铁铬铝纤维过滤毡在尾气排放装置中的环保应用

铁铬铝纤维过滤毡在尾气排放装置中的环保应用

欧盟范围内卡车的尾气排放标准已大幅收紧，有效的尾气后处理系统成为必不可少的程序。两个现有的后处理选项是微粒捕集器和选择性催化还原系统。微粒捕集器旨在减少 80% 以上的微粒排放，而使用氨形成还原剂的 SCR 系统可减少类似数量的氮氧化物排放。基于这些方案的后处理系统的主要发展重点是系统的耐久性。特别是，排气后处理系统和发动机控制之间的必要联系仍需开发，以保证所有运行范围内的功能。为了达到0.02g/kW·h的水平，颗粒物质留在捕集器中并被氧化以再生捕集器。捕集器的结构在颗粒氧化过程中会承受极端载荷。特别危险的是由于空间有限的颗粒燃烧期间的局部最高温度而在捕集材料中产生热应力。

如果仅单独使用颗粒过滤器，发动机开发目标是将NOx排放限制在3.5g/kW·h的水平，那么只能达到欧标的第一步。使用欧 3 标准作为参考点，这意味着氮氧化物总排放量进一步减少 30%。发动机上的传统解决方案（例如延迟燃油喷射）会导致颗粒物排放增加。如果使用颗粒过滤器，可以将颗粒物降低到所需水平。具有高热容量和高导热性的材料是一个优势。疏水阀的设计极大地影响了燃烧过程中的热量散发。粒子局部燃烧后，放热反应在陷阱中扩散，导致扩散方向的温度升高，尤其是在某处粒子浓度较高的情况下。因此，短的火焰路径也是一个优势，这意味着疏水阀中需要短的流道。

烧结金属拖拉机由烧结金属制成的捕集器具有高热容量和高导热性，它们已经证明了它们的价值，尤其是在极端高温下。因此，它们已在卡车比赛中成功应用多年。特别坚固的金属捕集器由各种单片金属制成。钣金形状种类繁多，各种单金属板被焊接到疏水阀外壳中。废气从外向内径向流过疏水阀，保持火焰路径短和热应力低。铁铬铝纤维毡是金属滤板的材料之一。

陷阱再生过程柴油发动机的颗粒物主要由固体物质（颗粒和灰尘）组成，捕集器捕获了几乎 100% 的这些物质。此外，HC 和硫酸盐会根据温度状况不同程度地吸附在颗粒物上，然后释放。这种捕集器的整体有效性取决于捕集器中颗粒物质的成分和温度分布。然而，大多数捕集器将 10-100nm 范围内的粒子减少了 90% 以上。对于硫含量小于10ppm的燃料油，经试验表明，在欧洲的稳态循环中，捕集总效果及其对其他污染物的转化率高于90%。这意味着通过欧 2 认证的发动机可以通过安装捕集器轻松满足欧 4 颗粒物排放标准。同时，排放物中的 HC 和 CO 减少了约 90%，主要是由于 CRT 催化剂的氧化。与任何高负载氧化催化剂一样，这种 CRT 氧化催化剂可高效地将燃油中有害的硫转化为硫酸盐，从而增加颗粒物排放。因此，当燃料的硫含量在 30ppm 左右时，仅硫酸盐的形成就会导致颗粒物排放超过欧 4 标准的限制。

排气背压排气处理系统的背压值应保持尽可能低，以免影响燃油经济性。只有一个消声器时才能达到的50-100mbar的背压值，只有使用大容量疏水阀才能维持。这导致尾气后处理系统庞大、笨重且昂贵。因此，对于每个独特的应用，必须找到排气背压与系统尺寸和成本之间的最佳折衷方案。在设计过程中不仅必须考虑新疏水阀的排气背压，还必须考虑不可燃残留物，特别是机油添加剂在疏水阀中积灰的影响。腻子的主要成分是硫酸钙和磷锌酸成分。这些物质不能通过疏水阀的正常再生去除，因此在疏水阀中积累。特别是用于延长换油周期的优质润滑油通常含有高含量的添加剂，会产生更多的油灰。通常载重汽车发动机润滑油中成灰物质的含量约为1%～2%。燃烧1L机油会产生15g左右的灰分，也就是说在行驶100000km后，当机油消耗量为1L/1000km时，捕集器捕集的灰分仅来自机油就有1500g。通常捕集器中的沉积灰呈粉末状，但根据基本操作条件，可能会发生熔化，这会增加任何可能的系统清洁程度。因此，除了将后处理系统与发动机尺寸和应用条件相匹配外，优化发动机的油耗和进气系统也是必不可少的。自 1995 年以来，带 CRT 再生功能的颗粒过滤器就开始使用，尤其是在城市公交车上。通过 CRT 催化剂维持再生。对比试验清楚地表明，由于油耗增加，疏水阀保持低排气背压的10万公里性能无法完全发挥。目前的解决方法是从系统中移除陷阱并单独清理它。即使在使用快速释放装置的情况下，这也是一种昂贵的维护措施，不可避免地增加了卡车的运营成本。此外，必须假设即使在清洁过滤器后也不会再次达到原始排气背压值。因此，疏水阀的设计无需清洁疏水阀。低位维护疏水阀系统的要求是：疏水阀通道内不应长期积灰；除尘必须在不从车辆上拆下排气后处理系统的情况下进行；灰烬可以妥善处理。正是出于这个原因，Purem 将其系统设计从通道结构演变为金属板疏水阀。排出的空气从外向内径向流过金属板，因此灰烬不会聚集在通道的一端。使用烧结金属过滤器意味着灰烬很容易通过并积聚在灰箱中。持续的耐久性测试是通过检查灰分来完成的陷阱的形成和清洁用于进一步优化陷阱的功能。初步结果表明，一部分灰烬与烧结金属表面结合，一部分灰烬脱落。

声学特性由于使用了氧化催化剂，不能使用降噪吸水垫。但是，可以通过插入不同的元件来降低声压强度。消声器外壳的设计体积可以通过具有大金属板截面的独特形状来利用，因为废气不必轴向流过收集器。许多消声器使用的同侧入口和出口设计也可用于烧结金属疏水阀。