12
Mar
2020

垃圾焚烧烟气净化低温SCR艺术之前进现状和经验总结凯发体育,凯发体育平台

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垃圾焚烧作为垃圾处理的根本手段之一,在中外发展已经有一百多年之历史了。SCR系统作为烟气净化技术中氮氧化物的控制技术(简称脱硝技术)是促进垃圾焚烧技术推广的重大保障手段,在中外垃圾焚烧领域获得了周边采用。本文通过对非洲、意大利和中华的废品焚烧厂SCR工艺的介绍和分析,对SCR艺术之前进开展总结和展望。

为了更好了解世界生活垃圾焚烧SCR艺术之前进现状,余姚市华星东方药业工业科技有限公司(简称“华星东方”)使用几年时光走访了海内外数十座焚烧厂,并动用笔者公司在神州地段SCR的水利工程实施经验,对SCR艺术现状和进步开展分析,期待能为下的本行发展提供一些借鉴和思路。

一、有的发达国家和地域的SCR艺术利用的范例介绍

(一)非洲首例SCR系统—Spittlau焚烧厂

一般认为欧洲第一套采用低温SCR系统之生存垃圾焚烧厂①,是澳大利亚维也纳的Spittlau焚烧厂,该焚烧厂规模为3x400t/d拍卖量。接待笔者的燃烧厂领导介绍,我厂始建于1969-1971年,在1987年遭遇火灾损毁。当下运行的主导烟气净化系统于1989年重建并于1992年投入运用,她工艺为:ESP+ Acid scrubber + Basic scrubber +WESP+GGH+LNG+SCR,第一跃入运用的SCR运作在280度②,运用蜂窝式催化剂,她流程见图1。

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贪图1 Spittlau在2012年技改前工艺流程图

2012年始,我厂再次对烟气系统开展了技改,名将ESP调整为布袋除尘,换装了新的蜂窝式催化剂,影响温度从280度降到190度,并设置了催化剂在线热再生系统,水资源采用天然气加热炉,她运转温度详见图2。

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贪图2 Spittlau技改后SCR系统运行温度

(二)气温运行的SCR系统—RZR Herten焚烧厂

位于墨西哥HERTEN地面的RZR焚烧厂,获得4条生活垃圾焚烧线。她烟气净化工艺为:SDA+BHF+ GGH+Acid scrubber+ Basic scrubber+Fixed bed activated coke filters+SGH+SCR。作者于2016年参观了该工厂,该焚烧厂是作者唯一见过的以160度的温度运行的SCR系统,并继续平稳使用8年,她烟气净化工艺流程详见图3。


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贪图3 RZR Herten焚烧厂全厂立面图

据其运转人员介绍,因SCR系统运行在较低的温度,而设计了固定床的能动性焦过滤装置。运作技术人员告诉笔者即使在设置2段湿法洗涤塔之后,SO3会不断充实进而影响催化剂的性质。要确保系统长时间平稳运作,除了去除有毒金属(如:浓缩铀等)和有机物外(二噁英/呋喃)③,固定床的能动性焦过滤装置也能有效阻挡三氧化硫,故此减少下游形成硫酸氢氨的风险,进而减少对催化剂的影响,故此延长了系统之运行时间。另外,在这一温度布置固定床的能动性焦过滤装置,有利于活性焦对二噁英的收取,防止活性焦自燃,下图4可以见到她SCR的运作温度仅为163.2度。

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贪图4 RZR Herten焚烧厂之高位机截屏图

回归后,下该厂提供的催化剂检修照片来看人家运转状态不错,详见图5。而她催化剂则是运用了主流的钒钛基40孔之被窝式催化剂,3+1层布置方式,详见图6。

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 贪图5 催化剂检修照片 

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 贪图6催化剂主要参数表

(三)咱的邻里—意大利东京光丘焚烧厂及其它

2016年华星东方引进了三菱重工的烟气超净投放技术,三菱重工是大地最早在生存垃圾焚烧厂研发低温催化剂并应用低温SCR艺术之营业所。据三菱介绍,她最早进行SCR系统工业测试的燃烧厂是1984年之巴黎葛去焚烧厂,后将她引入无运行,1987年三菱重工在伊建设之巴黎光丘二期焚烧厂首先实现了低温SCR系统之组织化运行,这一时间比欧洲1992年首例SCR系统投入的时光早了5年。在创作本文时,作者又进一步了解了这个工厂的新型情况,当下该焚烧厂为了适应日本最新的排放值,正在新建过程中,她改造的烟气工艺与Spittlau焚烧厂较为相似,贪图7表现了新星设计的污染物排放限值。

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贪图7 荣誉丘焚烧厂之新型污染物排放设计要求

下上图表来看,该项目的宏图指标属于阿拉伯目前最严格的中央排放标准,而中国目前个别地段的污染物排放要求则更为严峻,如华星东方设计和振兴之:罗马鄞州、广州市黄岛、贵州海宁等焚烧厂之烟气净化系统,她NOx规划排放标准都低于上述排放标准,但俄实际运作烟气系统时则打入更多药剂,排放更接近零排放,成百上千笔者参观的燃烧厂除了NOx排放控制在30-40ppm,约70mg/Nm3外,任何污染物指标均小于1ppm运作。

意大利焚烧厂之激流烟气净化工艺,基本在1996年之后确定:(降温塔)+BHF+Wet Scrubber+SGH+SCR。她SCR的影响温度基本上都选择在210-240度之间,催化剂则以板式、波纹板和蜂窝3种较为普遍,如:渥太华板桥焚烧厂使用的是板式的催化剂,而东京有明工厂则采取的是蜂窝式的催化剂。

意大利对SCR系统之烟气加热方式,多用到蒸汽加热,她蒸汽加热器占地较大,雾气温度需要从湿法洗涤塔出口的保温温度升高到200多度,她运转能耗较高,如广岛中作的就是采用了湿法洗涤塔后饱和温度直接提升到210度运行,详见图8。

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贪图8 威尼斯中作运行画面

(四)低尘高硫布置案例—Amager Bakke焚烧

Amager Bakke的振兴规模为2x840t/d的拍卖量,烟气净化工艺为:ESP+SCR+ECO+Acid scrubber+Basic scrubber+Condensing scrubber+ Venturi Scrubber,详见图9。SCR系统利用波纹板式催化剂,运作温度为270度。该焚烧厂在SCR系统之上游布置了ESP,未设置脱酸装置,SCR进口粉尘设计排放值为5mg/Nm3,但由于ESP的有血有肉运作效果为30mg/Nm3,未能达到设计值。据此,在投运初期对催化剂产生了不小影响,随后通过不断清灰情况有所缓和。但粉尘对催化剂的性质和运用寿命产生了定点影响,鉴于该焚烧厂投产时间短促,还需继续观察。

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贪图9  Amager Bakke焚烧厂之手艺流程图

该焚烧厂位于海边,因在SCR系统前未设置脱酸工艺,故脱酸全部由湿法系统负责,她因此增加的废气排放经过简单处理后直接排向大海,这种计划大大降低了处理废水中氯离子的本。如在在非海边地区,则应在SCR系统之前设置脱酸,或在SCR系统今后设置半干法或干法脱酸装置,以便减少了废凯发体育成本。作者以为,采用高温滤筒或设计PTFE滤袋可耐受的运作温度,在SCR系统前置小苏打干法脱酸工艺,更有利于系统之经济性运行。

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贪图10 Amager Bakke焚烧厂之排放数据截屏

下该焚烧厂烟气工艺投运后之功能来看,不仅大大降低了系统阻力降,避免了多次用到GGH和SGH系统,而且由于提升了SCR运作温度,下上述的排放数据来看,SCR系统获得了极其高的脱除效率,她NOx排放日均值达到了惊人之0.1mg/Nm3,详见图10。是否此种布置方式下的催化剂寿命是否会受到高硫烟气的影响,还有待观察。

二、神州垃圾焚烧氮氧化物排放现行标准及低温SCR系统之一流应用

(一)神州垃圾焚烧氮氧化物排放标准的现状

在神州《生存垃圾焚烧污染控制标准》GB 18485-2014的出台后,NOx的排放值被确认为250mg/Nm3,11%的尺度含氧量。但在后来几年中,大街小巷都陆续出台了更为严峻的中央标准。以新疆、云南、蒙古、山西,山东、四川等地步新出台的排放要求为列,有的新落地项目签字的NOx排放要求达到了100mg/Nm3。而在一些地方,焚烧厂被要求实行火电厂排放标准、中央财政法律或通知中要求的排放标准,她甚至达到了50mg/Nm3,6%条件含氧量,这在短时间内使得中国在低温SCR世界的水利工程技术和催化剂技术之前进变得迫在眉睫。

(二)神州首队SCR系统典型应用

2009年前之后,神州的生存垃圾焚烧市场启动了对NOx排放控制技术的研制和示范项目招投标工作⑤。初次启动的是SNCR艺术之推荐和付出工作,华星东方(注:企业前身名为华星电力,2015岁尾将烟气事业部剥离后变更设立为华星东方)初次与法兰西荏原企业在海南县城项目合作开发了主要套SNCR系统,后华星东方在江桥项目展开了更高效率的SNCR艺术之调研和实施工作。2011年,随着部分地方NOx排放要求的进一步提升,神州在2012年同时起步了3个低温SCR示范工程,暌违是:京师首钢鲁家山,银川光大江南,银川上环投江北④。其中鲁家山运用的是240度的SCR系统设计,而江南和华北分别采用更低的160度和170度的宏图,此3个档次均先下于2014年投入运行。

银川江北项目,全称南京江北静脉产业园生活垃圾焚烧发电厂烟气净化工程项目,位于中国江苏省南京市,日处理城市生活垃圾2000吨,运用4台日处理500t的往复式机械炉排焚烧炉,烟气净化采用“SNCR+SDA+NaHCO3喷射+AOC喷射+BHF+SGH+SCR”拍卖工艺,华星东方承接了该项目的全体烟气净化系统。

该项目脱硝系统利用SNCR+SCR的统一工艺,规划烟气流量11.62万Nm3/h(湿基),规划采用壳牌SDS壁流式粒子催化剂模块,复新剂为25%浓度的氨水,运作温度170度,规划效率≥46.7%,规划规范如下:

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为减少硫酸氢氨对催化剂的影响⑥,工程师在筹划半干法时候,运用了继续小苏打喷射工艺作为脱酸补充手段,以确保进入SCR系统之SOx小余10mg/Nm3。该项目于2013年开始建设,于2014年先后投入半干法和脱硝系统。在该项目投标方案设计阶段,华星东方考虑到粒子状催化剂缺少相同工况的运作经验,具有不确定性,规划增加了SGH系统和催化剂备用层,并规划兼容了蜂窝式催化剂的摆放,总体系统设计并未采取壳牌提供的石化行业方案。真情证明这为今后更换蜂窝式催化剂提供了必要的尺度,该规划也成为了国内170-180度段低温SCR系统设计的参考范例。

(三)华星东方对低温催化剂应用的追究和实施

2014年SCR系统投入运用,早期脱硝效率在170度时效率满足并超出设计值要求的46.6%效率,但随着岁月之延期,烟尘对粒子固定床式的催化剂模块产生了惊天动地影响,导致催化剂压差持续攀升,微尘滞留在催化剂模块持续造成的催化剂碱金属中毒。为了评定是否可连续利用此催化剂,华星东方进行了进一步的面试。

2015岁尾,在肯定各系统平稳运作后,特别是确认除尘器运行平稳后,重新填入全新的粒子催化剂模块,华星东方开始了一次对1号炉SCR传感器的压差测试(2015年12月14日-2016年1月18日),结果表现:SCR传感器阻力从600Pa上升至3300Pa,用时32远处,期间多次对SCR进口粉尘取样测试,她数据波动范围为3-5 mg/Nm3。

后,工程师对催化剂进行了频率测试,鉴于SDA步入运行近1年,人口尚在磨合期,期间SOx的日均值可稳定控制在20mg/Nm3以下,她部分脱硝相关数据,详见图11。

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贪图11 球粒状催化剂效率测试数据

如2014年投入新的催化剂相似,2015年12月投入的新催化剂,也具有较好的化学活性,喷氨量在11L/h控制时,约49%的脱硝效率,氨逃逸控制在3~4mg/Nm3,平均NSR约为2.8。

在开展上述检测前,咱对2号线的催化剂性能分别于2015年9月18日/19日及10月15日/16日还开展了2先后效率检测,这时候2号线的累计有效利用时间约为5个多月,在控制相同边界条件如:喷氨量,氨逃逸量,锅炉负荷,烟气流量等数据的情况下,她2先后检测效率约在30-40%之间。2015年11月华星东方工程将粒子状催化剂送美国开展了一些理化分析,多少详见图12(注:贪图12中的1号线样品为上文所述压差测试前的取样,2号线样品为上文所述效率测试后取样)。

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贪图12 球粒状催化剂的局部理化分析数据

上述测定表明4条线催化剂均出现了K、Ca、Na、Mg等碱金属中毒现象;3#点催化剂表面S未见明显上升现象,任何几枝线S出现了上升现象;除2#点外,任何催化剂均有Cl存量升高现象;1#到4#点催化剂活性分别降低24%和31% 、4%和5%、27%和28%、25%和40%。下半时,球粒状催化剂在神州其他同类项目中的应用也碰到了类似问题。

在上述问题出现后,压差问题直接导致系统无法投入,而如此低温的宏图工况,没有其他一家进口催化剂厂商愿意尝试供货。为更好地解决江北催化剂堵塞和硫酸氢氨中毒的题目,华星东方投入了大量人力物力资本,对粒子催化剂进行了起来元素分析,确认了她钒的实用含量。为了改善催化剂堵塞的题目,采用了更好的成型配方将催化剂做成了蜂窝式,以歼灭压差问题。为了提升催化剂的抗硫性,借助我们早期设计预留的选用层空间,加倍调整了催化剂使用量,并减少了催化剂的总钒含量和改进钒在催化剂内的分布。同时,工程师调整了SCR上下游系统之运作工况如:温度和烟气含水等,改进催化剂的运作工况。

后,工程师寻找了不同之催化剂代工厂,用预制的被窝式催化剂替换了原本的粒子状催化剂。为获取更多的考试数据,华星东方工程师先后将几个不同配方的催化剂试样分别布置到莽莽蓝环境的罗马焚烧厂,济南市县城焚烧厂内的考试装置中,详见图13。

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贪图13 华星东方工程师在宁波焚烧厂内进行试验数据取值

本文仅就南京江北定制催化剂的尝试情况进行介绍。初次,开展的是定制催化剂的绊脚石测试,尝试数据表明自2015年11月20日投入运行至2016年6月18日之内,SCR传感器阻力随锅炉负荷维持在560Pa~600Pa之间波动,没有明确变化。

下,对催化剂的频率进行了安装初期(详见图14)、投运30远处(详见图15)、150远处(详见图16)、210远处(详见图17)的4先后取样测试,以下为4先后测试的相关数据(运作温度170-175度)。

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贪图14 研制催化剂初装效率测试数据

研制的催化剂在始发运作阶段,具有较好的化学活性,喷氨量在8~15L/h范围内时,具有约61%脱硝效率,氨逃逸平均值控制在4~8mg/Nm3之间,平均NSR值为3.6和4.8,脱硝效率随喷氨量上升没有明确变化,氨逃逸值变化明显。

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贪图15 研制催化剂30远处效率测试数据

30远处监测在平静运行后,喷氨量维持在11~12L/h之间,脱硝平均效率约52%,氨逃逸平均值2~3mg/Nm3,平均NSR为3。

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贪图16 研制催化剂150远处效率测试数据

150远处监测,喷氨量分别做了17 L/h和25L/h两种工况,对应NSR分别为6.0和6.1,脱硝平均效率约32.4%和42.9%,氨逃逸平均值2.1mg/Nm3和7.9mg/Nm3。

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贪图17 研制催化剂210远处效率测试数据

鉴于几次催化剂监测,她性质呈逐步降低势头。在先后4先后测试前,SCR停止喷氨约20小时,面试时喷氨量为15L/h和25L/h两种工况,对应NSR为7(喷氨量25L/h未测得数据),脱硝平均效率54.2%和59.3%,氨逃逸平均值3.8mg/Nm3和10.6mg/Nm3。

有鉴于此,水及NH3、SOx、Na2O等可溶物易占据催化剂活性位,阻断烟气在结构性位与还原剂接触,影响脱硝效率。210远处测试前停止喷氨20小时,依靠SNCR氨逃逸及享受性位水溶液中氨的蒸发,仍有30%控制之频率,重新喷氨后赶到了54%上述的脱硝效率,已基本达到安装初期效率。长时间的高NSR运作后停止喷氨,有利于活性位水分的蒸发、氨气的剖析和可溶物结晶随烟气冲刷而带走,对催化剂的能动性恢复有促进作用。

在4先后检测后,工程师对定制催化剂进行了检测分析,期间共征集试样8例,其中6例为催化剂,暌违标记为一层南、一层中、一层北、二层南、二层中、二层北。

面试结果如下:

①一层催化剂中杂质累积量明显高于二层催化剂(非催化剂组分SiO2、SOx、FeOx等产量相对较高);

②一层中催化剂水分含量及SOx、Na2O等功能性物质含量明显多于其他部位,而任何困难溶性杂质含量又明确低于其它部位。

③冷水性物种如SOx,Na2O,K2O等呈梯度分布(一层催化剂含量明显高于二层催化剂);不溶性的物种如CaO,Al2O3,MgO、P2O5等两层催化剂沉积量相近且中部明显少于两侧。

④所检催化剂未见明显硫酸氢氨附着。

2017年7月间,即在催化剂投入1年多下,咱再次对3号炉的复制催化剂进行了性能检测,她测试结果详见图18。

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贪图18 研制催化剂第5先后效率测试数据

可以见到,运作1年多下的被窝式催化剂的能动性下降了半数,已力不从心满足运行需求,后我们将催化剂样品送同济大学进行理化分析,确认为硫酸氢氨和局部碱金属中毒。穿越新购进的锅炉进行了一次离线热再生(详见图19),该催化剂恢复了一些爆炸性,时至今日该配方的催化剂试验结束。

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贪图19 研制催化剂进行热再生

后经过与催化剂厂商的进一步沟通和提供实验数据,Ceram愿在我司确保10mg/Nm3的SOx浓度的支配情况下,提供催化剂使用。当下,进口之Ceram催化剂仍在连续运行和监测中,以便确认此类工况运行是否能够达到常规技术协议约定的3年使用寿命。

(四)神州高速发展之气温SCR市场和相关业绩

随着首批投产的3个示范项目陆续积累的水利工程经验后,神州生活垃圾焚烧市场之气温SCR市场获得了长足发展。

除了相对风险较小的240度运行项目外,如:京师顺义,罗马慈溪,云南泰安,云南焦化,云南莱西,广州市小涧西等;

以天津江北设计为雏形的摆放在SDA上风的180-190度低温SCR品种陆续投产。如:罗马鄞州,海南仙桃,成都市焦化技改,广州市黄岛,银川高陵等一队项目,开头了中国低温SCR市场之飞跃发展。

随着烟气净化超低排放技术之加大,布置于SDA和湿法洗涤塔下游的SCR系统也获得了定点的加大,如:山西增城,成都市东部,成都市老虎坑,贵州海宁,海口三期,徐州建德等。

截止目前,华星东方参与的华夏建设和重建SCR系统之燃烧厂已经超过了30座,而全中国建设和重建SCR系统之燃烧厂已经超过了100座。

三、气温SCR工艺应用的局部总结

综上所述上述发达国家和地域的水利工程案例和中华地段的水利工程实施,华星东方在SCR菜篮子实践中积累了一些经验:

(一)不同烟气净化工艺布置下SCR系统之宏图

SCR表现烟气净化系统中去除氮氧化物的根本设施,应根据整体烟气净化中烟气的含水率,Sox和粉尘的浓度,品种的投资概算和周转要求开展规划,可选择的激流SCR布置工艺如下:

(1)运用SDA+BHF +GGH+SGH+SCR布置的手艺方式,运作温度控制在240度左右,SOx的运作控制要求相对较为宽松,催化剂选型用量相对较少。该工艺成熟投资小,风险小。

(2)运用SDA+BHF+GGH1+WET+GGH2+SGH+SCR工艺布置方式,运作温度控制在180-190度,可以考虑热再生系统。该工艺成熟,入股大,风险最小。

(3)运用SDA+BHF +SGH+SCR布置的手艺方式,运作温度控制在180度左右,SOx的运作排放值不宜超过10mg/Nm3,控制烟气含水率,同时设计考虑催化剂的热再生措施。该工艺在中外尚未有3年以上连续运行案例,虽然投资小,但催化剂寿命具有原则性的缩影风险,还需进一步观察。

(4)运用ESP/BHF+SCR+ECO工艺布置方式,运作温度控制在240-280度之间,应考虑设置吹灰装置,宜考虑在除尘装置前设置小苏打干法脱酸装置;该工艺案例投产时间尚短,还需积累工程经验,但该工艺具有较高的经济性。

(二)催化剂的选型在不同工艺布置下的取舍

当下催化剂应用主要有板式,蜂窝式,波纹板式三种⑦,但在国内垃圾焚烧领域的实践中由于板式的占地较大,除笔者在尼加拉瓜见过有类似工程实施外(如:渥太华板桥焚烧厂),境内使用过的根本有:球粒状,蜂窝式和波纹板式样三种:

(1)在催化剂选型时,应避免采用粒子状催化剂;在布袋除尘器之后直接布置SCR系统,应优先征用蜂窝式催化剂;在湿法洗涤工艺下游布置SCR系统,可选用蜂窝式和波纹板是催化剂。

(2)进口烟气温度170℃~175℃,SO2浓度长期运行在10mg/Nm3(价值)控制,固态硫酸氢铵的转变温度降低,对催化剂的影响低于前期估值,但仍明显高于240度段的摆放。

(三)SCR系统设计和周转的注目要点

(1)SCR传感器入口烟气均布装置宜进行CFD宪章,确保气流分布均匀,避免局部冲刷催化剂影响效率及催化剂寿命。

(2)脱硝效率随NSR升高而增大,但影响有限;NSR实测值远大于理论值,约为代价的10倍。过量的氨喷射量,并未造成氨逃逸的明确提高,富有之氨最终都将以溶液的样式占据到活性位上,造成催化剂性能的下降。

(3)催化剂选型用量应当考虑氨逃逸的宏图值,有的地方对此有限制,如:京师已经对氨逃逸排放作出了强制性规定为2.5mg/Nm3。在未做出强制性排放要求的地方,可以参考笔者所在企业主编的《垃圾发电站烟气净化系统技术规范》DL/T1967-2019,分选5mg/Nm3的潜流值进行规划。

(4)气温环境下,穿越增加催化剂的产量来保证脱硝效率和延长使用寿命是有效的一种艺术。

(5)在挡板门的选型和规划时,定位要确保其性质。在SCR系统运行和改编时,定位要避免长时间切换至旁路运行,以避免SCR传感器内腐蚀。