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。     

集成式SCR催化转化消声器性能研究

运用GT-Power软件对两种不同结构的集成式SCR催化转化消声器进行了声学性能模拟,通过试验研究对比分析了集成式SCR催化转化消声器的压力损失及其NOx转化效率。结果表明:在增加穿孔管后集成式SCR催化转化消声器的消声效果在400~750 Hz区间内受到了削弱,在750~1 000 Hz区间内增强,增加穿孔管后压力损失增加。在绝大部分工况下,增加穿孔管后SCR催化转化消声器的NOx转化效率要明显高于无穿孔管的结构。     

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。     

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。     

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。     

分子筛型SCR对车用柴油机排放改善的试验研究

商用车柴油机多采用DOC+SCR的后处理系统来满足国Ⅳ、国Ⅴ排放标准的要求,而不同类型SCR的催化特性对最终污染物排放影响也不同。试验获取了一支铜基分子筛型SCR,基于1台2.8L柴油机和一支钒基SCR,运行了车用柴油机稳态循环(ESC)和瞬态排放循环(ETC),研究并分析了其对柴油机污染物的减排特性。结果表明,相较于钒基SCR,运行ETC循环时分子筛型SCR对发动机NOx和PM排放的减排效率分别提升19%和33%;分子筛型SCR对NOx的低温转化效率更高,且由于对排气流量不敏感,在高空速工况下其转化效率显著高于钒基SCR;分子筛型SCR对颗粒物个数的减排效率弱于钒基SCR,达7%以上,容易将大质量颗粒物分解为小质量颗粒物;两种SCR均对CO和HC具有一定的减排效果,减排率可达20%左右。     

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%。     

SCR载体尺寸对背压及NOx转化效率的影响

基于发动机台架试验研究了不同选择性催化还原（SCR）载体尺寸的性能差异。结果表明：SCR 载体尺寸会显著影响 SCR 系统的性能,载体长度增加导致排气背压明显增大,但SCR 系统的氮氧化物（NOx）转化效率提升不显著;增大载体直径可同时实现排气背压降低和NOx 转化效率提升;当排气温度高于尿素起喷温度时,加大尿素喷射量后,相比于直径为118.4 mm 的 SCR 载体,直径为 143.8 mm 的 SCR 载体性能可提升 2 倍。     

混合器对车用柴油机尿素SCR系统性能影响的试验研究

通过试验研究了混合器对车用柴油机尿素选择催化还原系统性能的影响.试验结果表明,排气流量和排气管径对压力损失影响较大,而温度的影响相对较小;安装混合器不但促进还原剂与排气的混合,而且使还原剂的分布更加均匀,从而提高了NOx的转化率,最大提高约10%.     

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。     

面向控制的SCR催化转化器温度模型

为了建立面向控制的SCR催化器温度模型,根据能量守恒和质量守恒方程并考虑热平衡中所涉及的换热过程不同,建立了4种SCR催化器温度的数学模型,并利用Matlab/Simulink构建图形化的计算模型。采用柴油机欧洲稳态循环(ESC)和欧洲瞬态循环(ETC)条件下的台架实测数据对模型进行检验,基于最大离散程度、拟合度和计算时间3个指标对模型进行评价和比较。结果表明,考虑催化器与废气和周围环境对流换热的温度模型具有良好的预测精度和实时性,更适合用于SCR控制策略。     

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400 kg/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％.     

柴油机 SCR 系统故障诊断软件的开发与应用

针对电控柴油机SCR系统的故障诊断功能,研究了诊断机理,分析了监测参数,并选其特征值进行分类处理。以VisualC＋＋6．0可视化集成开发环境为平台,设计了一套柴油机SCR系统机外故障诊断软件。诊断软件采用模块化结构和CAN总线技术,其中数据分析模块解析了J1939报文到CAN扩展帧的映射机制;数据库模块由MFCODBC技术实现对Access数据库的管理。对故障诊断软件进行实机调试并设置故障处理验证软件功能,结果表明软件运行可靠,故障获取准确,为进一步研究柴油机SCR系统故障诊断提供了一种新思路。