消防車柴油廢氣處理必要性與相關(guān)技術(shù)的探究

王榮強(qiáng)

摘要：本文介紹了消防車的類型，分析了消防車柴油廢氣處理的必要性，著重論述了消防車柴油廢氣處理技術(shù)應(yīng)用中的注意點(diǎn)，這些技術(shù)主要是EGR（廢氣再循環(huán)）、DOC（柴油氧化催化器）、NSC（氮氧化物存儲(chǔ)式催化轉(zhuǎn)化器）、DPF（柴油顆粒過(guò)濾器）、SCR（選擇性催化還原），相比較而言，每種方法都各有利弊。今后在消防車柴油廢氣處理上，我們需要不斷加大科研創(chuàng)新力度和對(duì)這些技術(shù)應(yīng)用的深入研究。

關(guān)鍵詞：消防車;柴油廢氣處理;必要性;技術(shù)應(yīng)用

一、消防車的類型

消防車的分類，以其功能特點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)普遍將消防車劃分為：（一）滅火消防車，包括泵浦消防車、水罐消防車、泡沫消防車、高倍泡沫消防車、二氧化碳消防車、干粉消防車、泡沫-干粉聯(lián)用消防車。（二）舉高消防車，包括云梯消防車、登高平臺(tái)消防車、舉高噴射消防車。（三）專勤消防車，包括搶險(xiǎn)救援消防車、通訊指揮消防車、照明消防車、排煙消防車、勘察消防車、供水消防車、供液消防車、消防坦克。此外，還有一些是應(yīng)用于專門場(chǎng)所、位置的消防車，比如機(jī)場(chǎng)救援先導(dǎo)消防車、機(jī)場(chǎng)救援消防車，或者是給消防任務(wù)做保障的車輛，如供水消防車、救護(hù)消防車、器材消防車、宣傳消防車等。這些大量的、不同類型的消防車的推出與應(yīng)用，給我們的生活、生產(chǎn)和生命、財(cái)產(chǎn)安全都帶來(lái)了保障。

二、消防車柴油廢氣處理的必要性

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)已發(fā)展成為世界上最強(qiáng)大和最可靠的發(fā)電形式之一。在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中，內(nèi)部燃燒導(dǎo)致高溫高壓氣體膨脹，高溫高壓氣體反過(guò)來(lái)移動(dòng)活塞，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。相比其他動(dòng)力輸出來(lái)說(shuō)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛馬力大、動(dòng)力強(qiáng)，但是柴油車輛的廢氣排出也多于其他汽油類型的車輛。

理論上，為了有效和安全地運(yùn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)必須不斷地向氣缸輸送空氣、燃料和潤(rùn)滑劑。此外，必須對(duì)作為燃燒副產(chǎn)物產(chǎn)生的發(fā)動(dòng)機(jī)排放進(jìn)行處理，以滿足全球環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。但是，即使采用最優(yōu)化的燃燒過(guò)程，仍然存在一定程度的排放。消防車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，由于柴油機(jī)著火落后期長(zhǎng)短會(huì)明顯影響滯燃期內(nèi)噴油量和預(yù)混合氣量的多少，從而影響消防車柴油機(jī)的燃燒特性以及動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性、排放特性和噪聲振動(dòng)特性，因此需要精確控制。

三、消防車柴油廢氣處理應(yīng)用技術(shù)及其注意點(diǎn)

（一）廢氣再循環(huán)（EGR）

目前市場(chǎng)上，采用EGR系統(tǒng)控制的方式比較多樣，如機(jī)械控制式、電子控制式、電子控制式、單閥控制式、多閥控制式、開環(huán)控制式、閉環(huán)控制式。

廢氣再循環(huán)（EGR，即Exhaust Gas Recirculation）的消防車柴油廢氣處理過(guò)程中，排除的廢氣中的O2含量很低，含有大量N、CO2和水蒸氣，正是由于這三種氣體很穩(wěn)定，不能燃燒，可吸收大量熱量，利于廢氣的處理。因此，大型柴油機(jī)幾乎都裝有利用熱交換器制成的冷卻機(jī)構(gòu)（COOL EGR）。另外裝有渦輪增壓器內(nèi)燃機(jī)高負(fù)載時(shí)，若進(jìn)行EGR，吸氣壓力會(huì)大于氣、會(huì)使單純的閥門開關(guān)無(wú)法進(jìn)行回流，需要設(shè)置EGR控制閥門逆止閥（止回閥）。

理論上若能改變EGR量就有可能可以取消燃油機(jī)的節(jié)流閥，但大量的EGR在點(diǎn)火時(shí)的困難會(huì)容易造成燃燒不穩(wěn)定，以及無(wú)法在怠速時(shí)達(dá)成穩(wěn)定狀態(tài)等理由使其難以實(shí)用化。

值得注意的是，為柴油機(jī)加裝EGR后動(dòng)力下降、油耗升高，缸套等部件的材料也應(yīng)考慮耐腐蝕和耐磨損的問(wèn)題。

（二）柴油氧化催化器（DOC）

DOC即柴油氧化型催化器，是一種安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管路中，通柴油燃燒后尾氣中產(chǎn)生有害排放物，如CO、HC、顆粒物（PM）和SOF等進(jìn)行氧化，然后產(chǎn)生CO2和H2O。其優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：具有良好的抗熱性、抗機(jī)械沖擊性;使用壽命長(zhǎng)，背壓低、容積小;免維護(hù)，降低維護(hù)成本。但是，DOC并不能將污染物完全氧化，其轉(zhuǎn)換效率上實(shí)際效果是，對(duì)CO可轉(zhuǎn)化70%～90%、HC可轉(zhuǎn)化60%～80%、SOF可轉(zhuǎn)化40%～50%，對(duì)顆粒物的凈化效率在20%～40%，可見(jiàn)僅用DOC一個(gè)辦法是不夠的。

值得注意的是，催化劑的選擇與柴油機(jī)排氣溫度密切相關(guān)，當(dāng)溫度<150℃時(shí)，催化劑基本不起作用。隨著溫度的升高，排氣微粒主要成分的轉(zhuǎn)化率逐漸增高。當(dāng)溫度>350℃后，由于硫酸鹽大量產(chǎn)生，反而使微粒排放量增大，且硫酸鹽還會(huì)覆蓋在催化器表面，導(dǎo)致催化劑的活性和轉(zhuǎn)化率下降。此外硫?qū)Υ蠖鄶?shù)催化劑來(lái)講有毒性，易引起催化劑中毒，值得從燃油品質(zhì)、氧化催化器費(fèi)用等方面加以注意和防范。

（三）柴油顆粒過(guò)濾器（DPF）

DPF（Diesel Particulate Filter），稱柴油機(jī)微粒捕集器，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)入大氣前將其捕捉。其工作原理分為：1.被動(dòng)再生：指只要達(dá)到特定溫度和壓力條件，過(guò)濾器收集到的微粒排放物質(zhì)（煙灰）就會(huì)被處理掉。這些顆粒物大部分是由碳或碳化物的微小顆粒（尺寸小于4～20μm）所組成。2.主動(dòng)再生：當(dāng)車輛達(dá)不到特定反應(yīng)條件，需要系統(tǒng)主動(dòng)創(chuàng)造條件如加熱，來(lái)處理顆粒物。DPF是國(guó)際上公認(rèn)的微粒排放后處理方面的最佳方式，在應(yīng)對(duì)消防車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣處理上，具有一定的優(yōu)勢(shì)，但是，值得注意的是，柴油含硫量高的話，尾氣堵塞DPF就會(huì)經(jīng)常發(fā)生。

（四）選擇性催化還原（SCR）

選擇性催化還原方法（SCR）是對(duì)下游工質(zhì)的一項(xiàng)處理工藝，采取SCR（簡(jiǎn)稱選擇性催化還原法），可減小柴油機(jī)尾氣中的氮氧化物及微顆粒。采用此方法進(jìn)行尾氣處理的系統(tǒng)稱為SCR系統(tǒng)。SCR技術(shù)是通過(guò)車用尿素溶液和柴油機(jī)尾氣中的氮氧化物發(fā)生氧化還原反應(yīng)來(lái)消除尾氣中的氮氧化物。在此反應(yīng)中，車用尿素溶液的濃度是保證反應(yīng)充分進(jìn)行的相當(dāng)重要的一個(gè)參數(shù)。

SCR中催化劑作用，是降低反應(yīng)的活化能，使反應(yīng)溫度降低至合適區(qū)間（250℃～500℃）從而去除排氣中絕大部分的NOx，同時(shí)降低部分HC和CO排放。同時(shí)，催化劑也會(huì)隨時(shí)間的增加而喪失活性，因此必須定期更換，一般規(guī)定1～5年更換1次，需根據(jù)用途而定?，F(xiàn)在部分機(jī)內(nèi)凈化能力較低的柴油機(jī)則采用此技術(shù)，但需要按時(shí)添加尿素，頻繁更換必然會(huì)增加成本。

SCR成功的關(guān)鍵在于，排氣與NH3需要充分混合，本身NH3是一種大氣污染物也值得注意;同時(shí)，按進(jìn)入反應(yīng)區(qū)的NOx濃度及去除率精確控制NH3的噴入量，以便最大限度地去除NOx。

常規(guī)的SCR技術(shù)，有一些值得注意的地方，比如：1.催化劑這種材料的管制和處理問(wèn)題;2.余熱鍋爐的補(bǔ)燃問(wèn)題、余熱鍋爐的產(chǎn)氣量控制問(wèn)題;3.低溫催化劑產(chǎn)品的優(yōu)化、替代研發(fā)問(wèn)題。

四、結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代消防車輛、設(shè)備在執(zhí)行救火任務(wù)和進(jìn)行正常作業(yè)時(shí)，會(huì)排除大量的廢氣，不僅污染城市大氣環(huán)境，也對(duì)周圍人民群眾、駕駛員等帶來(lái)身體危害，因此，必須采取有效技術(shù)措施，改進(jìn)和優(yōu)化消防車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，提高廢氣排放的清潔度。

參考文獻(xiàn)：

[1]許軍.柴油車尾氣處理技術(shù)及柴油車尾氣處理液[J].瀘天化科技，2019（01）：25-27.

[2]李志強(qiáng).國(guó)外廢氣再循環(huán)（EGR）冷卻器制造技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀[J].汽車工藝與材料，2002（12）：15-17，35.

[3]李龍.柴油機(jī)專用尿素液濃度傳感器的研制[D].華中科技大學(xué)，2014.