尿素-SCR系统优化及催化器的研究探讨

论文摘要

本文介绍了柴油机尾气后处理技术——选择性催化还原技术（SCR）。该技术原理是利用还原剂在催化剂的作用下,在富氧的环境内将氮氧化物选择性还原生成氮气和水。本文对此技术进行了详细的研究。研究成果对于SCR系统在中重型客车上具有主要意义。本文研究了SCR系统的特性,其主要包括喷射单元、催化器、控制系统。针对6缸柴油机的SCR系统利用CFD软件,建立了尾气管内流动、混合数学模型,并模拟了尿素喷雾,蒸发的过程及与尾气混合的分布场,通过模拟结果,对喷嘴的安装位置和尾气管道的布置进行了优化,实验结果表明催化剂的转换效率有明显的提高。本文以车用6缸发动机为对象进行了催化器的匹配研究,主要从涂层、载体,封装三个方面进行选择匹配,经过大量资料和模拟结果的分析,选择涂层为TiO2-V2O5,载体为堇青石400/7,桶式封装的催化器。该催化器可以满足中重型发动机的主要排气温度范围内高效的转换效率,较小的排气背压,而且还具有性价比高,便于安装等优点。尿素的喷射策略也是SCR技术的主要问题之一。本文通过实验研究,制定了在发动机不同的转速、扭矩下合理的尿素喷射量。通过发动机的ESC和ETC试验研究表明,NOx的排放可以降低65%,并有效控制了NH3的二次污染。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 氮氧化物（NOx）生成机理
• 1.2.1 NO的生成机理
• 2的生成机理'>1.2.2 NO₂的生成机理
• 1.3 机动车排放法规发展
• 1.4 改善NOx排放的措施
• 1.4.1 燃油的改质
• 1.4.2 机内净化
• 1.4.3 机外尾气后处理
• 1.5 本课题的研究背景
• 1.5.1 国内外研究现状
• 1.5.2 本文研究意义和主要内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 柴油机SCR系统的工作原理和特性
• 2.1 SCR系统工作原理
• 2.2 SCR系统的介绍
• 2.3 SCR系统的特性
• 2.4 本章小结
• 第三章 选择性催化还原（SCR）系统模型的建立
• 3.1 使用数值模拟的方法的研究SCR的优点
• 3.2 目前SCR系统数值模拟研究现状
• 3.3 FIRE软件的概述
• 3.4 SCR系统模型的建立
• 3.4.1 模型假设条件
• 3.4.2 湍流模型
• 3.4.3 物质输运模型
• 3.4.4 喷雾模型
• 3.4.5 蒸发模型
• 3.4.6 破碎模型
• 3.5 本章小结
• 第四章 SCR系统的数值模拟及设计
• 4.1 模拟的对象
• 4.2 计算区域,网格模型和边界条件
• 4.2.1 计算区域和网格模型
• 4.2.2 模型的选取
• 4.2.3 边界条件的设定
• 4.3 尿素的喷射雾化和热解
• 4.4 模拟结果与分析
• 4.4.1 尿素结晶的形成原因分析
• 4.4.2 尿素水溶液的喷射及液滴的分布
• 4.4.3 喷嘴位置的优化
• 4.4.4 喷雾锥角的优化
• 4.4.5 管路尺寸的优化
• 4.5 本章小结
• 第五章 SCR催化器的开发
• 5.1 涂层
• 5.2 SCR载体
• 5.3 封装
• 5.4 本章小结
• 第六章 尿素的喷射策略的试验研究
• 6.1 试验装置与测试设备
• 6.1.1 试验装置
• 6.1.2 试验发动机参数
• 6.1.3 试验的仪器
• 6.1.4 试验条件
• 6.2 Urea-SCR系统降低柴油机排放试验研究
• 6.3 ESC实验
• 6.3.1 欧洲稳态测试循环简介
• 6.3.2 ESC实验结果
• 6.4 ETC实验结果分析
• 6.4.1 ETC测试
• 6.4.2 ETC试验结果
• 6.5 发动机脉谱图
• 6.6 本章小结
• 第七章.总结和展望
• 7.1 SCR系统优化方案及催化器设计方案总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在读学位期间发表的论文