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13600443583摘要：全密封静音发电机具有热效率高、燃油经济性好、功率大等优势，而移动式发电机是NO?排放和颗粒物排放的详细贡献者。NO?是光化学烟雾的诱因之一，颗粒物对人体健康也有着不可忽视的危害。各类后解决技术相结合已经是隔音箱发电机应对日益严格的排放规范的详细策略。氧化型催化器和催化型颗粒捕集器通常联合操作来有效减轻静音柴油发电机THC，CO以及颗粒物的排放，选择性催化还原机构则主要用来减轻NO?的排放。因此联合选用DOC+CDPF+SCR后处理系统是减少拖车式发电机排放的有效办法。为探求三元催化器后排查系统对隔音箱发电机排放特征的危害，本文以cummins国三全密封静音发电机为探讨对象进行台架试验，陈说了排放特征，研究了不同工况下尾气装置的净化效果以及各自在减排中的贡献。
DOC常载的活性组分有铂（Pt）、钯（Pd）、铑（Rh）等贵金属。Pt和Pd的主要贡献是氧化CO和HC。Pd和Pt具有协同作用，能增强催化剂的抗老化能力，减轻硫酸盐的生成量。DOC运用于DOC+CDPF+SCR（三元催化器）后解决装置中时，能将NO氧化为NO?，有助于CDPF的被动再生和SCR的快速反应。CDPF是在颗粒捕集器CDPF载体上涂覆催化剂（Pt，Pd等），减小颗粒物的起燃温度，促进再生，能高效减少隔音箱发电机颗粒物排放。SCR是隔音箱发电机组减轻NO?排放的重要途径，其原理是将尿素水溶液（即AdBlue，浓度通常为32.5%）喷入移动式发电机排出的废气中，在催化剂功用下将废气中的NO?还原成无害的N2和H?O。DOC，CDPF，SCR联合运用于静音柴油发电机后清除系统能够促进彼此的净化能力，是目前主流后清除装置的重要技术路线、试验样机及装备
试验样机为一台QSB3.9、直列4缸、废气涡轮增压中冷轻型国三预制舱式静音发电机，其尾气机构结构如图1所示，其详细技术规格见表1。
试验所用测量仪器包括ME?A-1600D气态物解述仪和EEPS-3090颗粒粒径解述仪。ME?A-1600D气态物排放解说仪采取部分流采样系统，可实时采集CO，CO2，THC，NO，NO?等气态物浓度数据。EEPS-3090颗粒粒径综述仪可测量粒径范围在5.6～560 nm颗粒的数量浓度、体积浓度、质量浓度以及表面积浓度的粒径分布。
试验措施 低噪音发电机排放试验装置见图2。为了考察DOC+CDPF+SCR（三元催化器）技术对户外型静音发电机各类污染物排放特性的影响，以及DOC，CDPF，SCR在各类污染物排放转化中各自的贡献，本试验购买本机后、DOC后、CDPF后以及SCR后共4个测点。台架试验工况包括外特性试验、最大功率转速负荷特点试验、标定功率速度负载特征试验。负载特点下，在额定转速下分别对负荷率10%，25%，50%，75%，100%进行试验。共计21个测试工况点。每个测试工况点稳定采样≥1 min。在上述试验工况下，考察气态物（NO?，THC，CO等）和颗粒物的排放特征。
图3示出外特性下加装DOC+CDPF+SCR（三元催化器）后解决装置前后的动力性变化。由图3可知，外特性下，室外型静音发电机功率随着速度的增加先增大后减少，加装后排除装置后低噪音发电机功率有所减轻，尤其是在速度1800 转/分时，这是由于CDPF内加载有炭烟颗粒，引起排气背压逐渐升高，发电机组的动力性下降，高效容量与输出功率均有不同程度的损失。图4示出外特性下加装DOC+CDPF+SCR（三元催化器）后处理系统的压降。可以看出，随着速度的增强，空速提升，后排除装置带来的压降也基础呈直线提升。加装后排除后功率平均降幅为1.3%，最高降幅为2.5%，加装后处理系统对低噪音柴油发电机动力有一定影响。
负荷特征下，低噪声发电机燃油消耗率随着负载的增加而减小，加装后处理系统后撬装发电机燃油消耗率恶化的比例也随负荷的增加而减少。这是由于低噪声发电机的经济性同样受到排气背压的影响。外特点下加装后解决后封闭式静音发电机燃油消耗率增加比率平均约为2.6%，对封闭式静音发电机的经济性有一定影响。
自动化系统的主要功能为：数据采集、传输和解除。通过端站的传感器和执行端完成数据的采集和命令执行；各站的数据通信设备完成数据传输任务；最后由监控中心站的微机装置完成数据处置作业，包括数据识别、校验、存贮和详解，并将解决后的数据和结果进行显示、存储和打印。
图5、图6示出1500转和1800转额定速度下NO?的转化率和SCR入口温度随负荷的变化。从图中可以看出，随着负载的增加，排气温度和NO?的转化率逐渐增加，这是由于负荷增大致使缸内燃烧温度升高，而过高的排烟温度能促进SCR的催化还原。在低负载下，SCR后的NO?排放没有得到高效控制，这是由于低负载下排气温度过低，SCR催化剂活性受到抑制，SCR的工作效率不高。随着负载的提升，排气温度升高，此时NO?转化率达到最佳。试验结果表明：在SCR入口温度达到230℃时，NO?的转化率达到50%；低负载下，SCR入口温度较低，NO?的转化率不超过40%；在75%和100%负载下，平均转化率分别为98.7%，94.7%，高负荷下温度的进一步增强反而会促进NH3的氧化反应，略微减轻NO?的转化率。
图7示出外特点下原机后、DOC后、CDPF后3个测点下NO?占NO?比例的变化。原机后NO?比例极低，在1500 转/分时最大，仅为1.95%。DOC后NO?比例显着增强，这是因为DOC将部分NO氧化为NO?。低转速下DOC氧化特性详细受到温度的制约，转速的提高引起温度提高，NO?比例增强；高转速下DOC氧化特性主要受空速危害，NO?比例逐渐下降。排气进入下游CDPF后，部分NO在催化剂的作用下继续被氧化为NO?，部分NO?参与CDPF的被动再生，氧化颗粒物从而被还原，这两方面起因导致了NO?比例的变化。从图6中可以看出，CDPF后NO?比例略有上升，这说明CDPF催化用途的NO?生成量要多于被动再生消耗的NO?。
图8示出外特性下原机后、DOC后、CDPF后、SCR后4个测点的NO?排放特性。从图中可以看出，原机后NO?比排放随着速度的增加先增加后缓慢减小。DOC后、CDPF后NO?排放略有降低，NO?减排的详细贡献者还是SCR。在低速度下，SCR仍然受温度的危害作业效率不高，这与上文低负载的情况类似。随着转速的提升，SCR转化率逐渐提高，在1800 转/分时达到92.1%，NO?比排放量为0.94 g/（kW·h），此后NO?转化率在平均值92.2%左右波动，NO?比排放量均在2 g/（kW·h）以下。
图9示出外特性下原机后、DOC后、CDPF后、SCR后4个测点的THC排放特性。总体而言，THC比排放受转速增加危害不大。对比4个测点的THC排放规律可以看出，原机后、DOC后、CDPF后、SCR后4个测点的THC排放依次减少。DOC后THC的平均转化率为86.2%，CDPF后THC的平均转化率为87.9%，SCR后THC的平均转化率为90.1%，可以看出，DOC是THC排放减少的详细贡献者，CDPF、SCR能略微增强THC的转化率。具体原由是DOC和CDPF均涂覆了贵金属Pt和Pd，其中Pt对饱和碳氢化合物的氧化活性较高，Pd对不饱和碳氢化合物的氧化活性较高，因此，在Pt和Pd的催化功能下，THC比排放显着下降；同时，DOC内氧化反应也增强了排烟温度，促进了THC在CDPF内的进一步转化；SCR中部分THC也可作为还原剂与NO?发生反应。
图10示出外特征下原机后、DOC后、CDPF后、SCR后4个测点的CO排放特征。总体而言，CO原机比排放随速度的增强先减少后增加，在1500 转/分时CO的比排放偏高，达到18.5 g/（kW·h），可能是缸内燃烧不完全引起，但在DOC的减排作用下CO最终比排放不超过0.01 g/（kW·h）。CO的转化率始终处于一个偏高的水准，平均转化率达到91.3%，DOC是CO减排的具体贡献者；CDPF能进一步略微降低CO的排放，这是因为DOC内氧化反应提升了排烟温度，CDPF内涂覆的贵金属在排烟温度增强的情形下进一步发挥了功能；SCR对CO排放影响不大。后处理系统后CO比排放保持在0.01～0.02 g/（kW·h）。
可见，经过DOC和CDPF后，移动式静音发电机的颗粒物排放得到有效减少。颗粒物数量分布存在核态和聚集态两个分布区，分割点在50 nm。其中，核态颗粒物粒径在50 nm以内，详细由含硫化合物、碳氢化合物等可溶有机组分组成；聚集态颗粒物粒径在50 nm以上，详细成分为高度聚合形态的含碳颗粒吸附含硫化合物、碳氢化合物等可溶有机组分形成。随着粒径的增大，原机颗粒物数量总体呈先略微增加后降低的趋势，粒径分布呈单峰或双峰分布。单峰分布峰值在粒径45 nm附近；双峰分布第一个峰值在粒径10 nm附近，第二个峰值在粒径45 nm附近，均处于核态分布区内，第二个峰值接近于核态分布区和聚集态分布区的分界点，因此，核态颗粒物原机排放数量比聚集态更高，20～100 nm区域颗粒物数量最高，占排放总量的79.1%。
经过DOC后，颗粒物数量有所减少，但颗粒物粒径分布规律变化不大。随负荷的增大，排烟温度随之升高，DOC对颗粒物的减排效果也更明显。DOC对粒径在100 nm以内的颗粒物具有良好的减排效果；对于更高粒径的聚集态颗粒物，DOC在10%负荷（如图11）和100%（如图15）负荷时减排效果较差，这是由于低负载时排气温度较低，DOC的催化性能不高，而高负荷时DOC前排气温度高达408℃，反而促进了硫酸盐的生成。
经过CDPF后，颗粒物粒径主要呈三峰分布或多峰分布，峰值点散布于核态和聚集态两个分布区。在粒径20～200 nm区域，CDPF的颗粒净化效率最高；对于粒径在20 nm内的颗粒物，CDPF的净化能将颗粒物数量减轻一个数量级；对于粒径在200 nm以上的颗粒物，CDPF的净化效果相对较差。以25%，50%和100%负荷为例：25%负载下（如图12），CDPF后粒径在200 nm内、200 nm以上的颗粒物减排率分别为99.6%，85.9%；50%（如图13）负载时，CDPF后粒径在200nm内、200nm以上的颗粒物减排率分别为99.4%，80.3%；100%负载时，CDPF后粒径在200 nm内、200 nm以上的颗粒物减排率分别为98.3%，81.9%。
总体来说，5.6～560 nm的PN减排率（颗粒物数量减排率）和PM减排率（颗粒物质量减排率）可以由颗粒物的粒径分布加权得出，额定速度负荷特征下DOC+CDPF后PN及PM减排率见图16。随负荷的增大CDPF的PN减排效果略有衰减，这是因为高负荷下原机颗粒物排放数量更高，尽管CDPF捕集了更多的颗粒物，但总体减排率仍略有减少。由于CDPF对大粒径颗粒物净化效果相对小粒径颗粒物较差，PM减排率略低于PN减排率，PM平均减排率为96.6%。在CDPF捕集颗粒物的程序中主要有三种捕集机理：布朗扩散、直接拦截以及惯性碰撞。在整个捕集程序中，布朗扩散占主导地位，但随着颗粒物粒径的增大，布朗扩散的用途下降，直接拦截和惯性碰撞原理的效果提升，但提高的效果有限，引起大粒径颗粒物的净化效果相对较差；同时对于小粒径颗粒物来说，一方面CDPF表面涂覆的催化剂能将聚集态颗粒表面的可溶有机组分氧化，将它们转化为核态区的小粒径颗粒物，另一方面排气中的NO?对碳颗粒的氧化功用也能减小其吸附可溶有机组分的能力，减少颗粒物粒径，因此，尽管小粒径颗粒物的布朗扩散机理作用最强，但减排率仍略低于20～200 nm区域。
（1）加装DOC+CDPF+SCR（三元催化器）后解决系统对静音柴油发电机动力性和经济性有一定危害，功率平均降幅为1.3%，燃油消耗率平均增幅为2.6%。
（2）在合适的排气温度下，DOC+CDPF+SCR（三元催化器）能高效减轻NO?的排放，SCR是具体贡献者；中低负荷以及低速工况下，排烟温度在200℃以下，NO?的转化率不高；75%和100%负荷下，排烟温度超过300℃，NO?的平均转化率达到96.7%；DOC能高效增强排气中NO?的比例，外特征下原机NO?的平均比例约为1.3%，DOC后NO?的平均比例达到29.0%，CDPF能将其进一步提升到30.8%，促进SCR的反应效率。
（3）DOC是THC和CO排放减少的详细贡献者，效果显着；外特点下THC经过DOC+CDPF+SCR（三元催化器）后的平均转化率为90.1%，THC平均比排放为0.01 g/（kW·h）；外特性下CO经过DOC+CDPF+SCR（三元催化器）后的平均转化率为91.3%，CO平均比排放为0.02 g/（kW·h）。
（4）原机颗粒物粒径分布呈双峰分布，DOC后颗粒物粒径分布规律变化不大，CDPF后颗粒物粒径主要呈三峰分布及多峰分布；DOC对颗粒物有良好的净化效果，仅在低、高负载时对大粒径颗粒物表现不好；CDPF对20～200 nm粒径颗粒物的净化效率最高，粒径在20 nm以下的颗粒物的净化效率其次，200 nm以上最低；PN和PM平均减排率分别为99.1%和96.6%。