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- 合肥寶發(fā)動(dòng)力技術(shù)股份有限公司
- 經(jīng)營(yíng)模式：叉車配件制造商
- 所在地區(qū)：中國(guó) 安徽省 合肥市
合肥寶發(fā)公司蔣旭東供稿
隨著各地環(huán)保部門針對(duì)非道路柴油機(jī)械尾氣煙度治理的趨嚴(yán)，柴油叉車的尾氣中黑煙治理系統(tǒng)——叉車煙度凈化器產(chǎn)品逐漸被廣大叉車經(jīng)銷商朋友所了解。為了方便大家增加對(duì)叉車煙度凈化器產(chǎn)品的認(rèn)識(shí)和選擇合格的產(chǎn)品，我們把當(dāng)前使用在柴油叉車領(lǐng)域的各型柴油尾氣煙度凈化器產(chǎn)品及產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)做一些歸納，這樣有助于了解網(wǎng)絡(luò)中形形色色的叉車煙度凈化器產(chǎn)品的本質(zhì)歸屬。
一、柴油機(jī)尾氣的特征及后處理的難度
1、柴油車的尾氣危害:
柴油車的尾氣構(gòu)成：HC，CO，NOx和顆粒物(PM)等污染，經(jīng)大氣中的光化學(xué)反應(yīng)后，還將產(chǎn)生地表臭氧O3和和過(guò)氧化物；顆粒物PM、地表臭氧O3和過(guò)氧化物為致癌物質(zhì)；CO，NOx和HC，為致病物質(zhì)，嚴(yán)重危害人類的健康和生態(tài)環(huán)境。
汽車尾氣對(duì)人類造成疾病和死亡，特別造成人員呼吸道受損引發(fā)各種惡性疾病(2007年我國(guó)34萬(wàn)人因尾氣污染而死亡)。
2、柴油車尾氣特征和凈化的難度：
⑴、四種需要處理的污染物：HC，CO，NOx和PM。相對(duì)于汽油車，多了碳顆粒物PM的污染物需要控制。
⑵、還原劑HC和CO偏少，既不利于NOx的還原，又不利于尾氣溫度的提升，還原NOx還需另加還原劑。
⑶、柴油叉車的尾氣排溫低，造成三個(gè)困難：NOx處理困難，PM凈化困難，DPF和催化劑容易被硫酸鹽堵塞、失效。
⑷、尾氣中的氧過(guò)量，可以達(dá)到6－15％，NOx還原困難。
⑸、柴油叉車的柴油能源來(lái)源復(fù)雜，不少車輛使用的硫含量很高。
⑹、柴油叉車不少還是上個(gè)世紀(jì)的490發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)的升級(jí)技術(shù)，燒機(jī)油的問(wèn)題還沒(méi)有被徹底解決。
二、柴油叉車后處理凈化的關(guān)鍵技術(shù)：
柴油機(jī)由于具有油耗低、扭矩大的優(yōu)點(diǎn)而得到了叉車行業(yè)廣大客戶群體的廣泛歡迎。 然而，柴油機(jī)本身的排放污染物NOx和PM的治理難度和成本要比汽油機(jī)和替代能源發(fā)動(dòng)機(jī)要高許多，將使得柴油機(jī)的后期應(yīng)用受到一定的限制，為了柴油叉車在排放升級(jí)中滿足今后的國(guó)Ⅳ、Ⅴ甚至更高排放標(biāo)準(zhǔn)要求，我們需要研究并開(kāi)發(fā)適合于柴油叉車尾氣治理的有效手段和措施。下面是幾種常見(jiàn)的后處理凈化技術(shù)介紹：
1、DOC—Diesel Oxidation Catalyst——柴油氧化型催化器，蜂窩狀金屬或陶瓷載體
安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管路中，通過(guò)氧化反應(yīng)，將發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中一氧化碳(CO)和碳?xì)浠衔?HC)轉(zhuǎn)化成無(wú)害的水(H2O)和二氧化碳(CO2)的裝置。
氧化型催化轉(zhuǎn)化器通常需要二次空氣噴射裝置配合工作，提供氧化反應(yīng)所需的氧氣，用來(lái)降低排氣中一氧化碳(CO)和碳?xì)浠衔?HC)的排量。
柴油機(jī)氧化催化器(DOC)以鉑(Pt)、鈀(Pd)等貴金屬作為催化劑，主要降低微粒排放中的SOF的含量從而降低PM的排放，對(duì)黑煙的捕集效果不高于20%。其氧化原理與汽油機(jī)三效催化器氧化HC和CO的原理基本一樣。同時(shí)可以有效減少排氣中的HC,CO。氧化催化器對(duì)HC和CO的處理效率可以分別達(dá)到88%，68%。
2、DPF : Diesel Particulate Filters 柴油顆粒捕集器，壁流式載體結(jié)構(gòu)
以堇青石和碳化硅為主要的兩種材料。DPF利用過(guò)濾體對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排氣過(guò)程中的碳顆粒物PM進(jìn)行物理過(guò)濾處理。需定時(shí)對(duì)過(guò)濾器內(nèi)的沉積PM進(jìn)行清除，即DPF再生。
工作原理：氣流進(jìn)入DPF后，由于出口被堵，氣流從內(nèi)壁的毛細(xì)孔中流出，從而碳煙截留在DPF內(nèi)部，起到收集碳煙的作用，凈化效率高到90%以上，最后通過(guò)再生將收集到的碳煙氧化燃燒除去。
3、POC：Particle Oxidation Catalyst 顆粒物催化氧化轉(zhuǎn)化器，屬于半壁流式載體結(jié)構(gòu)
以堇青石和碳化硅SiC為主要的兩種材料。POC亦是利用過(guò)濾體對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排氣過(guò)程中的碳顆粒物PM進(jìn)行物理過(guò)濾處理，只有30-60%的捕捉效果，一般不容易堵塞，是DPF的過(guò)渡性產(chǎn)品，對(duì)黑煙的捕集效果一般在40%左右。工信部最新的公告中已經(jīng)不會(huì)出現(xiàn)新發(fā)動(dòng)機(jī)采用POC技術(shù)的公告了。
顆粒捕集型氧化催化器POC工作原理：2NO2+C→2NO+CO2
4、SCR：Selective Catalytic Reduction 選擇性催化還原，蜂窩載體結(jié)構(gòu)
SCR技術(shù)本身并不是新技術(shù)，在發(fā)電廠里早有應(yīng)用。在發(fā)電廠中NH3是以氨水的形式引入和保存的。而在移動(dòng)的車輛上使用氨水有一定的難度，因此SCR系統(tǒng)一般是選擇尿素水溶液作為還原劑，尿素水溶液噴射到催化劑逆流方向的排氣管中。
首先在廢氣溫度大于200℃條件下，和氣流作用下氣化分解為CO2和氨水。尿素水解為氨氣與二氧化碳：(尿素噴射系統(tǒng))
CO(NH2)2→NH3 + HNCO
HNCO+H2O→NH3+CO2→2NH3+CO2(要求溫度200℃以上)
接著氨水作為還原劑將NOX還原為無(wú)污染的氮?dú)夂退?/FONT>SCR后處理反應(yīng)：(SCR 催化轉(zhuǎn)化器)
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O
4NO+O2+4NH3→4N2+6H2O
2NO2+O2+4NH3→3N2+6H2O
三、柴油機(jī)械后處理凈化的兩條不同技術(shù)路線：
在非道路國(guó)Ⅳ階段，單純依靠發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)內(nèi)凈化已不能滿足法規(guī)要求，需要同時(shí)增加后處理來(lái)實(shí)現(xiàn)。國(guó)Ⅳ按技術(shù)路線分類總體上可分為EGR和SCR兩種。
1、EGR+DPF/DOC (廢氣再循環(huán)+微粒捕集器/氧化催化轉(zhuǎn)換器)技術(shù)路線(一般視為美國(guó)體系)，它以廢氣再循環(huán)為基礎(chǔ)，在機(jī)內(nèi)抑制NOx的產(chǎn)生，在機(jī)外后處理過(guò)程中采用微粒捕集器對(duì)微粒進(jìn)行捕捉。目前，采用該技術(shù)路線的主要有康明斯、卡特彼勒、萬(wàn)國(guó)、斯堪尼亞、曼等。
技術(shù)機(jī)理：在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部處理NOx，通過(guò)后處理DPF來(lái)處理PM。
2、 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)內(nèi)優(yōu)化燃燒 + SCR(選擇性催化還原)的技術(shù)路線(一般視為歐洲體系)，通過(guò)優(yōu)化噴油和燃燒過(guò)程，盡量在機(jī)內(nèi)控制微粒的產(chǎn)生，在機(jī)外后處理過(guò)程，采用尿素溶液對(duì)NOx進(jìn)行選擇性催化還原。采用該技術(shù)路線的主要有底特律柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、戴姆勒克萊斯勒、沃爾沃、達(dá)夫、依維柯。
技術(shù)機(jī)理：在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部處理PM ，通過(guò)后處理只處理NOx 。
SCR技術(shù)在國(guó)內(nèi)具有明確的技術(shù)成熟度和發(fā)展方向，可行性高。結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況，選用SCR技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)國(guó)Ⅳ、國(guó)Ⅴ排放的主要技術(shù)路線是非?，F(xiàn)實(shí)與安全的。本文要介紹的尾氣煙度凈化，則是DOC及DPF的技術(shù)應(yīng)用。
四、當(dāng)下國(guó)內(nèi)叉車行業(yè)柴油煙度凈化器的產(chǎn)品種類及存在的隱患：
DPF安裝在柴油車排氣系統(tǒng)中，通過(guò)過(guò)濾來(lái)降低排氣中顆粒物(PM)，DPF能夠有效地凈化排氣中90%左右的顆粒，是凈化柴油機(jī)顆粒物最有效、最直接的方法。該DPF產(chǎn)品已在國(guó)際上實(shí)現(xiàn)了商品化。該技術(shù)主要是使尾氣通過(guò)布置在排氣管中的過(guò)濾材料，利用碰撞、吸附、攔截或重力沉降原理將 PM 從氣流中分離出來(lái)。隨著過(guò)濾材料上的顆粒物的累積，導(dǎo)致過(guò)濾孔堵塞，使排氣阻力增加，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性同時(shí)下降，因此，必須及時(shí)除去 DPF 中的顆粒物，這就是 DPF 的再生。
DPF安裝在柴油機(jī)排氣管上，排氣通過(guò)時(shí)，PM被濾芯吸附過(guò)濾。但隨著工作時(shí)間的增加，濾芯內(nèi)部PM增加，導(dǎo)致排氣背壓升高，將影響柴油機(jī)的動(dòng)力性的經(jīng)濟(jì)性。清除濾芯上的PM被稱作DPF的再生。DPF面臨的最大挑戰(zhàn)就是再生問(wèn)題。
當(dāng)下國(guó)內(nèi)柴油機(jī)械產(chǎn)品中常見(jiàn)的煙度凈化器分為4種產(chǎn)品，分別如下：
1)只有DOC的系統(tǒng)——簡(jiǎn)稱DOC only，只能去除少量的黑煙，效果非常有限(幾乎對(duì)黑煙沒(méi)有明顯效果)，在排溫足夠高的前提下，去除CO與HC的效果是非常有效的。目前市面上有20%的銷售量是此類產(chǎn)品。
2)只有DPF的系統(tǒng)——簡(jiǎn)稱DPF only(或者采用DOC不做貴金屬涂覆，也就是假DOC)，也稱為一次性的DPF產(chǎn)品(制造成本低廉)，短時(shí)期去除黑煙效果雖然明顯，但由于沒(méi)有再生手段，大部分產(chǎn)品在不到1周時(shí)間產(chǎn)品就徹底堵死導(dǎo)致失效。這種產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)一些企業(yè)大量銷售，制造成本低并假冒再生DPF產(chǎn)品進(jìn)行銷售，這種產(chǎn)品會(huì)嚴(yán)重傷害用戶的發(fā)動(dòng)機(jī)壽命。一旦多次發(fā)生這種劣幣驅(qū)逐良幣的事件，最終損害的是用戶的信心和柴油DPF煙度凈化器的市場(chǎng)。由于DPF產(chǎn)品屬于新生事物，大多數(shù)用戶并不了解，但市場(chǎng)上充斥的此類不可長(zhǎng)效工作的DPF低端非再生產(chǎn)品，因?yàn)橹圃斐杀局挥斜粍?dòng)再生DPF產(chǎn)品(即含有貴金屬涂覆的DOC+DPF產(chǎn)品)的30%成本，這也是市場(chǎng)真正被動(dòng)再生DPF產(chǎn)品的銷售殺手。目前市面上有60%以上的銷售量是此類產(chǎn)品，給用戶和經(jīng)銷商造成的痛苦可想而知。
筆者曾到訪過(guò)一些網(wǎng)絡(luò)宣傳力度比較大的DPF公司，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上能夠搜索到煙度凈化器企業(yè)中有80%以上是貿(mào)易型的公司，現(xiàn)場(chǎng)往往看不到幾套完整的產(chǎn)品，交流中對(duì)產(chǎn)品的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求都沒(méi)有吃透就委托第三方貼牌制造。相反，大型車輛尾氣凈化器廠家——如威孚力達(dá)公司幾乎是不在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上面做推廣的，產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性卻在本行業(yè)的口碑要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的推廣公司。
可想而知，這樣的網(wǎng)絡(luò)貿(mào)易公司缺乏對(duì)產(chǎn)品的基礎(chǔ)認(rèn)知、沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)試能力和技術(shù)支撐，最終是無(wú)法把控產(chǎn)品的質(zhì)量。
無(wú)法控制產(chǎn)品質(zhì)量的公司，自然不會(huì)把柴油煙度凈化器當(dāng)做一項(xiàng)事業(yè)那樣去全身心的投入研發(fā)試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，這種不具有專業(yè)DPF研發(fā)能力的公司純屬市場(chǎng)攪局者。
3)DOC+DPF的被動(dòng)系統(tǒng)——涂覆有貴金屬鉑、鈀的DOC結(jié)合DPF的產(chǎn)品應(yīng)用，是被動(dòng)再生DOC+DPF的經(jīng)典產(chǎn)品，這套系統(tǒng)依賴較高排溫實(shí)現(xiàn)DOC參與反應(yīng)將尾氣中PM物質(zhì)再生燒掉。如果溫度達(dá)不到需要的排氣溫度240℃ —500℃，考慮顆粒物的燃點(diǎn)高達(dá) 550℃—600℃，因此依靠排氣溫度很難將 DPF 上積累的PM顆粒物全部燃燒去除實(shí)現(xiàn)再生，必須用化學(xué)或物理的方法將顆粒物從 DPF 上清除。即便排溫不夠高，但由于貴金屬物質(zhì)的存在，部分的PM顆粒物被再生燒掉，部分的PM顆粒物體積大大減少并儲(chǔ)存在DPF載體內(nèi)部，需要定期人工方式清理出來(lái)，這套系統(tǒng)應(yīng)用得當(dāng)?shù)脑挘粫?huì)發(fā)生堵死的現(xiàn)象。定期清理顆粒物是必須的，因此加大了人工的成本支出。
合肥寶發(fā)動(dòng)力技術(shù)有限公司研發(fā)的DOC+DPF產(chǎn)品在接受了前期試驗(yàn)失敗的基礎(chǔ)上，已經(jīng)完成大量的試驗(yàn)驗(yàn)證，第一代產(chǎn)品已經(jīng)在全國(guó)各地得到了良好的市場(chǎng)反饋。合肥寶發(fā)動(dòng)力公司在第一代產(chǎn)品的基礎(chǔ)上即將推出第二代全不銹鋼結(jié)構(gòu)的抱箍快裝式DPF產(chǎn)品，以求最大限度的減輕用戶拆裝時(shí)間。第三代內(nèi)置釋壓閥DPF產(chǎn)品也正在同步測(cè)試中，該產(chǎn)品在第二代基礎(chǔ)上將從根本上解決應(yīng)用DPF整個(gè)行業(yè)都所擔(dān)憂的堵塞問(wèn)題，第三代產(chǎn)品將是一個(gè)頗具革命性的產(chǎn)品。
4)DOC+DPF的主動(dòng)系統(tǒng)，涂覆有貴金屬的DOC結(jié)合DPF，以及主動(dòng)再生系統(tǒng)是DPF技術(shù)路線的最高級(jí)表現(xiàn)形式，也是目前最高技術(shù)水平的產(chǎn)品。目前合肥寶發(fā)動(dòng)力技術(shù)有限公司的主動(dòng)再生煙度凈化器裝配完成后，5年可免人工頻繁清理保養(yǎng)，全自動(dòng)模式徹底擺脫繁雜的手工勞作。目前市面上只有不及2%的銷售量是此類產(chǎn)品。
DPF 主動(dòng)再生技術(shù)的手段大致可以分為缸外化學(xué)手段、缸內(nèi)化學(xué)手段兩種主線。其中，缸外化學(xué)手段主要涉及向過(guò)濾體上游空間噴射一定量的燃油或燃?xì)?，將顆粒物點(diǎn)燃；或者在過(guò)濾體上游安裝電加熱裝置、紅外加熱裝置或微波加熱裝置來(lái)加熱過(guò)濾體提高表面溫度，實(shí)現(xiàn)再生。缸內(nèi)化學(xué)手段是改變?nèi)加蛧娚淞炕驀娚鋾r(shí)間或者利用閥門改變進(jìn)氣量，通過(guò)改善缸內(nèi)燃燒過(guò)程，調(diào)節(jié)排氣溫度，最終將過(guò)濾體溫度提高到顆粒物燃點(diǎn)。
五、小結(jié)：
特別是國(guó)內(nèi)排放法規(guī)日趨嚴(yán)格的大背景下，對(duì)柴油叉車的尾氣凈化提出了更高的要求。盡管發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣后處理，特別是DPF主動(dòng)再生領(lǐng)域是柴油叉車方面比較細(xì)的領(lǐng)域，如果挑選不當(dāng)，會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命，因此對(duì)于使用單位來(lái)說(shuō)是不容忽視的。
對(duì)于生產(chǎn)一次性的DPF產(chǎn)品(沒(méi)有再生能力的產(chǎn)品)必然會(huì)破壞叉車使用者的積極性，有損該環(huán)保行業(yè)的良性發(fā)展，需要我們?cè)谶x擇此類產(chǎn)品時(shí)做深度考慮。
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