混合管、scr控制系統(tǒng)、噴射柜（尿素泵、尿素箱、尿素溶液傳感器、尿素噴射管、尿素回液管）、尿素噴嘴、nox傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、流量計(jì)、尿素存儲(chǔ)罐（1噸）等部分組成。尿素以計(jì)算好濃度(32.5%）的溶液的形態(tài)儲(chǔ)存于尿素罐中，在尿素噴射箱中在壓縮機(jī)、尿素泵的作用下送到噴槍?zhuān)缓笤谂c煙氣和空氣充分混合進(jìn)入scr反應(yīng)室。當(dāng)煙氣經(jīng)過(guò)scr反應(yīng)室的催化層時(shí)，發(fā)生選擇性催化還原反應(yīng)。
（1）采用的scr氮氧化物催化還原裝置工藝為中溫段布置，催化劑在使用較高溫度下，可以在 320-400度范圍內(nèi)正常穩(wěn)定運(yùn)行，尿素在該溫度區(qū)域也能徹底分解，達(dá)到最佳使用效果，脫硝效率80%-95%。
（2）中溫段布置催化劑適用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度250-420度，最佳催化溫度320-400度，需要溫度超過(guò)420度會(huì)打開(kāi)旁通，從旁路排出。以便保護(hù)催化劑不被燒壞；scr系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（如圖3所示）。
圖3 柴油發(fā)電機(jī)選擇性催化還原器scr工作原理
圖4 柴油發(fā)電機(jī)選擇性催化還原器scr系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
柴油發(fā)電機(jī)并機(jī)控制器常見(jiàn)品牌和功能描述
維護(hù)工地專(zhuān)用300kw柴油發(fā)電機(jī)三濾，提高燃燒效率
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