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。     

SCR 催化器内浓度场影响因素的仿真研究

为提高 NO x 的转化效率,研究了温度、空速、氨氮比和 NO 与 NO2的摩尔比对 SCR 催化器内浓度场的影响。试验验证了 SCR 化学反应模型,将准确的化学反应动力学参数输入到 Fire 软件并建立 SCR 催化器模型,计算分析 SCR催化器内组分浓度场的影响因素。得出以下结论：温度越高,NH3和 HCNO 的浓度越高;流体涡流为喷雾液滴蒸发和热解提供了有利条件;空速太大,NO 的转化效率会降低;当氨氮比为1时,理论上 NO x 的转化效率达到最高;当氨氮比小于1时,NO x 转化效率随氨氮比的升高而升高,但在接近1时候产生氨滑移;当氨氮比大于1时,NO x 转化效率变化不大但会产生大量氨滑移。因此最佳的氨氮比应是在保证较小的氨滑移的前提下尽可能提高 NO x 转化效率。     

尿素喷射量对SCR催化箱内温度场影响的试验研究

在发动机台架上,通过转动SCR催化箱内呈一字形布置热电偶的测量段,在稳态工况下对沿轴向多个截面内的温度场进行了测量,研究氨氮比对SCR催化箱内温度场分布规律的影响。结果表明:在试验条件下,当氨氮比小于1时,随着氨氮比的增加,催化箱内各截面温度分布的均匀性降低,而当氨氮比大于1,排气温度较低时,氨氮比的增加对催化箱内温度的分布几乎没有影响,而排气温度较高时,催化箱内温度分布的均匀性随氨氮比的增加而变差;随着氨氮比的增加,催化剂入口截面平均温度逐渐降低,而催化剂内各截面平均温度因反应放热大于散热损失而逐渐升高,且催化剂后端温度高于前端温度。     

国六柴油机用铜基和钒基SCR催化剂特性台架对比研究

在发动机测试台架上对比研究不同温度、空速、氨氮比下铜基分子筛SCR催化剂和钒基SCR催化剂的NOx转化效率和氨存储特性。试验结果表明,对于铜基SCR催化剂,在低温区域200～250℃,温度对氮氧转化率影响明显,而空速影响甚微。温度对氨储存量影响极大,铜基SCR催化剂氨存储量随温度上升而快速下降,200℃时为1.5g/L,250℃为0.77g/L。对比而言,铜基催化剂低温性能优异,转化效率达到84%,明显高于钒基催化剂低温40%～60%转化效率;中温段(250～450℃)性能稳定,转化效率达到98%;高温段(450℃以上)效率较高,达到96%,且随着温度升高效率降低幅度较小。铜基分子筛催化剂性能整体优于钒基催化剂,从技术角度考虑,为国六后处理催化剂的优先选择。本试验研究工作获得的基础数据,可用于发动机数据标定。     

蜂窝载体负载V_2O_5-WO_3/TiO_2NH_3-SCR试验研究

针对一使用SCR技术满足欧Ⅳ排放标准的柴油机排气特征,在连续流动固定床反应器上利用NH3作还原剂对一纳米级V2O5-WO3/TiO2催化剂的选择性催化还原NO进行了试验研究,分析了不同温度、空速、NH3与NO物质的量比对NOx转化性能的影响。试验结果表明,温度对催化还原性能的影响最大。在低温下,NOx的转化效率很低,随着反应温度的升高,NOx转化率随之急剧升高,在300℃~450℃范围内达到较高的NOx转化效率;随着NH3与NO物质的量比的增加,还原效率并未明显增加,但NH3的氧化和泄漏越来越严重;空速对低温还原效率也存在影响。     

柴油机氨基 SCR 化学反应特性的试验研究

为了研究不同因素对氨基 SCR 化学反应特性的影响,基于某重型柴油机及其已有 SCR 装置,分别针对不同空速、温度和氨氮比对氨基 SCR 化学反应特性中 NO x 转化效率和 SCR 反应速率的影响以及升温过程对NH3的饱和存储量的影响开展试验研究。结果表明：NO x 平均转化速率基本上由温度决定,而 NO x 转化效率则由温度和空速共同影响;随着氨氮比增加,NO x 转化效率也会随之升高,但是当氨氮比大于1．0后,NO x 转化效率的变化开始趋于平缓,且氨氮比越大 NH3泄漏会越早超过10×10－6（法规规定）;而且温度升高引起的 NH3饱和存储量的变化会造成 NH3泄漏。试验还获得不同空速、不同温度下的 NO x 最大转化效率 MAP 图和 NH3饱和存储量的动态方程,对于 SCR 控制策略的建立具有重要意义。     

SCR 反应物理化学过程模型及验证

针对柴油机选择性催化还原（SCR）脱硝技术,建立了零维 SCR 反应器数学模型,并利用 VC ＋＋编写了仿真计算软件。通过小样台架试验测试了钒基催化剂在不同温度、空速、含氧量、NO2与 NO x 的摩尔比以及氨氮比条件下的 NO x 转化率,并与计算结果进行对比。结果表明,模型计算值与试验结果具有很好的一致性,低温条件下,空速越低,NO2与 NO x 的摩尔比越大,NO x 的转化率越高。     

采用分子筛SCR催化器降低柴油机NO_x排放的试验研究

在1台6缸柴油机上进行了十三工况各选定氨氮比(N_(SR))下的两种分子筛SCR催化剂催化活性的试验研究,分析了两种分子筛SCR催化剂的低温催化活性和NO_x转化效率受温度、空速以及HC转化效率影响的规律。结果表明:t=250℃时,空速对NO_x转化效率影响较小;由于受温度的影响,在N_(SR)值为1.0的情况下Cu基与Fe基分子筛的NO_x转化效率最高分别为88%和78%,Cu基SCR催化剂较Fe基SCR催化剂有较好的低温催化性能;t=250℃时,Fe基分子筛催化剂的抗HC中毒能力不如Cu基分子筛催化剂。t=350℃时,NO_x转化效率受空速与温度的双重影响,两种SCR催化剂的最高NO_x转化效率分别出现在空速为115 060 h~(-1)和90 400 h~(-1)时;t=350℃时,Fe基分子筛催化剂比Cu基分子筛催化剂对HC更加敏感。     

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.     

尿素-SCR技术对NOx转化率和NH3排放的影响

在AVL发动机台架上就尿素-SCR技术对NOx转化率和NH3排放的影响进行了试验,催化剂为钒氧化物,尿素质量分数从0变化到50%.研究发现,排气温度、空速、尿素浓度、尿素喷射量对NOx转化率和NH3排放有着重要影响:排气温度升高,NOx转化率先升高后下降,400～450℃是转折点;提高排气空速,NOx转化率线性下降,N...     

Sliding-mode observer for urea-selective catalytic reduction (SCR) mid-catalyst ammonia concentration estimation

This paper presents an observer design for SCR mid-catalyst ammonia concentration estimation using tailpipe NO_x and ammonia sensors. Urea-SCR has been popularly used by Diesel engine powered vehicles to reduce NO_x emissions in recent years. It utilizes ammonia, converted from urea injected at upstream of the catalyst, as the reductant to catalytically convert NO_x emissions to nitrogen. To simultaneously achieve high SCR NO_x conversion efficiency and low tailpipe ammonia slip, it is desirable to control the ammonia storage distribution along the SCR catalyst. Such a control method, however, requires a mid-catalyst ammonia sensor. The observer developed in this paper can replace such a mid-catalyst ammonia sensor and be used for SCR catalyst ammonia distribution control as well as serves for fault diagnosis purpose of the mid-catalyst ammonia sensor. The stability of the observer was shown based on the sliding mode approach and analyzed by simulations. Experimental validation of the observer was also conducted based on a medium-duty Diesel engine two-catalyst SCR system setup with emission sensors.     

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。     

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。