柴油車用尿素SCR催化劑臺架評價方法優(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催化劑臺架評價方法優(yōu)化研究StudyofOptimizedEngineBenchEvaluationMethodsofUreaSCRCatalystforDieselVehicleApplications國家自然科學(xué)基金項目(51276128)資助一級學(xué)科學(xué)科專業(yè)作者姓名指導(dǎo)教師天津大學(xué)機械工程學(xué)院二零一五年九月一一韭一中文摘要我國第四階段中、重型柴油車排放法規(guī)實施不久，目前市場在售國四中、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，社會各屆對車用SCR催化劑的實際NOx減排能力及其評價方法給予了高度關(guān)注。SCR催化劑臺架試驗評價應(yīng)用廣泛，但是存在以下不足：①受臺架試驗中尿素水溶液分解、混合條件影響，SCR臺架評價結(jié)果存在偏差和不確定性；②現(xiàn)行SCR臺架評價方法通常用于反映單一排氣條件變量對催化劑性能的影響，難以用于預(yù)測法規(guī)工況或車輛實際運行條件下多個排氣條件共同變化時催化劑的性能表現(xiàn)。針對上述不足，本課題開展了SC

3、R催化劑臺架評價的優(yōu)化方法研究。為了最大限度地消除尿素混合條件對SCR催化劑性能評價的影響，作者首先搭建了專用發(fā)動機試驗臺架，在排氣管路上布置了速度混合、氨氣混合兩級混合器，近似認為在SCR入口端面處尿素、柴油機排氣兩相流體混合均勻、流速相同，試驗評價結(jié)果僅考慮尿素水溶液分解率的影響。鑒于臺架試驗中噴入排氣管路的尿素水溶液并不總是能夠完全、及時地分解，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，提出了臺架試驗中實際氨氮比ANR(t)、氣態(tài)氨濃度過量系數(shù)p、催化劑轉(zhuǎn)化效率計算儲氨量等指標的計算方法，以及基于上述指標的尿素分解率分析方法和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)化效率臺架試驗有效結(jié)果篩選方法。通過一組臺架試驗，考察了不同SCR入口排氣溫度、尿素水溶液噴射速率、發(fā)動機排氣流量、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在試驗過程中持續(xù)振蕩。排氣流量對尿素分解速率Yu∞a_BP(Q)影響顯著，低排氣流量導(dǎo)致YUrea_BP(Q)下降，且排氣流量對丫Ure。的影響不能依靠排氣溫度上升被完全消除。因此，實際使用中應(yīng)對“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臺架試驗評價工況宜選擇在較大的排氣流量條件下進行。為了消除尿素分解條件和分解率對S