柴油車用尿素SCR催化劑臺(tái)架評(píng)價(jià)方法優(yōu)化研究.pdf

1、天津大學(xué)博士學(xué)位論文柴油車用尿素SCR催化劑臺(tái)架評(píng)價(jià)方法優(yōu)化研究StudyofOptimizedEngineBenchEvaluationMethodsofUreaSCRCatalystforDieselVehicleApplications國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51276128)資助一級(jí)學(xué)科學(xué)科專業(yè)作者姓名指導(dǎo)教師天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院二零一五年九月一一韭一中文摘要我國(guó)第四階段中、重型柴油車排放法規(guī)實(shí)施不久，目前市場(chǎng)在售國(guó)四中、重型柴油

2、車幾乎全部采用了選擇性催化還原(SCR)技術(shù)路線，社會(huì)各屆對(duì)車用SCR催化劑的實(shí)際NOx減排能力及其評(píng)價(jià)方法給予了高度關(guān)注。SCR催化劑臺(tái)架試驗(yàn)評(píng)價(jià)應(yīng)用廣泛，但是存在以下不足：①受臺(tái)架試驗(yàn)中尿素水溶液分解、混合條件影響，SCR臺(tái)架評(píng)價(jià)結(jié)果存在偏差和不確定性；②現(xiàn)行SCR臺(tái)架評(píng)價(jià)方法通常用于反映單一排氣條件變量對(duì)催化劑性能的影響，難以用于預(yù)測(cè)法規(guī)工況或車輛實(shí)際運(yùn)行條件下多個(gè)排氣條件共同變化時(shí)催化劑的性能表現(xiàn)。針對(duì)上述不足，本課題開展了SC

3、R催化劑臺(tái)架評(píng)價(jià)的優(yōu)化方法研究。為了最大限度地消除尿素混合條件對(duì)SCR催化劑性能評(píng)價(jià)的影響，作者首先搭建了專用發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架，在排氣管路上布置了速度混合、氨氣混合兩級(jí)混合器，近似認(rèn)為在SCR入口端面處尿素、柴油機(jī)排氣兩相流體混合均勻、流速相同，試驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果僅考慮尿素水溶液分解率的影響。鑒于臺(tái)架試驗(yàn)中噴入排氣管路的尿素水溶液并不總是能夠完全、及時(shí)地分解，作者引入尿素水溶液的理論供給濃度Cum。(t)、分解率c【um(t)、存積量Qu聆。B

4、P(t)和分解速率YUr。。BP(Q)等參數(shù)構(gòu)建了SCR入口氣態(tài)氨供應(yīng)方程，依據(jù)SCR反應(yīng)體系中氣態(tài)氨平衡關(guān)系，提出了臺(tái)架試驗(yàn)中實(shí)際氨氮比ANR(t)、氣態(tài)氨濃度過量系數(shù)p、催化劑轉(zhuǎn)化效率計(jì)算儲(chǔ)氨量等指標(biāo)的計(jì)算方法，以及基于上述指標(biāo)的尿素分解率分析方法和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)化效率臺(tái)架試驗(yàn)有效結(jié)果篩選方法。通過一組臺(tái)架試驗(yàn)，考察了不同SCR入口排氣溫度、尿素水溶液噴射速率、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣流量、催化劑內(nèi)部空速(流速)條件下尿素分解率的差異。研究結(jié)果表明，尿素

5、分解速率7u佗。BP(Q)越低，SCR反應(yīng)體系中的氣態(tài)氨供應(yīng)濃度越不穩(wěn)定，并導(dǎo)致催化劑轉(zhuǎn)化效率T1在試驗(yàn)過程中持續(xù)振蕩。排氣流量對(duì)尿素分解速率Yu∞a_BP(Q)影響顯著，低排氣流量導(dǎo)致YUrea_BP(Q)下降，且排氣流量對(duì)丫Ure。的影響不能依靠排氣溫度上升被完全消除。因此，實(shí)際使用中應(yīng)對(duì)“雙低工況”(低排溫、低排氣流量)尿素分解率給予特別關(guān)注，SCR臺(tái)架試驗(yàn)評(píng)價(jià)工況宜選擇在較大的排氣流量條件下進(jìn)行。為了消除尿素分解條件和分解率對(duì)S