В системах контроля выбросов дизельных двигателей большой мощности широко используется технология селективного каталитического восстановления (SCR) для снижения выбросов оксидов азота. Однако в реальных условиях эксплуатации, если имеются отклонения в дозировке DEF, температуре выхлопных газов, каталитической эффективности SCR или стратегии управления системой, аммиак, который не полностью участвует в реакции, может пройти после системы SCR, что приведет к проскальзыванию аммиака.

В системах очистки выхлопных газов коммерческих автомобилей и дизельных двигателей большой мощности чрезмерное просачивание аммиака может не только вызвать заметный запах аммиака в выхлопных газах, но также может указывать на несоответствие между дозировкой DEF, способностью реакции SCR и последующей обработкой. Таким образом, установка катализатора скольжения аммиака (ASC) после системы SCR является одним из важных технических решений для контроля остаточного NH3.

Почему в тяжелых дизельных автомобилях происходит проскальзывание аммиака?

Система SCR обычно впрыскивает водный раствор мочевины в поток выхлопных газов, позволяя ему разлагаться и генерировать NH3, после чего катализатор SCR способствует реакции между NH3 и NOx.

В идеальных условиях количество NH3, образующееся в результате дозирования DEF, должно быть разумно согласовано с текущими потребностями в конверсии NOx. Однако во время фактической эксплуатации автомобиля нагрузка на двигатель, поток выхлопных газов, температура выхлопных газов и концентрация NOx постоянно изменяются. Таким образом, нельзя полностью избежать проскальзывания аммиака, полагаясь только на контроль дозирования DEF.

Дозирование DEF не соответствует потребности в NOx

Когда количество впрыскиваемого DEF превышает уровень, необходимый для текущей конверсии NOx, избыток NH3 может не полностью израсходоваться в катализаторе SCR и может продолжаться после системы SCR.

Это состояние заслуживает большего внимания при резком изменении нагрузки, переходной эксплуатации автомобиля или условиях эксплуатации, при которых параметры выхлопа быстро изменяются.

Изменения производительности катализатора SCR

По мере увеличения времени работы на фактическое рабочее состояние катализатора SCR могут влиять такие факторы, как старение покрытия катализатора, термическая нагрузка или отравление серой.

Если стратегия дозирования DEF не отрегулирована в соответствии с фактической способностью преобразования катализатора SCR, количество подаваемого NH3 может не соответствовать фактической способности потребления NH3 системой SCR, тем самым увеличивая риск утечки аммиака.

Колебания температуры выхлопных газов влияют на каталитические реакции

Тяжелые дизельные автомобили обычно работают в различных условиях, включая холостой ход, работу на низких скоростях, работу с высокими нагрузками, движение на высоких скоростях и регенерацию выхлопных газов. Следовательно, температура выхлопных газов не является постоянной.

Изменения температуры выхлопных газов влияют на разложение мочевины, образование NH3 и процесс каталитической реакции SCR. Поэтому при анализе проскока аммиака необходимо учитывать фактический температурный режим всей системы доочистки дизельного топлива, а не ориентироваться только на один стабильный температурный режим.

Как катализатор ASC контролирует утечку аммиака после системы SCR?

ASC, или катализатор отделения аммиака, обычно устанавливается после катализатора SCR и может также называться катализатором SCR выделения аммиака или катализатором окисления аммиака.

Основная функция ASC заключается в дальнейшей очистке остаточного NH3, который не был полностью израсходован вышестоящей системой SCR.

Когда определенное количество NH3 остается на выходе SCR, каталитическое покрытие ASC может способствовать дальнейшим каталитическим реакциям остаточного аммиака, тем самым уменьшая утечку аммиака, выбрасываемого непосредственно с выхлопными газами.

Таким образом, в системах доочистки дизельных двигателей большой мощности система ASC не предназначена для замены катализатора SCR. Вместо этого он служит дополнительным блоком очистки после системы SCR и работает вместе с катализатором SCR, системой дозирования DEF, датчиками и стратегией управления, образуя полную цепочку контроля выбросов.

Какие параметры следует учитывать при выборе катализатора ASC для тяжелых дизельных автомобилей?

Выбор катализатора ASC не должен основываться только на диаметре, длине или внешних размерах продукта.

Для OEM-проектов, платформ коммерческих автомобилей и проектов интеграции систем доочистки дизельных двигателей более важно всесторонне оценить соответствие между катализатором ASC и платформой двигателя, потоком выхлопных газов, температурой выхлопных газов и условиями эксплуатации системы SCR.

1. Диапазон рабочих температур

Непрерывная рабочая температура и максимальная термостойкость являются важными параметрами, которые следует учитывать при выборе катализатора ASC.

Во время работы с высокими нагрузками или регенерации выхлопных газов дизельных двигателей большой мощности температура выхлопных газов может значительно измениться. Следовательно, покрытие катализатора и сотовая подложка должны выдерживать реальный температурный диапазон целевой платформы двигателя.

Если катализатор ASC работает в течение длительного времени в условиях, выходящих за пределы расчетного температурного диапазона, риск старения покрытия катализатора или ухудшения характеристик может возрасти.

2. Каталитическое покрытие и система материалов.

Катализаторы ASC обычно включают в себя каталитическое покрытие, материал подложки и конструкцию активных компонентов, включая каталитические системы из драгоценных металлов, керамические сотовые подложки и различные функциональные каталитические покрытия.

Различные материалы и составы могут обеспечивать разные уровни способности к окислению аммиака, селективности по азоту, термической стабильности и устойчивости к сере.

Поэтому при покупке катализатора ASC покупателям не следует ориентироваться только на то, используется ли тот или иной материал из драгоценного металла. Раствор катализатора также следует оценивать в соответствии с фактическими условиями выхлопа, целевым уровнем утечки аммиака и соответствующими требованиями всей системы последующей обработки.

3. Эффективность конверсии аммиака и селективность по азоту.

Эффективность конверсии аммиака является одним из важных показателей производительности, используемых для оценки эффективности очистки катализатора ASC, но ее не следует использовать в качестве единственного критерия оценки.

Также следует учитывать селективность по азоту.

Целью ASC является не просто увеличение степени окисления NH3, но и контроль остаточного NH3, одновременно сводя к минимуму нежелательные азотсодержащие побочные продукты.

Поэтому конструкция катализатора ASC обычно требует разумного баланса между способностью конверсии аммиака и селективностью реакции.

4. Сотовая структура, плотность ячеек и толщина стенок.

Для сотового катализатора ASC плотность ячеек, толщина стенок, диаметр подложки и длина катализатора влияют на характеристики потока выхлопных газов, площадь каталитической реакции и противодавление в системе.

Дизельные двигатели большой мощности обычно имеют относительно высокий расход выхлопных газов, поэтому нельзя просто предполагать, что более высокая плотность ячеек всегда лучше.

При фактическом выборе следует оценивать поток выхлопных газов, допустимое противодавление, пространство для установки, размеры подложки и требуемый объем катализатора.

Почему согласование ASC с системой SCR более важно, чем выбор только катализатора?

Катализатор ASC не является отдельным компонентом, а является частью всей системы очистки выхлопных газов дизельного двигателя.

Типичная система дополнительной обработки дизельных двигателей для тяжелых условий эксплуатации может включать в себя DOC, DPF, SCR, ASC, систему дозирования DEF, датчики NOx, датчики температуры и электронную систему управления.

Отклонение в любой части этой системы может повлиять на окончательный результат контроля проскока аммиака.

Например, отклонение контроля датчика NOx может повлиять на стратегию дозирования DEF; чрезмерное дозирование DEF может увеличить остаточный NH3; старение катализатора SCR может изменить фактическую способность системы потреблять NH3.

Таким образом, для OEM-производителей и интеграторов систем очистки выхлопных газов выбор ASC должен осуществляться с точки зрения соответствия на уровне системы, а не путем сравнения только характеристик отдельного катализатора ASC.

Как определить, подходит ли катализатор ASC для целевой дизельной платформы?

Прежде чем выбрать каталитический раствор ASC, рекомендуется предоставить поставщику следующую ключевую рабочую информацию:

• Объем двигателя и тип применения;

• Диапазон расхода выхлопных газов;

• Диапазон температур на выходе SCR;

• Концентрация NH3 на выходе SCR или целевой предел просачивания аммиака;

• Доступное место для установки;

• Требования к размерам сотовой подложки;

• Применимые нормы выбросов или стандарты выбросов;

• Присутствуют ли работа при высоких температурах, воздействие серы или частые условия регенерации.

Эти параметры могут помочь поставщику катализатора определить необходимые размеры ASC, структуру подложки, плотность ячеек и раствор покрытия катализатора.

Для тяжелых дизельных автомобилей, строительной техники и внедорожных платформ с дизельными двигателями возможности индивидуальной настройки, такие как нестандартные размеры катализатора, нестандартная плотность ячеек и индивидуальное покрытие катализатора, могут помочь добиться более подходящего соответствия системы последующей обработки в соответствии с конкретными условиями двигателя и системы SCR.

Вывод: ASC является важным этапом последующей обработки для контроля выбросов аммиака в тяжелых дизельных транспортных средствах.

Запах аммиака в выхлопе обычно является лишь одним из наиболее заметных признаков проблемы с утечкой аммиака.

Для тяжелых дизельных автомобилей более важным вопросом является то, правильно ли согласованы дозировка DEF, способность каталитической реакции SCR, сенсорное управление, температура выхлопных газов и обработка ASC на выходе.

Катализатор ASC, установленный после системы SCR, может дополнительно очищать остаточный NH3, тем самым улучшая полноту цепи доочистки дизельных выхлопных газов.

При выборе катализатора ASC следует оценивать вместе рабочую температуру, эффективность конверсии аммиака, селективность по азоту, материалы катализатора, сотовую структуру, плотность ячеек, толщину стенок, поток выхлопных газов, противодавление в системе и пространство для установки.

Таким образом, для OEM-производителей, покупателей катализаторов и интеграторов систем доочистки дизельного двигателя при выборе ASC должно быть не просто сравнение характеристик отдельных продуктов, а определение того, действительно ли решение ASC соответствует условиям эксплуатации выхлопных газов и конструкции системы SCR целевой дизельной платформы.