柴油发电机组SCR系统设计及性能研究
发布时间：2021-02-22 05:36
柴油发电机组作为各场所的备用电源应用日益广泛,但是其尾气中氮氧化物（NOx）的含量远超国家排放标准限值。SCR（selective catalytic reduction,选择性催化还原技术）技术是降低柴油发电机组尾气中氮氧化物的主要技术路线。本文以康明斯C1400D5型柴油发电机组为对象,进行SCR系统匹配柴油发电机组的减排研究。本文对柴油发电机组SCR系统进行原理分析,从尿素喷射系统、SCR催化转化器、SCR系统连接管路这三个方面对康明斯C1400D5型柴油发电机组进行SCR系统的选型设计,并阐述了SCR系统性能的评价指标。SCR催化转化器是柴油发电机组SCR系统的关键部件,本文根据C1400D5型柴油发电机组的排量特点初步设计了它的结构参数。在ANSYS的Workbench平台建立SCR催化转化器的三维模型并进行网格划分,利用计算流体动力学软件Fluent对SCR催化转化器内部流场进行仿真研究,模拟其内部速度场和压力场的分布情况,并计算出初步设计的SCR催化转化器载体前端面气体速度均匀性指数为83.15%。在ANSYS的workbench平台建立不同结构参数下SCR催化转化器的计...
【文章来源】：南京林业大学江苏省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
柴油发电机组市场规模Fig.1-1Marketsizeofdieselgeneratingsets
4图1-2博世第二代SCR还原剂喷射系统Fig.1-2Second-generationSCRreducingagentinjectionsystemofBoschLaiMC[21]等利用软件对车用双载体催化转化器内部气体流动进行了模拟仿真，得出了双载体催化转化器中气体分布的均匀性主要和进气流雷诺数、阻力、进气管长度及弯曲程度有关，当催化转化器入口管越短、进气流雷诺数越孝阻力越大时内部气体流动更加均匀。ChoiC等[22]利用计算流体动力学软件Fluent对SCR系统催化转化器的结构进行了仿真模拟，结果表明采用涡流式静态混合器和混合室对尿素水溶液的分解有较大的促进作用，混合器引起流动再循环和高强度的湍流，并且增加了尿素水溶液在催化器中的停留时间，进而提高了SCR系统的催化转化效率。KumarAPM[23,24]等利用AVLFIRE软件模拟了氨气流量对SCR系统氮氧化物催化转化效率的影响。研究结果表明当氨气流量在0.2kg/h和0.4kg/h时，尾气中的氮氧化物不能够被全部转化；当氨气流量大于0.6kg/h时，SCR系统中的氨气在催化剂的作用下可以有效地对NOx进行催化，但转化效率会随着氨气流量的增加而降低；当氨气流量为0.8kg/h时，氨气对氮氧化物的催化转化效率较低。Park等人研究了当温度保持在一个特定的范围之内时，SCR催化剂的催化转化速度与柴油机的转速之间的关系，研究结果表明：SCR催化剂的催化转化速度在温度不变的前提下，会随着柴油机转速的提高而降低[25-27]。Topscc等人[28]研究了SCR催化器载体表面存在H2O时对氨气的影响。研究结果表明，H2O的存在有助于氨气的吸附，但是当经过载体的尾气温度较低时，H2O会降低催化剂的催化转化能力，而尾气温度较高时催化剂的催化转化能力则无明显影响。J.Baleta等人利用AVLFire软件对SCR系统尿素水溶液的雾化性能做了研究，对于尿素水溶液的水解?
7第二章柴油发电机组SCR系统选型设计随着排放法规的日益严格，SCR技术作为柴油发电机组尾气处理的主要技术路线引起了研究机构和企业的重视。尽管SCR技术已经研究了很长时间，但是其整体结构和工作原理却未发生大的变化。发电机组所用的柴油机和车用柴油机结构相似，但使用工况却不一样。本章先是介绍了SCR系统的结构以及工作原理，然后以康明斯C1400D5型柴油发电机组为例，分析了柴油发电机组工况特点和影响柴油发电机组尾气处理效率的因素，接着从尿素喷射系统、SCR催化转化器、连接管路方面对SCR系统做了选型设计，最后给出了评价SCR系统性能好坏的指标。2.1柴油发电机组SCR系统结构和工作原理2.1.1SCR系统结构SCR系统安装于柴油机排气尾管上，通过向尾气中喷射适量的尿素水溶液溶液，将尾气中的氮氧化物还原成无污染的氮气和水，以此来降低尾气中的氮氧化物。图2-1所示是典型的柴油发电机组SCR系统，正常工作时图中上部的旁通管阀门关闭，尾气从左端依次经过SCR系统入口管、扩张管、载体区域，经过载体区域附着的催化剂催化转化后，氮氧化物含量大幅度降低，处理完毕的尾气从右端排出。当SCR系统出现堵塞导致排气背压过大时，旁通阀打开，避免造成危险。图2-2是SCR系统结构示意图，SCR系统由尿素喷射系统、SCR催化转化器、传感器和连接管路组成。图2-1SCR系统实物图Fig.2-1PhysicalgraphicsofSCRsystem
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国氮氧化物排放控制及脱硝催化剂研究进展[J]. 王修文,李露露,孙敬方,万海勤,汤常金,高飞,董林. 工业催化. 2019(02)
[2]电动增压与EGR结合对柴油机NOx和Soot的影响[J]. 闫嘉楠,周斌,郑佳,南靖雯,王连富. 内燃机. 2018(04)
[3]空气辅助和无空气辅助SCR系统排放和结晶对比[J]. 刘旭海,王军,张建华,刘正锐. 内燃机与动力装置. 2017(06)
[4]排气背压对柴油机燃油经济性影响研究[J]. 王继佳,姚广涛,张卫锋,陈桥. 内燃机与配件. 2017(21)
[5]660MW燃煤机组SCR流场模拟优化与喷氨优化运行[J]. 李壮扬,苏乐春,宋子健,谭鹏,周旭,张成,孙路石,陈刚. 洁净煤技术. 2017(04)
[6]柴油发动机尾气后处理技术（SCR）的应用[J]. 廖彦彦. 中国新技术新产品. 2017(07)
[7]柴油机排放污染控制技术及发展趋势[J]. 杨东徽,李军. 汽车工业研究. 2016(08)
[8]柴油机Urea-SCR催化器储氨量计算[J]. 胡杰,周帆亮,王天田,侯献军. 汽车技术. 2016(01)
[9]车用Urea-SCR系统结构参数优化研究[J]. 吴里程,王谦,王静,赵炜. 车用发动机. 2015(06)
[10]车用催化转化器内流场CFD分析与结构优化设计[J]. 高伟,邓召文,梁伟强. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2014(07)
硕士论文
[1]车用CA4D28C5柴油机达国五排放标准的研究[D]. 周思佟.吉林大学 2018
[2]车用柴油机选择性催化还原（DOC/POC/SCR）系统的开发研究[D]. 闫安.山东建筑大学 2017
[3]柴油机后处理SCR尿素喷射系统仿真与试验研究[D]. 刘娜.南京林业大学 2016
[4]柴油机SCR尿素喷射系统开发及试验研究[D]. 赵海光.吉林大学 2013
[5]柴油机Urea-SCR供给系统的设计与优化[D]. 李兵.武汉理工大学 2012
[6]柴油机尿素SCR催化器数值模拟及结构优化研究[D]. 张福杰.湖南大学 2012
[7]尿素SCR系统催化转化性能模拟及控制策略研究[D]. 鲍军.湖南大学 2011
[8]汽车催化转化器流场仿真分析研究[D]. 黄鑫.东北大学 2010
本文编号：3045525
【文章来源】：南京林业大学江苏省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
柴油发电机组市场规模Fig.1-1Marketsizeofdieselgeneratingsets
4图1-2博世第二代SCR还原剂喷射系统Fig.1-2Second-generationSCRreducingagentinjectionsystemofBoschLaiMC[21]等利用软件对车用双载体催化转化器内部气体流动进行了模拟仿真，得出了双载体催化转化器中气体分布的均匀性主要和进气流雷诺数、阻力、进气管长度及弯曲程度有关，当催化转化器入口管越短、进气流雷诺数越孝阻力越大时内部气体流动更加均匀。ChoiC等[22]利用计算流体动力学软件Fluent对SCR系统催化转化器的结构进行了仿真模拟，结果表明采用涡流式静态混合器和混合室对尿素水溶液的分解有较大的促进作用，混合器引起流动再循环和高强度的湍流，并且增加了尿素水溶液在催化器中的停留时间，进而提高了SCR系统的催化转化效率。KumarAPM[23,24]等利用AVLFIRE软件模拟了氨气流量对SCR系统氮氧化物催化转化效率的影响。研究结果表明当氨气流量在0.2kg/h和0.4kg/h时，尾气中的氮氧化物不能够被全部转化；当氨气流量大于0.6kg/h时，SCR系统中的氨气在催化剂的作用下可以有效地对NOx进行催化，但转化效率会随着氨气流量的增加而降低；当氨气流量为0.8kg/h时，氨气对氮氧化物的催化转化效率较低。Park等人研究了当温度保持在一个特定的范围之内时，SCR催化剂的催化转化速度与柴油机的转速之间的关系，研究结果表明：SCR催化剂的催化转化速度在温度不变的前提下，会随着柴油机转速的提高而降低[25-27]。Topscc等人[28]研究了SCR催化器载体表面存在H2O时对氨气的影响。研究结果表明，H2O的存在有助于氨气的吸附，但是当经过载体的尾气温度较低时，H2O会降低催化剂的催化转化能力，而尾气温度较高时催化剂的催化转化能力则无明显影响。J.Baleta等人利用AVLFire软件对SCR系统尿素水溶液的雾化性能做了研究，对于尿素水溶液的水解?
7第二章柴油发电机组SCR系统选型设计随着排放法规的日益严格，SCR技术作为柴油发电机组尾气处理的主要技术路线引起了研究机构和企业的重视。尽管SCR技术已经研究了很长时间，但是其整体结构和工作原理却未发生大的变化。发电机组所用的柴油机和车用柴油机结构相似，但使用工况却不一样。本章先是介绍了SCR系统的结构以及工作原理，然后以康明斯C1400D5型柴油发电机组为例，分析了柴油发电机组工况特点和影响柴油发电机组尾气处理效率的因素，接着从尿素喷射系统、SCR催化转化器、连接管路方面对SCR系统做了选型设计，最后给出了评价SCR系统性能好坏的指标。2.1柴油发电机组SCR系统结构和工作原理2.1.1SCR系统结构SCR系统安装于柴油机排气尾管上，通过向尾气中喷射适量的尿素水溶液溶液，将尾气中的氮氧化物还原成无污染的氮气和水，以此来降低尾气中的氮氧化物。图2-1所示是典型的柴油发电机组SCR系统，正常工作时图中上部的旁通管阀门关闭，尾气从左端依次经过SCR系统入口管、扩张管、载体区域，经过载体区域附着的催化剂催化转化后，氮氧化物含量大幅度降低，处理完毕的尾气从右端排出。当SCR系统出现堵塞导致排气背压过大时，旁通阀打开，避免造成危险。图2-2是SCR系统结构示意图，SCR系统由尿素喷射系统、SCR催化转化器、传感器和连接管路组成。图2-1SCR系统实物图Fig.2-1PhysicalgraphicsofSCRsystem
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国氮氧化物排放控制及脱硝催化剂研究进展[J]. 王修文,李露露,孙敬方,万海勤,汤常金,高飞,董林. 工业催化. 2019(02)
[2]电动增压与EGR结合对柴油机NOx和Soot的影响[J]. 闫嘉楠,周斌,郑佳,南靖雯,王连富. 内燃机. 2018(04)
[3]空气辅助和无空气辅助SCR系统排放和结晶对比[J]. 刘旭海,王军,张建华,刘正锐. 内燃机与动力装置. 2017(06)
[4]排气背压对柴油机燃油经济性影响研究[J]. 王继佳,姚广涛,张卫锋,陈桥. 内燃机与配件. 2017(21)
[5]660MW燃煤机组SCR流场模拟优化与喷氨优化运行[J]. 李壮扬,苏乐春,宋子健,谭鹏,周旭,张成,孙路石,陈刚. 洁净煤技术. 2017(04)
[6]柴油发动机尾气后处理技术（SCR）的应用[J]. 廖彦彦. 中国新技术新产品. 2017(07)
[7]柴油机排放污染控制技术及发展趋势[J]. 杨东徽,李军. 汽车工业研究. 2016(08)
[8]柴油机Urea-SCR催化器储氨量计算[J]. 胡杰,周帆亮,王天田,侯献军. 汽车技术. 2016(01)
[9]车用Urea-SCR系统结构参数优化研究[J]. 吴里程,王谦,王静,赵炜. 车用发动机. 2015(06)
[10]车用催化转化器内流场CFD分析与结构优化设计[J]. 高伟,邓召文,梁伟强. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2014(07)
硕士论文
[1]车用CA4D28C5柴油机达国五排放标准的研究[D]. 周思佟.吉林大学 2018
[2]车用柴油机选择性催化还原（DOC/POC/SCR）系统的开发研究[D]. 闫安.山东建筑大学 2017
[3]柴油机后处理SCR尿素喷射系统仿真与试验研究[D]. 刘娜.南京林业大学 2016
[4]柴油机SCR尿素喷射系统开发及试验研究[D]. 赵海光.吉林大学 2013
[5]柴油机Urea-SCR供给系统的设计与优化[D]. 李兵.武汉理工大学 2012
[6]柴油机尿素SCR催化器数值模拟及结构优化研究[D]. 张福杰.湖南大学 2012
[7]尿素SCR系统催化转化性能模拟及控制策略研究[D]. 鲍军.湖南大学 2011
[8]汽车催化转化器流场仿真分析研究[D]. 黄鑫.东北大学 2010
本文编号：3045525
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3045525.html
