某船用柴油机SCR反应器含氮化合物的浓度场特性

建立船用柴油机选择性催化还原(SCR)反应器模型,研究船用柴油机在1 000 r/min、75%负荷工况下SCR反应器内部含氮化合物(HNCO、NH_3、NO、NO_2)的浓度场特性。研究结果表明:HNCO水解是尿素SCR系统产生NH_3的重要来源,其水解速率远高于NO、NO_2和NH_3的反应速率;在SCR反应器前端,随着时间推移,NH_3浓度先升高再急剧下降至稳定状态,而在中后端则呈现相反现象;NO和NO_2在SCR反应器前端基本不反应,而在SCR反应器中后端随时间推移基本呈先降后升的趋势;HNCO、NH_3、NO和NO_2在典型横截面的浓度分布均呈不均匀的"十"字形分布,且大都呈现截面中心及边界中线周围浓度较高而截面4个对角浓度较低的分布规律。     

基于国四排放非道路柴油机喷射系统的优化试验

基于非道路378型柴油机,采用不同的轨压、主喷正时、预喷油量和预喷-主喷间隔,进行非道路柴油机八工况的喷油参数优化试验.试验结果表明:随轨压的增加,NO_x排放增加,烟度和有效燃油消耗率不断减小,HC排放先降后升;随主喷提前角的增大,NO_x排放增加,烟度、HC和有效燃油消耗率不断减小;随预喷油量的增大,NO_x、烟度和有效燃油消耗率先降后升,HC排放不断增加;随着预喷-主喷间隔角的增大,NO_x先降后增,烟度不断下降,HC和有效燃油消耗率不断增加.综合考虑排放和经济性,确定了八工况下的喷油参数的优化值,八工况稳态测试循环测量结果:NO_x+HC为6.32g·(kW·h)~(-1),PM为0.169 g·(kW·h)~(-1),满足非道路国四排放限值要求.对于非道路柴油机,采用较高的轨压、较小的主喷提前角、少量预喷油量及较短的预喷-主喷喷油间隔,可优化燃烧过程,降低排放,提高经济性.     

某船用柴油机SCR 反应器含氮化合物的浓度场特性

建立了船用柴油机SCR (Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原) 系统模型，研究了船用柴油机在1000 r/min、75%负荷工况下，SCR系统含氮化合物（HNCO、NH3、NO、NO2）的浓度场特性。研究结果表明：HNCO水解是尿素SCR系统产生NH3的重要来源，其水解速率远高于NO、NO2、NH3的反应速率；在SCR前端，随时间的推移，NH3浓度先升高再急剧下降至稳定状态，在中后端则呈现相反的现象；NO、NO2在SCR前端基本不反应，在SCR中后端，随着时间的推移，基本呈先降后升的趋势；HNCO、NH3、NO、NO2在典型横截面的浓度分布均呈不均匀的“十”字形分布，且大都呈现截面中心及边界中线周围浓度较高、截面四个对角浓度较低的分布规律。     

SCR反应器对船用柴油机性能影响仿真分析

以某船用中速柴油机为仿真对象,利用AVL_Boost软件建立带有SCR反应器的整机模型,分析SCR反应器对柴油机性能影响。结果表明,在E3和D2工况下,SCR反应器所产生的压降随转速和负荷率的增大,呈线性化增大。加入SCR反应器对柴油机的经济性和动力性均有所降低,除E3额定况点外,其余工况点降低幅度均小于5%。通过对SCR反应器的仿真分析,可对该型柴油机SCR反应器的选型设计有一定指导意义。     

船舶柴油机SCR系统尿素喷射控制仿真

选择性催化还原技术是一种柴油机尾气排放后处理技术。针对船舶柴油机SCR系统非线性、难以建模与控制的特点,分析系统内部的化学反应,根据能量和质量守恒确定各状态量满足的微分方程,建立SCR系统数学模型,并验证其特性。为了实现SCR系统的控制目标,即在保证NH_3逃逸量不超过限定值的前提下,尽可能提高NO_X转化率,以NH_3逃逸量为约束输出,NO_X出口浓度为控制输出,氨喷射量为控制变量,设计了非线性模型预测控制器,实时计算系统所需尿素喷射量。试验仿真表明了非线性模型预测控制器的有效性,稳态工况和瞬态工况下NO_X转化率分别达到了93.803%和91.760%,NH3逃逸量均低于10 ppm,满足Tier Ⅲ标准对船舶柴油机尾气氮氧化物排放的限制。     

船舶柴油机SCR系统尿素喷射控制仿真

选择性催化还原技术(selective catalytic reduction)是一种柴油机尾气排放后处理技术。针对船舶柴油机SCR系统非线性、难以建模以及难以控制的特点,分析系统内部的化学反应,根据能量和质量守恒确定各状态量满足的微分方程,建立SCR系统数学模型,并验证其特性。为了实现SCR系统的控制目标,即保证NH3逃逸量不超过限定值的前提下,尽可能提高NOX转化率,以NH3逃逸量为约束输出,NOX出口浓度为控制输出,氨喷射量为控制变量,设计了非线性模型预测控制器,实时计算系统所需尿素喷射量。实验仿真表明了非线性模型预测控制器的有效性,稳态工况和瞬态工况下NOX转化率分别达到了93.803%和91.760%,NH3逃逸量均低于10ppm ,满足Tier III标准对船舶柴油机尾气氮氧化物排放的限制。     

某船用柴油机SCR系统匹配性能试验分析

针对某船用柴油机,在D2试验循环模式下进行原机和加装SCR系统后的性能对比试验,分析SCR反应器在无尿素喷射时对柴油机排气特性和经济性的影响,同时还分析按氮氨比为1∶1进行尿素喷射时SCR系统的工作性能。试验结果表明:柴油机安装SCR系统后,排气背压和排气温度均有所上升;经济性略有下降,额定工况下降低幅度在1%左右;虽然增压器后NOX排气浓度增大,但NOX质量流量下降幅度较大,额定工况下降幅度为12.3%,尿素基本喷射量标定计算应以加装SCR反应器后的柴油机排气参数为依据;NOX加权比排放由原机的12.63 g/k Wh降低到11.52 g/k Wh,降低了8.7%。按氮氨比为1∶1的比例进行尿素喷射时,SCR系统能满足Tire III的NOX排放限值要求。研究结果可为SCR系统设计和尿素喷射量的标定提供一定的指导依据。     

某船用柴油机排气管路流动分析及均匀性评估

[目的]船舶柴油机选择性催化还原(SCR)反应器的NOx转换效率受其入口流场均匀性的影响。为优化柴油机排气管路设计,提高其转换效率,有必要建立合理的入口流场均匀性评价体系。[方法]以某船用柴油机排气管路为研究对象,首先,在额定工况下对其流动特性进行分析;然后,在此基础上进一步通过引入多项评价指标,从不同的角度对SCR反应器入口流场均匀性进行评估,并对各评价指标之间的差异性与适用性进行探讨。[结果]结果表明,管道弯折、突变部位的压力损失约占排气系统的20%,且SCR反应器入口前的弯折对其入口流场均匀性的影响较大,局部最大不均匀度高达19.96%。[结论]研究显示,为提高入口流场均匀性,SCR反应器入口面应与弯折、突变部位保持一定的距离;对于船用柴油机排气系统,均匀性指数γ值和局部面积最大不均匀度δ更能切实地评价SCR反应器入口流场均匀性。研究结果可为合理评估流场均匀性提供重要参考依据。     

某船用中速柴油机排放特性试验

对某船用中速柴油机的电控化改造前按推进特性进行了排放试验.试验分析结果表明:该机低转速、低负荷区CO排放浓度低,HC排放浓度高,而高转速高负荷区CO排放浓度高,HC排放浓度低;NOx排放浓度最高位于800r/min附近,而NOx比排放随转速和负荷的升高而降低,其变化趋势主要受油耗率的影响.试验结果可供相关技术人员参考.     

船用低速柴油机SCR系统的设计优化与试验分析

由于船舶机舱空间狭小,因此布置用于二冲程柴油机的SCR反应器和其管道较为困难.利用CFD模拟了在100％负荷下SCR反应器之前的尿素雾滴和排气的混合过程.模拟结果表明,当6S35ME-B9 SCR系统的旋转角和护盖展开角分别为15°和75°时,尿素与排气在较短的距离内能够形成良好的混合,并且整个系统压降小于1.4 kPa.对安装有SCR系统的6S35ME-B9柴油机进行了 100 h的测试,结果表明NOx排放从18.15 g/kWh降低到3.17 g/kWh.针对6S35ME-B9柴油机的SCR系统的设计和试验可以为实船上的SCR系统提供理论和应用基础.     

某船用柴油机SCR系统混合器结构参数仿真优化

在某船用柴油机SCR反应器及尿素喷射系统结构参数优化的基础上,建立SCR混合器三维仿真模型,研究SCR混合器叶片角度和安装位置对SCR系统的混合均匀性、压力损失、NH₃逃逸、NOx转化率的影响。仿真结果表明：混合器叶片角度为15°、安装位置离喷嘴下游75mm时,可使催化剂进口截面的NH₃分布均匀性系数提高4.5%,NOx转化率提高6%。     

降低船用柴油机NOx排放率的研究

在"低温燃烧"的概念下,根据IMO<船用柴油发动机氮氧化物释放控制技术规则>推荐的试验程序,对一台4135G柴油机在推进工况下进行改变喷油正时和压缩比的试验研究.结果表明延后喷油正时和(或)减少压缩比可以实现柴油机的"低温燃烧",从而降低柴油机的NOx排放率,但柴油机的油耗率和烟度将受到影响;若采取喷油正时延后4°和压缩比提高5.5%的组合技术方案时,则可使柴油机在推进工况下的NOx平均排放率减少16.3%,柴油机的油耗率稍有降低,但烟度在高负荷时稍有增加而低负荷时稍减.     

柴油机掺烧气体燃料的低负荷性能试验研究

采用试验方法研究柴油机低负荷工况掺烧LPG和CNG燃料的经济性和排放性能,探讨气体燃料掺烧比例、喷油提前角和压缩比对低负荷性能的影响,研究表明,柴油机低负荷掺烧气体燃料会导致燃烧室温度下降、燃烧不良、经济性下降和HC排放急剧增加,因此,减少气体燃料掺烧比例、增大喷油提前角、减小喷油器的喷孔直径和适当增大压缩比,有利于改善柴油机掺烧气体燃料的低负荷性能。     

基于SCR系统的船舶排放设计和测试

文章以在建MT6023饱和潜水支持船四冲程柴油机的选择性催化还原(SCR)系统为对象,研究了SCR系统降低船舶氮氧化物(NO_x)排放的原理、系统组成、布置安装要求等,并总结分析了实船排放测试的要求和注意事项,为实船排放Tier Ⅲ取证提供了重要参考。     

船用增压柴油机不同负荷下燃烧排放性能研究

为了研究柴油机在不同运行工况下偏心燃烧室缸内燃烧及排放情况,采用三维流体数值分析软件AVL FIRE建立某型柴油机燃烧及排放的计算模型。通过对不同负荷下柴油机燃烧及排放的模拟,计算该型柴油机缸内压力、温度等参数随曲轴转角的变化及燃烧温度、燃空当量比、NO和Soot的分布情况。研究表明：随着负荷的增加,在高负荷下易出现燃油撞壁现象;NO生成量随着负荷的增大而增加,在负荷增大到一定值时反而减小;NO生成主要分布于燃烧室偏心侧,高工况时NO大量生成在燃烧室边缘;Soot主要集中在油束与缸盖之间的缝隙位置。     

丁酸甲酯在低转速二冲程内燃机中的NO_X燃烧特性

应用均质压燃反应器模拟生物燃料分子丁酸甲酯在低转速二冲程内燃机转速为55 r/min~85 r/min不同工况下的燃烧情况,计算反应器内NO浓度、NO_2浓度以及N_2O浓度随曲柄转角的变化关系,并且对NO_X的反应过程进行分析。对相关反应机理进行研究,结果表明:NO和NO_2在尾气中的浓度随转速降低而降低;NO浓度在曲柄转角为350°~390°时下降的原因之一是其转化成了N_2;NO_2浓度在曲柄转角为350°~390°时下降的原因是其转化成了NO;NO_2浓度在曲柄转角为390°~480°时上升是因为其由NO转化而来;N_2O浓度下降大多是因为N_2O转化为N_2的缘故。     

舷外机用汽油机试验分析

为满足欧美不断加严的舷外机用汽油机排放法规,以F5舷外机为研究对象,试验和计算分析排放的舷外机用汽油机低排放技术,对汽油机整机排放试验结果用单工况分担率计算,分析影响整机CO、HC、NO_x排放的主要因素,结果表明,排放试验循环中工况加权系数和各排放物随工况的变化特性对整机比排放影响显著;对不同工况的油气混合比多方案试验,研究了各排放物的量值变化,得出了低排放舷外机用汽油机的理想混合气浓度特性,通过化油器结构参数组合优化实现此特性,汽油机整机排放大幅降低,满足了美国和欧盟的现行排放法规要求。     

船用柴油机高压SCR系统强度及变约束分析

选择性催化还原(SCR)系统在工作时会承受重力、内压、高温负荷和腐蚀性气体的作用，这些因素直接影响系统的安全可靠运转，有必要采用合理的方式对其进行强度校核。以某型柴油机高压SCR系统为例，对其强度进行仿真分析，结果表明：管道两端法兰的轴向位移均高于径向位移，计算点距离固定支撑点越远，轴向位移越大；柴油机高压SCR系统经应力线性化处理，在垂直和倾斜工况下的应力强度整体低于3倍许用应力S_m；不同约束方式下反应器支撑的应力强度差别较大，底面约束状态下的应力强度整体大于侧面约束状态。     

相继增压系统对改善船用直列八缸发动机性能的试验研究

随着大型柴油发动机经济性和排放要求的不断提升,以及对发动机稳态、瞬态特性要求的不断提高,传统的涡轮增压系统已无法满足船用发动机全工况性能的要求。为了提高产品竞争力和适配性,针对某8缸直列船用柴油发动机开发了带有定压排气管的相继增压系统,并进行了发动机台架试验研究。结果表明：发动机中、低转速时,相继增压系统使发动机比油耗可以下降5%-10%,排气温度降低30%-45%,烟度下降55%-60%；最大扭矩可以提升15.1%-36.4%；发动机最大扭矩转速工况突加突卸响应性提升约28%-29%；相继增压系统中定压排气管的设计使得发动机高工况性能也有所提升,从而实现发动机全工况性能的提升。     

燃用重油对船用柴油机排放的影响

在一台船用高速柴油机上分别进行燃用轻油(0#柴油)和重油(180 mm2/s)的试验,对比分析不同燃油时的排放特性。试验结果表明,与燃用轻油相比,在额定转速不同负荷百分比下,燃用重油时的NOx排放水平相差不大,只是在100%负荷时重油的NOx排放略高于轻油;对于CO和烟度排放,除了100%负荷点相近外,其余负荷点都是重油远高于轻油,并且是负荷越低差别越大;而对于THC排放,除低负荷点轻油略高于重油外,中高负荷点都是重油高于轻油。