車用柴油機(jī)Urea-SCR系統(tǒng)催化轉(zhuǎn)化過程與催化器優(yōu)化研究.pdf

1、在能源日益緊張的情況下,柴油機(jī)以其在低轉(zhuǎn)速下的高扭矩、低油耗和低CO2排放等優(yōu)勢,備受人們青睞。隨著排放法規(guī)的日益嚴(yán)格,柴油機(jī)的排放問題仍然是柴油機(jī)應(yīng)用的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一。面臨我國即將實(shí)施的重型柴油機(jī)第IV/V階段排放法規(guī),尿素選擇性催化還原(Urea-SCR)技術(shù)被認(rèn)為是去除柴油機(jī)Nox最有前途的技術(shù)之一,對SCR系統(tǒng)中催化轉(zhuǎn)化器的研發(fā)也是目前國際內(nèi)燃機(jī)界的研究熱點(diǎn)。Urea-SCR技術(shù)原理是以濃度為32.5%的尿素水溶液作為還原劑,還原

2、劑與Nox在催化劑上進(jìn)行氧化還原反應(yīng)生成無污染的氮?dú)夂退?br>　　 本文針對車用某6缸柴油機(jī)的尾氣排放問題,采用Urea-SCR系統(tǒng),以V2O5-WO3-TiO2為催化劑,在掌握Urea-SCR系統(tǒng)工作過程及其反應(yīng)機(jī)理的基礎(chǔ)上,利用AVLFIRE軟件建立Urea-SCR系統(tǒng)Nox轉(zhuǎn)化率的數(shù)學(xué)模型,并在計(jì)算流體力學(xué)模型的基礎(chǔ)上添加了尿素水溶液的分解反應(yīng)模型和SCR反應(yīng)動力學(xué)模型,對整個(gè)車用Urea-SCR系統(tǒng)尾氣管道內(nèi)的反應(yīng)過程和流

3、場進(jìn)行模擬。通過模擬計(jì)算來研究Urea-SCR系統(tǒng)排氣管道內(nèi)部的行為規(guī)律,包括尿素水溶液的蒸發(fā)、熱解和水解過程,噴霧過程,流場分布,各氣體組分濃度的分布和尿素液滴的分布;研究影響Nox轉(zhuǎn)化效率及YH3泄漏的因素,包括排氣溫度、O2含量、載體表面積(GSA)和異氰酸水解催化劑的有無等等;通過建立不同結(jié)構(gòu)的Urea-SCR催化器模型,來研究催化器的結(jié)構(gòu)型式對Nox轉(zhuǎn)化效率的影響。研究結(jié)果表明,尿素的分解過程在整個(gè)SCR系統(tǒng)模擬中是不容忽略的

4、,它對NH3的生成量會產(chǎn)生很大影響,增設(shè)異氰酸水解催化劑可促使尿素?zé)峤猱a(chǎn)生的異氰酸幾乎完全水解成NH3,大大提高Nox的轉(zhuǎn)化效率;尾氣在排氣管內(nèi)流動的速度分布會影響混合氣組分濃度的分布,并對尿素液滴的噴射軌跡產(chǎn)生影響;Nox轉(zhuǎn)化效率隨著O2含量的增加而增加,且隨著溫度升高,O2濃度對其影響逐漸減小;同時(shí)排氣溫度及GSAX寸Nox轉(zhuǎn)化效率的影響也很大。
　　 文中針對優(yōu)化的Urea-SCR系統(tǒng)催化器進(jìn)行試驗(yàn)測試,通過對發(fā)動機(jī)的ES