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。     

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。     

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。     

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...     

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。     

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。     

使用乙醇还原剂的NOx-SCR催化剂的性能评价

采用计算机辅助分析的方法设计了乙醇还原剂添加装置,并使用这套装置在发动机台架上进行了稀燃NOx选择催化还原(SCR)催化剂的性能评价试验.试验结果表明,在30000h-1空速、排温为350 420℃范围的条件下,该催化剂的NOx转化率维持在90%以上,而在低温和高温下的转化率较低;随着乙醇添加量的增加,催化剂NOx转化率提高,但同时会增加THC排放;当空速超过40000h-1后,催化剂性能有所下降.     

采用低温等离子体同步净化柴油机PM和NO_x(一):物理仿真

为了实现对柴油机尾气中PM和NOx的同步去除,将静电旋风捕集技术与等离子体协同烃类选择性催化还原技术(Plasma/HC-SCR)相结合开发了一套柴油机后处理原理性试验装置。该装置集柴油机PM的静电捕集、PM的氧化燃烧、NOx的选择性催化还原于一体,对在富氧条件下利用烃类选择还原催化和静电旋风捕集同步去除柴油机PM和NOx进行了利用可控标准气体的模拟试验研究,得到了净化效率随相关参数之间的变化规律。在单纯的等离子体环境下,NO浓度降低,NO2浓度增加,但总的NOx基本保持不变;使用催化剂的同时辅助等离子体可以使NO的峰值转化率所对应的温度向低温区偏移50℃左右;催化剂、等离子体、还原HC对于降低炭烟的起燃温度都有影响,同时使用可以使炭烟的起燃温度最低降低到280℃。此装置实现了柴油机PM和NOx的同步去除。     

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。     

使用乙醇还原剂的NOx-SCR催化剂的性能评价

采用计算机辅助分析的方法设计了乙醇还原剂添加装置，并使用这套装置在发动机台架上进行了稀燃NOx选择催化还原（SCR）催化剂的性能评价试验。试验结果表明，在30000h^-1空速、排温为350～420℃范围的条件下，该催化剂的NOx转化率维持在90％以上，而在低温和高温下的转化率较低；随着乙醇添加量的增加，催化剂NOx转化率提高，但同时会增加THC排放；当空速超过40000h^-1后，催化剂性能有所下降。     

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。     

柴油机SCR系统NOx转化率影响因素的研究

利用计算流体动力学的方法对柴油机SCR尿素水溶液喷雾分解和催化剂表面的化学反应过程进行了数值模拟,结合SCR台架试验,探究了氨氮比、温度、空速和喷嘴安装位置对NO转化率的影响。结果表明:当氨氮比在0.6~2.0时,NO转化率随氨氮比的升高呈先升后降趋势,氨氮比为1.2时的NO转化率较高;当催化剂温度在300~500℃时,NO转化率随温度的升高呈先升高后趋于稳定的变化趋势,温度达450℃时基本稳定;空速在13 000~21 000h-1时,NO转化率随空速升高逐渐降低;随着喷嘴与催化剂距离的增加,NO转化率逐渐增加,当喷嘴与催化剂距离大于450mm时,NO转化率逐渐趋于稳定。     

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。     

低温等离子体喷射系统降低排放及再生DPF的试验研究

通过建立低温等离子体(NTP)喷射系统试验台架,研究了NTP反应器产生的活性物质对柴油机HC,NOx,PM排放的转化效果,并研究了对DPF的再生效果。研究结果表明:当柴油机在低速小负荷工况运行时,排气温度较低,NTP反应器产生的O3,O等活性物质主要将柴油机NOx排放物中的NO部分氧化为NO2;当柴油机高速大负荷工况运行时,活性物质对排气中HC,PM的氧化作用加强,将额外生成CO,同时实现对DPF的连续再生。     

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%。     

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。     

不同反应气氛下负载型Cu-Co/ZSM-5催化剂的柴油车NO_x净化性能

在模拟柴油车尾气气氛下,利用微反装置研究了浸渍法制备的Cu-Co/ZSM-5催化剂在不同反应气氛下的C3H8选择性催化净化NOx性能。结果表明,具有良好的净化NOx起燃性能和高温选择性的3%Cu-3%Co/ZSM-5催化剂在不同的反应气氛下催化性能各异。O2体积分数较低时(≤6%),O2的存在有利于C3H8催化还原NOx,催化剂的NOx转化率随O2体积分数的增加而增加;高温(300~400℃)反应时O2体积分数较高(≥6%)对C3H8催化还原NOx是不利的,O2的增加使催化剂的NOx转化选择性变差,NOx转化率下降。催化剂最适于的O2体积分数为2%~8%。C3H8体积分数越高,越有利于NOx的还原。反应气氛中的CO2和CO的体积分数变化对催化剂的C3H8催化还原NOx活性没有明显的影响,该催化剂仍具有较高的稳定NOx净化性能。催化剂在使用过程中应匹配好发动机的空燃比。