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文檔簡(jiǎn)介
1、隨著排放法規(guī)的日益嚴(yán)格,選擇性催化還原技術(shù)(SCR)已經(jīng)成為滿足國(guó)Ⅳ及以上法規(guī)的重要手段。目前普遍采用尿素水溶液為SCR系統(tǒng)提供還原劑,尿素水溶液噴入排氣管后需經(jīng)歷一系列復(fù)雜的過程才能轉(zhuǎn)化為氨氣,這一轉(zhuǎn)化過程將會(huì)對(duì)SCR系統(tǒng)性能產(chǎn)生重要影響。對(duì)SCR系統(tǒng)的還原劑添加過程進(jìn)行深入研究,提高尿素向氨氣的轉(zhuǎn)化效率,降低結(jié)晶發(fā)生的可能性,具有重要的研究意義。
本文將對(duì) Urea-SCR系統(tǒng)還原劑添加過程中尿素分解以及結(jié)晶等基礎(chǔ)問題進(jìn)行
2、深入研究,對(duì)尿素水溶液蒸發(fā)、熱解、碰壁、結(jié)晶等過程進(jìn)行詳細(xì)建模,并與排氣流動(dòng)相耦合,建立SCR系統(tǒng)氣液兩相流的準(zhǔn)一維模型,最終實(shí)現(xiàn)對(duì)氣相產(chǎn)物生成以及結(jié)晶成分、分布以及結(jié)晶量的預(yù)測(cè)。全文主要工作及結(jié)論如下:
1) UWS噴霧單液滴的蒸發(fā)熱解過程研究。對(duì)UWS噴霧單液滴的蒸發(fā)、熱解、運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行了建模,引入了一個(gè)與排氣溫度有關(guān)的系數(shù)對(duì)蒸發(fā)速率公式進(jìn)行修正,用簡(jiǎn)化的直接分解模型來(lái)描述液滴中尿素的熱解過程。計(jì)算結(jié)果表明:液滴初始直徑和
3、排氣溫度對(duì)液滴的蒸發(fā)時(shí)間和總時(shí)間影響非常大;熱解過程相比于蒸發(fā)過程對(duì)溫度更敏感,當(dāng)溫度較高時(shí),蒸發(fā)過程是液滴消逝總時(shí)間的決定因素;實(shí)際SCR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊,UWS噴霧分解的時(shí)間和空間有限,液滴到達(dá)催化劑前很難完全分解,通過改變噴射方式,合理的組織噴霧碰壁,增加混合器,增強(qiáng)排氣湍流等方式來(lái)加速液滴的分解是非常有必要的。
2)SCR系統(tǒng)結(jié)晶成分分析及尿素?zé)峤饣瘜W(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)建模。在自主搭建的柴油機(jī)尾氣熱源模擬臺(tái)架上進(jìn)行了SCR系統(tǒng)的結(jié)
4、晶試驗(yàn),通過TG/DSC、DRIFTS、HPLC等手段對(duì)試驗(yàn)中生成的結(jié)晶成分進(jìn)行分析,結(jié)果表明:排氣溫度為449K時(shí)生成的結(jié)晶基本為尿素,排氣溫度為504K和540K時(shí)結(jié)晶主要成分是縮二脲和三聚氰酸,HPLC分析表明,排氣溫度升高后結(jié)晶中三聚氰酸比例會(huì)增加。在此基礎(chǔ)上,搭建了尿素?zé)峤獾幕瘜W(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型,基于粒子群算法對(duì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,最后對(duì)尿素的結(jié)晶特性進(jìn)行了仿真分析,結(jié)果表明:結(jié)晶成分與溫度密切相關(guān),隨著溫度的升高,結(jié)晶中
5、三聚氰酸和三聚氰酸一酰胺的比例會(huì)增加;總體上,隨著溫度的升高以及時(shí)間的增加,結(jié)晶率呈下降趨勢(shì),650K以后尿素基本完全分解;升溫速率增加會(huì)導(dǎo)致三聚氰酸的大量形成,從避免結(jié)晶的角度來(lái)說(shuō),減緩升溫速率是較為有效的方法。
3)SCR系統(tǒng)氣液兩相流準(zhǔn)一維數(shù)學(xué)建模。對(duì)排氣管內(nèi)的氣體流動(dòng)、噴霧運(yùn)動(dòng)、液滴蒸發(fā)、尿素?zé)峤?、噴霧碰壁、壁面?zhèn)鳠?、壁膜形成發(fā)展以及結(jié)晶等過程進(jìn)行了詳細(xì)建模,提出了一維壁膜的概念,考慮了噴霧和壁膜中尿素?zé)峤膺^程的差異,
6、最終建立了SCR系統(tǒng)排氣管內(nèi)的氣液兩相流準(zhǔn)一維模型,實(shí)現(xiàn)了對(duì)還原劑添加過程中氣相產(chǎn)物生成以及結(jié)晶的計(jì)算。從氣相產(chǎn)物、排氣溫度、結(jié)晶量、結(jié)晶位臵、結(jié)晶成分等角度對(duì)模型進(jìn)行了全面的驗(yàn)證,結(jié)果顯示,模型具有一定的精度,很好的體現(xiàn)了各個(gè)影響因素對(duì)氣相產(chǎn)物生成以及結(jié)晶的作用規(guī)律,對(duì)實(shí)際應(yīng)用具有較大的參考價(jià)值。
4)SCR系統(tǒng)還原劑添加過程準(zhǔn)一維數(shù)值仿真。在上述模型基礎(chǔ)上,對(duì)SCR系統(tǒng)排氣管內(nèi)的氣相產(chǎn)物生成以及結(jié)晶過程進(jìn)行了仿真計(jì)算。氣相
7、產(chǎn)物生成分析結(jié)果表明:UWS噴射速率對(duì)尿素分解效率影響不大;總體上液滴初始直徑的減小能夠促進(jìn)尿素的分解,當(dāng)粒徑在50-70μm范圍時(shí)尿素分解效率均較高;對(duì)于徑向噴射的噴嘴,提高液滴初始速度能夠促進(jìn)尿素分解,噴射方向上,徑向和逆向噴射是較優(yōu)的噴射方式;排氣管直徑的增大能夠顯著提高尿素分解效率,降低壓力損失。結(jié)晶影響因素分析結(jié)果表明:溫度是影響SCR系統(tǒng)結(jié)晶的最關(guān)鍵因素,會(huì)對(duì)系統(tǒng)結(jié)晶量和結(jié)晶成分產(chǎn)生重要影響;環(huán)境溫度對(duì)結(jié)晶量影響效果不明顯,
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