[发明专利]发动机尾气中氨气、氮氧化物共测专用测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及属于机动车及内燃机（或称：发动机，下同）尾气排放的气体成分浓度测量技术，特别是涉及一种采用化学发光检测原理（CLD，chemiluminescent detector），实现氨气和氮氧化物（NH₃/NO_x）成分浓度共测的测量仪器和测量方法。

背景技术

有数据显示，重型柴油车在机动车中的占有量不到10%，然而其NO_x排放量却占了机动车NO_x排放量的60%以上。在我国，9座以上客车和总重3.5吨以上载货车类别的重型柴油车在重型柴油车中占有量又超过了50%，因此其氮氧化物和颗粒物（NO_x+PM）排放势必在机动车尾气排放量中占到绝大比例。

为了达到国IV阶段（NO_x+PM）的排放标准，重型柴油发动机主要采用两种技术路线来降低尾气中氮氧化物和颗粒物的排放量，其技术原理分别如图1所示。其中：技术路线1是：首先通过废气再循环（EGR,exhaust gas recirculation）降低NO_x排放量，然后通过排气后处理技术（例如：使用微粒捕集器---PDF或微粒氧化器---POC）将PM降低到欧IV水平；技术路线2是：在柴油发动机内部先通过优化燃烧过程，把PM降下来，但同时允许NO_x升高，然后在排气后处理系统中，通过选择性催化还原器（SCR,selective catalyst reduction）把NO_x降低到欧IV水平上。

上述两种技术在国内外产品上都已获应用。不过，着眼于产品满足排放标准升级的改造、技术方案实施的机制、国内燃油供应标准等因素的权衡，有更多的企业选择采用技术路线2。

当采用技术路线2时，必须向选择性催化还原器中喷射尿素和水，使之生成氨气（NH₃）；利用氨气与排气中的NO_x发生还原化学反应，则会生成无害的N₂和CO₂。在这个过程中，由于化学反应过程及控制的不完善会有少量氨气要从排气管排到大气中，对环境和人体产生危害，必须限制其浓度在允许限值以下（目前国家标准规定平均限值为25ppm）。

如图2所示，利用技术2降低尾气中氮氧化物的排放量过程中，氨气发生化学还原反应过程的描述如下：

在SCR（选择性催化还原器）的进口处喷射尿素（NH₂CONH₂），尿素在高温水蒸气（＞160℃）条件下分解为NH₃和CO₂：

NH₂CONH₂+H₂O--＞2NH₃+CO₂

在SCR中，NH₃与排气中的NO_x（NO+NO₂）发生还原化学反应，生成N₂和H₂O：

NO+NO₂+2NH₃--＞2N₂+3H₂O

4NO+O₂+4NH₃--＞4N₂+6H₂O

2NO₂+O₂+4NH₃--＞3N₂+6H₂O

此时，同时要防止NH₃和O₂直接发生氧化反应：

4NH₃+5O₂--＞4NO+6H₂O

再次生成NO；SCR中催化剂的选择必须遏制NH₃直接氧化的过程。

在现实中，由于化学反应过程的不完备，或者为了更多降低NO_x而有尿素过喷的情况，因此在最终排气中可能还存在NO_x和NH₃，它们都是环境中有害物质，均应在标准限值以下。