SCR尾气后处理系统尿素结晶成因及风险试验分析

通过分析柴油机选择性催化还原(SCR)尾气后处理系统尿素结晶成因,提出尿素结晶风险评估方法,并在此基础上采用台架试验的方法进行SCR尾气后处理系统性能和抗结晶性能的仿真验证。结果表明：流速均匀性和NH₃均匀性的仿真结果与试验结果接近,仿真结果对SCR尾气后处理系统设计具有一定参考作用。对优化前后混合器进行稳态尿素结晶试验,结果表明优化后混合器结晶量明显减少,与仿真计算结果吻合较好,优化后的抗结晶效果明显提升,验证了所提出的尿素结晶风险评估标准具有一定的工程实践参考价值,可以帮助提高SCR尾气后处理系统抗结晶设计的工作效率。     

紧凑型SCR系统结构设计及仿真研究

研究了SCR系统结构设计的发展趋势,在一款紧凑型SCR系统结构设计基础上进行结构改进,并采用计算流体力学(CFD)软件Fluent对螺旋叶片混合器进行流场分析,引用均匀性评价指数Gamma评价了不含混合器、含混合器及混合器结构改进后的载体轴截面上的气流分布均匀性,发现螺旋叶片混合器改变了气流速度在载体截面上的分布特点———轴线至壁面流速逐渐升高,另外在螺旋叶片出入口适当开孔可以降低由混合器引起的排气背压增量,并且对气流在载体截面上的分布均匀性起到促进作用。     

氨分布对柴油机并联式SCR后处理系统NO_x排放的影响

以国六并联式SCR后处理系统为研究对象,在13 L国六柴油机上,采用速度均匀性和氨分布均匀性仿真计算、两路SCR平均氨浓度分析和氨质量加权百分数仿真计算、氨分布均匀性试验、排放性能试验等方法,对两种仅混合器不同的国六并联式SCR后处理系统NO_x排放进行研究。仿真分析研究表明:两路并联的SCR后处理系统速度均匀性和氨分布均匀性计算值在0.96～0.99之间,单个SCR装置的前端面氨浓度均匀性试验测试结果也在0.98以上,但两路SCR前端面的平均氨浓度相对偏差在5%～17%之间,会导致后处理系统NO_x排放较差;氨浓度试验验证了仿真分析的正确性。排放性能试验表明,两路SCR前端面平均氨浓度偏差较大的后处理系统WHSC排放结果会恶化;可通过氨质量加权百分数相对偏差的仿真计算评估并联式SCR后处理系统催化能力,经试验对比建议计算评价标准设定为5%以内较为合理。     

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%。     

排气温度、排气流量和海拔高度对SCR系统NOx转化率和NH3泄漏量的影响研究

为研究不同海拔下SCR系统性能,分别在80、90、100 k Pa大气压力下对一台满足国五排放标准的高压共轨柴油机进行性能与排放试验,以研究排气温度、排气流量和海拔变化对NO_x转化率和NH₃泄漏量的影响。结果表明:在排气流量为350 kg/h情况下,NO_x转化率随排气温度升高呈现先增后减的趋势,不同温度下NO_x转化率最大差值为43.4百分点;NH₃泄漏量随着温度的升高大体上呈下降趋势,不同温度下NH₃泄漏量最大差值为328×10^-6;NO_x转化率随排气流量升高呈现先增后减的趋势,在250℃时,不同排气流量下NO_x转化效率最大相差21.5百分点;NH₃泄漏量随排气流量的增大而增加,在250℃时,不同排气流量下NH₃泄漏量最大差值为90.8×10^-6。相同工况下,海拔越高,NO_x转化率越高,NH₃泄漏量越小,大气压力为80和100 k Pa下NO_x转化率最大相差20.1百分点,NH₃泄漏量最大相差54.6×10^-6。     

国Ⅴ柴油机SCR系统结构对尿素结晶影响研究

针对某国Ⅴ商用柴油车SCR系统中出现的结晶问题,综合应用CFD模拟和台架试验进行分析研究,提出一系列结构优化和改进方案,改善了SCR前流场状态以及流体的流动均匀性和尿素均匀性,基本消除了排气系统在实际工况下的结晶风险,提高了全系统的抗结晶能力,保证了SCR系统的正常运行。通过对模拟结果和台架试验数据的比对分析,研究了流场分布以及混合器结构对结晶形成产生的影响。     

模拟干湿循环及含低围压条件的膨胀土三轴试验（双语出版）

针对膨胀土边坡坍滑多呈浅层性，取广西百色膨胀土为对象，设计并开展经干湿循环作用含低围压条件的重塑土饱和三轴固结排水试验，着重分析橡皮膜约束对围压的影响并做出校正，对比分析校正前、后的实测抗剪强度参数，探究不同干湿循环次数及试验围压下的强度及应力-应变关系。结果表明：经干湿循环作用，各级围压下试件的应力-应变均呈应变硬化特征；围压越大，初始模量越大，主应力差也越大；干湿循环作用下，橡皮膜约束等效围压σ_3e均随试验围压σ₃增大而减小；0次干湿循环下，σ₃由5 kPa增至200 kPa时，σ_3e从9.1 kPa减少至6.7 kPa，σ_3e/σ₃由181.8%减少至3.4%，橡皮膜约束对低围压的测试结果影响显著，须进行校正；干湿循环由0次增至6次，校正前低、高和全围压段的黏聚力分别衰减34.7%、27.7%和28.3%，校正后衰减达77.1%、31.9%和35.6%，但摩擦角变化小；橡皮膜约束影响后，经6次干湿循环作用，低围压段的黏聚力仅为0.8 kPa，趋于0，摩擦角为18.5°；膨胀土边坡稳定性分析时，宜采用低、高围压两段拟合校正围压应力圆的强度参数，以获得与实际坍滑破坏较吻合的计算结果。     

基于CFD分析的NOx传感器监测特性研究

根据国六柴油机台架上的性能试验经验,某些后处理系统SCR下游NO x传感器测量的NO x值与台架气体分析仪的测量值之间存在较大偏差.利用计算流体力学(C FD)技术对两种后处理方案进行计算,分析了尿素喷雾的形态及蒸发分解,对SCR载体前端面和NO x传感器安装位置的氨分布均匀性进行了评估,针对NO x传感器探头位置的氨分布偏差值占比进行了分析.仿真结果表明,SCR前氨气不均匀是NO x传感器测量偏差大的原因,SCR下游增加螺旋混合装置后,测量偏差可从15％ 降低到0.5％,解决了偏差大的问题.台架试验显示仿真与试验结果吻合良好,证明了C FD分析结果的可信性.     

国六柴油机双旋流SCR混合器试验研究

为解决国Ⅵ柴油机SCR后处理系统在低排温、低负荷工况下存在的尿素结晶问题,采用CFD和试验研究相结合的方法,对某重型国Ⅵ柴油机后处理SCR单旋流混合器进行结构优化,设计出了一种双旋流混合器.对双旋流混合器进行NO x单点转化效率试验、瞬态WHTC排放试验以及10 h发动机台架尿素结晶验证试验.模拟结果表明:双旋流混合器能够产生更强的旋流效果,促使尿素喷雾和尾气充分混合、蒸发分解,且使氨分布均匀性指数提高了15.19％.试验结果表明:相较于单旋流混合器,双旋流混合器在氨氮比为0.7,0.9和1.2时的NOx转化率分别提高1.58％,1.78％ 和0.38％,N O x排放显著降低,混合器壁面未出现尿素结晶,解决了低温、低负荷工况下的尿素结晶问题.     

结构参数对Urea-SCR系统性能的影响研究

通过建立SCR系统数值模型,对柴油机SCR系统尿素水溶液喷雾分解和催化剂表面的化学反应过程进行模拟。结合台架试验,研究了喷嘴喷射角度α、催化器扩张角β和混合器及其安装位置等因素对SCR系统NO_x转化率、NH_3分布均匀性和液膜质量等的影响规律。结果表明:喷射角度和催化器扩张角的影响规律比较复杂,须根据具体情况选定;加装混合器后,可产生明显的排气旋流,有效延长UWS液滴的运动轨迹,促进其与排气的良好混合,明显提高SCR系统NO_x的转化率,它安装于喷嘴下游100～200mm处较为合理。     

国Ⅳ SCR发动机瞬态循环下NH_3泄漏特性研究

对6台采用SCR后处理技术的国Ⅳ排放水平的发动机进行了瞬态ETC测试,分析其NH3泄漏特性。研究发现:低速时发动机反拖及小负荷工况下的NH_2泄漏量较大;高速时NH_3泄漏量较大,且随着负荷的增大呈现增大的趋势;排温突然升高或降低都可能导致NH_3泄漏。     

SCR催化剂铂中毒对DeNOx性能影响的研究

随着排放法规日趋严格,DOC-DPF-SCR后处理系统越来越广泛地应用于柴油机。位于SCR催化剂上游的DOC催化剂,其主要活性组分为贵金属铂、钯,氧化态贵金属在高温时可以气化,并能随排气迁移至SCR催化剂表面,在SCR催化剂上沉积,造成SCR催化剂贵金属中毒。将台架试验后中毒的催化剂制备成小样,并对催化剂进行了性能探究,发现贵金属中毒主要影响DeNO_x的高温阶段(300℃以上)效率;同时在试验室制备两种模拟中毒样件:掺杂涂覆样件和表面涂覆样件,研究了SCR催化剂Pt中毒的现象并分析中毒后的反应机理。掺杂涂覆500×10^-6样件试验结果表明,贵金属中毒后催化剂氧化能力显著提升,氨气泄漏量在350℃降低至0;而选择性还原能力大幅下降,NO_x转化效率在450℃下降至56.3%。表面涂覆50×10^-6样件试验结果与掺杂涂覆500×10^-6相当。两种涂覆方法研究结果表明,中毒主要发生在表层,导致内层催化剂利用率低,吸附的氨气很难传递进催化剂内层,被直接氧化为NO_x和N₂O,导致NO_x转化效率降低。     

紧耦型SC R催化器混合段的性能研究

应用Fluent软件对紧耦型SCR催化器两种混合段方案进行压力损失、温度场、速度场分析,在发动机台架上进行两种混合段方案的转化效率试验、压力损失试验、排放循环试验、氨泄漏试验.分析与试验结果表明:单层管混合结构的速度均匀性为0.97,压力损失为9.32 kPa,均好于双层管混合结构,后者的速度均匀性为0.948,压力损失为10.82 kPa;两种混合段方案的温度场分析结果一致,且瞬态排放循环WHTC结果都能满足国家要求,但低温工况时,双层管结构SCR的转化效率和氨泄漏情况明显好于单层管结构SCR,瞬态排放循环WHTC过程中双层管混合结构的氨泄漏体积分数峰值为29.5×10-6,平均值为4.2×10-6,而单层管混合结构的氨泄漏体积分数峰值高达263×10-6,平均值为15.8×10-6.     

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。     

基于STAR-CCM＋的某型车SCR系统流场分析

借助STAR-CCM＋软件,分析了某型车SCR后处理系统在额定工况下的压力场和速度场分布,以及不同尾气流量下排气背压的变化,得到排气背压随着尾气流量的变化,规律,最后利用最小二乘法,得到尾气流量与排气背压的关系式。该方法为SCR系统的设计提供了有效的理论依据。     

尿素SCR催化器的数值模拟

针对不同封装结构的尿素SCR催化器建立了三维模型,并利用CFD技术对催化器内部的速度场和压力场进行了模拟研究。研究发现,催化器初始封装方案的压力损失不能满足预期要求;将催化器封装结构调整后,其压力损失能够满足设计要求。