柴油机尿素 SCR 反应特性的试验研究

利用可独立控制尿素喷射量的SCR系统,通过柴油机台架试验,研究了钒基催化剂温度和空速对SCR催化还原反应NOx 转化效率和反应速率的影响,以及尿素喷嘴安装位置对转化效率的影响。结果表明：NOx 转化率随着氨氮比（NH3与NOx 物质的量之比）的升高而逐渐升高,由于尿素水解和热解不完全等因素,氨氮比上升到2时NOx 转化率才可达到最大;NOx 转化率随着催化剂温度升高而升高,到400℃时基本趋于稳定,NOx 转化率随空速升高略有下降;SCR反应速率随温度的升高而升高,随空速的变化不明显;相同氨氮比时,尿素喷嘴与催化剂的距离增加,有利于NOx 转化率的升高。     

前置DOC对SCR系统柴油机NO_x排放的影响

对装配前置DOC和无DOC的SCR系统柴油机进行稳态和瞬态试验,研究了前置DOC在不同循环状态下对NOx排放的影响。结果表明:前置DOC能显著提高SCR入口处NO2与NOx的体积比V(NO2)∶V(NOx),加速SCR反应,提高NOx转化效率,改善NOx排放;在ESC非怠速工况下,DOC对V(NO2)∶V(NOx)的影响会随着排气中氧含量和排气温度、空速的提高逐渐降低;温度超过一定范围时,NH3对O2的选择性突然提高,V(NO2)∶V(NOx)对NOx转化效率的影响将减小;DOC内氧化反应产生的热量有限,不足以提高SCR入口处排气温度,而DOC陶瓷载体的储热特性在瞬态循环下会对SCR入口温度产生一定影响,但这并不是改善NOx排放的主要原因。     

装配SCR系统的北京城市公交车NOx排放特性

利用车载测试系统,对北京城市公交典型车辆进行了整车排放测试.以SCR的起燃特性为理论基础,分析了装配SCR的国Ⅳ常规车及国Ⅳ混合动力车NOx排放偏高的原因.并分析了排气温度对NOx排放的影响.研究结果表明:SCR技术的应用能一定程度上降低NOx排放量,200℃及以上排气温度的所占比例非常低,导致NOx转化率偏低,NOx排放偏高;应提高城市公交排气温度(如排气加热系统等)或提高SCR的低温转化效率.     

中冷后进气温度对重型柴油机NOX排放性能的影响分析

中冷后进气温度是影响选择性催化还原(SCR)转化效率的重要因素。文章以一台某厂家重型柴油机为研究对象,在发动机台架测试系统上运行世界统一瞬态循环(WHTC)工况,通过全流稀释采样系统(CVS)检测排气中原机NO_X排放值以及SCR催化器后的NO_X排放值。结果表明,当排气温度为42～62℃时,提高中冷后进气温度能够有效提高增压中冷柴油机的排气温度,但也使得原始排气中的NO_X排放值增大;排气温度的提升使得SCR的转化效率得以提升,但由于原始排气中NO_X排放值的增大,SCR的转化效率呈现先增大后减少的趋势。     

大型柴油机高氮氧化物转化率的排放控制系统的研发

选择性催化还原(SCR)系统已被证明是大型柴油机控制氮氧化物(NOx)排放的有效方案。未来的大型柴油机被设计为有更高的NOx排放量,以提高燃油经济性,这需要越来越高的NOx转化效率以满足排放法规要求。为此,未来的后处理设计可采用先进的技术,如选择性催化转化(SCR)涂覆颗粒滤清器(SCRF)和涂覆在高孔隙度直通式载体上的SCR,以获得高转化效率。评价了不同的高NOx转化效率系统。首先,通过使用SCRF单元和附加的涂覆在高孔隙度载体的SCR涂层,设计了高性能的NOx控制催化剂。第二,评价了不同的控制策略,以了解还原剂剂量策略和热管理对NOx转化效率的影响。在1台大型柴油机上进行瞬态循环试验。提高氨投入量而不是尿素可进一步提高转化效率,尤其是在低温下无法喷入尿素的时候。此外,实施热管理改善了低温时的NOx转化效率。结果证明,这种系统加上发动机控制策略的改进可以使瞬态FTP测试循环中的NOx转化效率达到95%以上,从而可使柴油机满足未来排放法规和燃油经济性的目标。     

埃贝赫部分创新排气技术

整合式（箱式）排气系统：用于底特律柴油机的DOC—DPF加SCR的整合式（箱式）排气系统，可以达到EPA2010排放限值。该产品的技术特点包括：箱式系统同时减少颗粒物（通过DPF）与氮氧化物（通过SCR）排放；小空间源于包含传感器与控制器在内的紧凑设计；适合于高达16L的6缸柴油机的解决方案；多种进气与排气口设计使得灵活的系统集成成为可能；低背压实现良好的燃油经济性；尿素混合概念带来搞氮氧化合物转化效率；可拆卸的颗粒捕集器便于系统维护。     

提高柴油机尿素SCR系统氮氧化物转化效率的试验研究

针对柴油机Urea-SCR后处理系统,为了有效提高NOx转化效率,考虑了包裹保温材料减少排气管散热从而提高载体温度、调整喷嘴位置、安装混合器等3种方法,并进行了不同温度和空速下SCR的NOx转化效率试验。试验结果表明:包裹保温材料能够在ETC循环中提高SCR载体温度20℃左右,从而使发动机更多工况处于SCR催化剂反应高效区域;喷嘴安装在更靠近发动机涡轮出口处(沿排气流反方向移动20 cm后),各工况下NOx转化效率均有所提高;安装混合器后在各工况下NOx的转化效率均有5%左右的提高,尤其在低温220℃时NOx的转化效率提高7%。     

国产车用尿素可替代性试验研究

使用商业钒基SCR催化转化器和某国Ⅳ重型柴油机,在AVL发动机台架上对3种国产车用尿素进行了相互替代性试验,研究中考虑了不同尿素对SCR催化转换器的起燃特性、动态响应、NOx转化率和NH3泄漏等性能的影响。试验排气温度为160～440℃,n(NOx)∶n(NH3)(物质的量之比)从0.8变化到1.2。研究发现:相同条件下3种尿素对SCR系统起燃温度基本没有影响,ESC和ETC循环NOx转化率都在70%以上,同时对其他常规气态排放和NH3泄漏没有明显影响,可以互相替代使用;相同条件下,单位体积尿素溶液中尿素含量越高,SCR系统动态响应越快,ESC和ETC循环NOx转化率越高。     

SCR系统尿素喷雾特性影响因素的CFD仿真分析

利用AVL Fire三维商用仿真软件对SCR系统尿素喷雾特性的影响因素进行了模拟计算,考察的因素包括工况、尿素喷射压力、尿素水溶液的温度及喷嘴的安装角度。结果表明:喷雾形态受来流影响较大,喷雾的速度及贯穿距离随排气流量增加,排气流量越小,排气温度(SCR喷嘴处排气温度)越高,越利于喷雾液滴的蒸发和热解;喷射压力对液滴的喷雾形态影响不大,但对NH3的浓度场分布影响较大,喷射压力越高,NH3的生成效率越低;尿素溶液温度对喷雾形态及NH3的转化影响不大;喷嘴安装角增大利于喷雾液滴蒸发和热解。     

柴油机尿素SCR催化器优化设计

运用计算流体力学手段对柴油机SCR催化器内排气流动、尿素水溶液喷射雾化、液滴蒸发、尿素热解和催化剂表面化学反应等整个NOx后处理过程进行了模拟,通过考察不同方案下载体前端面的尿素浓度分布及NOx转化率,研究了还原剂添加位置、喷嘴型式以及催化器入口扩张管形状等因素对催化器系统NOx转化性能的影响,研究结果为催化器的优化设计提供了指导依据。     

柴油机SCR系统尿素沉积物与喷雾特性的研究进展

1 前言 柴油机具有高的热效率、低的油耗和CO2排放,在车用动力中占有的比例逐年上升.与此同时,颗粒物（PM）和氮氧化物（NOx）成为柴油机排放物中的主要有害物质.针对重型柴油车国Ⅳ和国Ⅴ排放法规,从机内降低PM排放、而从机外转化NOx排放是一种符合中国国情、具有可持续发展的技术路线.选择催化还原（SCR）技术是目前降低柴油机NOx排放最有效的后处理技术之一,采用SCR技术可以使发动机在满足严格排放法规的同时,仍具有较高的动力性和经济性.在目前研究开发中的柴油机NOx后处理方法中,以尿素水溶液为还原剂的选择性催化还原技术（Urea-SCR）最为成熟,它能在柴油机排气富O2且流量、温度和组分多变的反应环境下有效降低NOx排放.     

柴油机尿素SCR氨分布均匀性的试验与模拟优化

在发动机排气温度300℃、排气流量400kg/h的条件下,测量了尿素SCR催化剂载体前端面的NH3浓度分布。测试结果表明:载体前端面NH3浓度分布均匀性较差,NH3浓度最大值约是最小值的6倍,试验NH3分布均匀性指数仅为0.791。为了提高NH3的分布均匀性,采用CFD软件建立了该SCR系统的流动以及尿素水溶液的喷雾、热解和水解反应等模型,并研究了混合器对NH3浓度分布的影响。模拟结果表明:尿素水溶液喷射后,部分液滴发生撞壁,在排气管直管段大部分液滴集中沿管壁方向运动,进入进口多孔管后液滴分散开,但整体液滴分布不均匀。安装混合器能够使NH3分布均匀性指数和NOx转化效率提高约10%。     

基于模型的重型柴油车SCR后处理系统稳态控制策略研究

为满足即将实施的中重型柴油车国Ⅳ排放法规要求,建立了一种基于模型的SCR尿素喷射稳态控制策略,研究了稳态下影响尿素喷射的排温模型、NOx 预估模型、排气流量模型、催化器效率模型和喷射模型,分析了空速比等影响模型性能的重要参数,建立了模型控制的MAP图和数学计算方法。将SCR系统进行了台架试验,研究了ESC工况下NOx 浓度变化趋势。研究结果表明,基于模型控制策略的SCR系统对于降低NOx 排放具有良好的效果,并可以达到国Ⅳ排放法规要求。     

满足低排放车第3阶段排放法规要求的柴油车排气后处理系统的优化研究

采用稀氮氧化物(NOx)捕集器(LNT)+选择性催化还原(SCR)的复合排气后处理系统,使柴油车满足低排放车第2阶段及特低排放车70标准的要求。同时使燃油耗最小化。通过对LNT功能性及LNT+SCR复合排气后处理系统特点进行分析,建立一种不同于现有LNT系统的新型控制策略。在温度不低于200℃的条件下,SCR能够提供最稳定的NOx转化效率。对LNT的浓气再生进行优化,从而减缓其老化,并使燃油耗最小化。在SCR无法净化NOx期间,快速加热策略与原始NOx还原之间的优化匹配使LNT的NOx转化效率达到最大化。研究采用相当于15万mile1全生命周期的台架老化催化剂。在高速公路行驶循环中,SCR的转化率通常很高,此时可通过使LNT的降NOx量最小化及提高发动机燃烧效率来改善燃油经济性。为复合排气后处理系统的优化提供一种解决办法,获得能够满足美国环境保护署(EPA)15万mile排放法规要求的试验结果。还发现,能够满足海平面EPA美国联邦试验工况(FTP-75)排放法规的LNT+SCR系统,也能够满足高海拔条件下高速公路排放法规的要求。     

柴油机DOC+SCR系统NO_x转化效率影响因素研究

为了研究柴油机DOC+SCR系统NO_x转化效率的影响因素,利用AVL Boost仿真软件对催化器的化学反应过程进行了数值仿真及试验验证。结果表明,建立的仿真计算模型能很好地模拟DOC+SCR系统的催化反应过程。DOC+SCR系统中,NO_x的最佳转化温度范围为280℃~500℃,在最佳反应温度范围内,排气流量对DOC+SCR系统的NO_x转化效率基本没有影响,前置DOC在保证排气中NO/NO_2的比例不同时,NO_x转化效率都能保持在较高水平,排气中NO_2占比的增加对NO_x转化效率的提升作用非常小。     

SCR系统降低柴油机NOx排放的试验研究

设计了SCR系统反应器,制备了TiO2-WO3-V2O5催化剂,在6106柴油机上进行了台架试验,以验证SCR系统对NOx排放的转化效率.试验结果表明,在温度为350～500℃、空速为60 000 h-1时,SCR系统的NOx转化率可达到50%～60%.最后分析了SCR系统NOx转化率相对不高的原因.     

SCR系统故障引起发动机动力不足的诊断

SCR是Selective（选择性）、Catalytic（催化）、Reduction（还原）的英文缩写,SCR系统是柴油发动机排气后处理技术的一种,其作用是通过NH₃（氨）和NOx（氮氧化物）进行反应,将NOx还原成N_和H₂O,该技术在国Ⅳ和国Ⅴ柴油发动机上应用较多,采用的还原剂是32.5%的尿素溶液（称为"添蓝"）。SCR系统自带排放控制车载诊断系统（图1）,当SCR系统自检到系统故障或发动机排放超标时,将点亮仪表盘上的     

A Research on the Mechanism and Influence of Ash Deposition in DPF Regeneration

利用GT-Power软件建立柴油机微粒捕集器再生仿真模型,并进行仿真,以分析再生中形成的灰分沉积对捕集器过滤效率和再生过程的影响.结果表明,灰分沉积不但会减小过滤体有效过滤面积,增大排气背压,从而降低载体的过滤性能;还会加剧微粒的燃烧,增大载体温度梯度.在再生平衡过程中,排气背压会缓慢上升,而再生平衡点温度会随着灰分沉积量的增加而下降.     

尿素喷嘴对SCR系统喷射雾化影响仿真研究

为了提高尿素选择性催化还原技术(selective catalytic reduction,SCR)系统对柴油机尾气中的氮氧化物(NOx)的转化效率,通过使用软件模拟仿真改变尿素水溶液喷嘴的安装位置、数量、安装方向的方法,研究尿素喷嘴参数对系统性能的影响。结果表明:随着喷嘴和尾气进口之间距离的增大,NH3的均匀性系数和平均质量分数均逐渐地减小;随着喷嘴数目的增加、喷射方向与尾气流动方向夹角的增加,载体前端NH3分布均匀性均呈现先增大后减小的趋势。     

等离子体辅助NH_3-SCR去除柴油机NO_x的试验研究

为提高传统选择性催化还原(SCR)技术低温去除NOx的效率,设计了一套基于介质阻挡放电形式的低温等离子体反应器辅助NH3-SCR反应系统。通过改变放电电压及模拟气体组分,考察了反应温度和O2体积分数对低温等离子体辅助NH3-SCR去除NOx效率的影响。结果表明:低温下等离子体的促进作用显著,高温时促进作用较微弱;NOx去除效率随O2体积分数增大而先升高后降低,加入等离子体反应器能显著提升低温时NOx去除效率。