柴油机Urea-SCR系统还原剂生成与分布均匀性研究
发布时间：2021-09-24 15:43
为减少大气污染并满足日益严格的排放法规,选择性催化还原技术（SCR,selective catalytic reduction）成为中重型柴油机排放控制的重要技术手段,尿素-SCR系统（Urea-SCR）在国内应用广泛,还原剂的分布均匀性对Urea-SCR系统性能有很大影响。随着国VI排放标准对NOx转换效率及NH3逃逸水平提出更高的要求,研究Urea-SCR系统的还原剂分布均匀性具有一定的现实意义。Urea-SCR系统采用32.5%的尿素水溶液（UWS,urea water solution）,UWS液滴被喷射进排气管中经过蒸发、热解过程从而生成还原剂NH3等气体。本文考虑还原剂添加过程中详细的蒸发热解过程,并结合气体流动、UWS喷射、壁面传热等过程,建立Urea-SCR系统还原剂添加过程的气液两相流三维模型,该模型能够以较高的精度描述还原剂的分布,并通过OpenFOAM平台进行模拟仿真,研究不同因素对还原剂NH3分布均匀性的影响,为提升SCR系统还原剂分布均匀性的研究提供参考。本文主要工作及结论如下:（1）利用Ope...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SCR路线原理图（DOC+DPF+SCR+ASC）
浙江大学硕士论文绪论4的氮气。最后增加氨逃逸催化剂（ASC，ammoniaslipcatalyst）将高氨氮比下多余的NH3氧化，防止NH3泄露。该路线节省空间、油耗低，但低温下NOx还原效率低，需要热管理系统，喷射策略复杂。对于纯SCR路线，柴油机尾气中NOx的排放量很高，本路线的重点是高效SCR技术的开发。依维柯（IVECO）欧Ⅵ系列柴油机产品采用的都是高效SCR技术路线，对缸内和后处理系统都进行了一定的优化，其他厂商如斯堪尼亚（SCANIA）推出的DC13发动机也采用纯SCR路线。图1.1SCR路线原理图（DOC+DPF+SCR+ASC）二、EGR+SCR路线。原理图如1.2所示，EGR（exhaustgasrecirculation）是一种废气再循环方法，发动机内使用EGR技术可以降低燃油燃烧产生的NOx，降低SCR系统的技术难度要求。该路线冷启动NOx低，低温NOx排放低，但花费较高，冷却剂热量损失较大，氨消耗量较高，催化剂老化程度高。目前采用EGR+SCR路线的发动机厂家有：康明斯、通用、福特、沃尔沃等公司。图1.2EGR+SCR路线原理图
浙江大学硕士论文绪论51.1.3尿素选择性催化还原技术（Urea-SCR）尿素安全便宜，容易储存，我国作为农业大国，一般采用尿素-SCR系统（Urea-SCR）。目前，SCR技术已经比较成熟，广泛应用于各种中重型柴油车上。图1.3为一个典型的车载SCR系统，分别由尿素箱，尿素泵，控制单元，尿素喷口，催化剂，NOx传感器等部件组成。图1.3典型车载SCR系统结构图Urea-SCR系统采用尿素水溶液（UWS，UreaWaterSolution）作为供给NH3的方法，其中尿素质量分数为32.5%的水溶液，又称为Adblue，是目前综合使用效能最好的储氨介质。尿素水溶液经过加热，由喷嘴喷入尾气管中，UWS液滴经过蒸发、热解等过程，分解出NH3、HNCO，在催化剂作用下，HNCO发生水解生成NH3，排气中NOx在催化剂作用下与NH3反应，生成无污染的N2。UWS液滴蒸发热解主要过程如下[14]。蒸发：(NH2)2CO(aq)→(NH2)2CO(sorl)+H2O(g)(1.1)热解：(NH2)2CO(sorl)→NH3(g)+HNCO(g)(1.2)HNCO在催化剂作用发生水解的反应过程如下：HNCO(g)+H2O→NH3(g)+CO2(g)(1.3)NOx在SCR系统的催化还原反应[15]主要包含三个，具体如下：标准SCR反应：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O(1.4)快速SCR反应：2NH3+NO+NO2→2N2+3H2O(1.5)
【参考文献】：
期刊论文
[1]重型柴油车满足近零排放法规的技术分析[J]. 帅石金,刘世宇,马骁,张俊,王国仰,果泽先,蔡开源,肖建华. 汽车安全与节能学报. 2019(01)
[2]喷射参数对柴油机SCR内部NH3均匀性影响分析[J]. 张东剑,马其华,任洪娟,张璐璐. 汽车工程学报. 2017(04)
[3]点火正时对甲醇汽油发动机排放的影响[J]. 姚栋伟,凌鑫晨,吴锋. 内燃机学报. 2016(06)
[4]Modeling and simulation of urea-water-solution droplet evaporation and thermolysis processes for SCR systems[J]. Xubo Gan,Dongwei Yao,Feng Wu,Jiawei Dai,Lai Wei,Xingwen Li. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2016(08)
[5]A reduced combustion kinetic model for the methanol-gasoline blended fuels on SI engines.[J]. LING XinChen,WU Feng,YAO DongWei. Science China（Technological Sciences）. 2016(01)
[6]尿素水溶液液滴的蒸发特性[J]. 黄镇宇,殷科,周志军,王智化,杨卫娟,周俊虎. 化工进展. 2014(04)
[7]选择性非催化还原脱硝温度窗口内尿素液滴的蒸发和转化特性[J]. 仲蕾,宋蔷,黄乾泽,姚强. 中国电机工程学报. 2013(26)
[8]柴油车排放法规及后处理技术的现状与展望[J]. 帅石金,唐韬,赵彦光,华伦. 汽车安全与节能学报. 2012(03)
[9]单个液滴蒸发模型中不同质量传递公式的有效性分析[J]. 辛娟娟,周致富,辛慧,陈斌,王国祥,郭烈锦. 化工学报. 2012(06)
[10]基于VB6.0和Access数据库的物性数据查询软件[J]. 杨金杯,余美琼,陈玉成,陈秀宇,陈文韬. 计算机与应用化学. 2011(02)
博士论文
[1]柴油机Urea-SCR系统还原剂添加过程的基础研究[D]. 干旭波.浙江大学 2016
[2]柴油机SCR技术尿素喷雾热分解及氨存储特性的试验研究[D]. 赵彦光.清华大学 2012
硕士论文
[1]柴油机Urea-SCR喷射系统仿真与结构优化设计[D]. 孙毅.大连海事大学 2014
[2]基于均匀性设计的SCR结构优化与仿真分析[D]. 郎帅国.山东大学 2014
[3]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
[4]柴油机Urea-SCR系统喷嘴喷射雾化数值仿真及试验[D]. 何利华.湖南大学 2012
本文编号：3408015
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SCR路线原理图（DOC+DPF+SCR+ASC）
浙江大学硕士论文绪论4的氮气。最后增加氨逃逸催化剂（ASC，ammoniaslipcatalyst）将高氨氮比下多余的NH3氧化，防止NH3泄露。该路线节省空间、油耗低，但低温下NOx还原效率低，需要热管理系统，喷射策略复杂。对于纯SCR路线，柴油机尾气中NOx的排放量很高，本路线的重点是高效SCR技术的开发。依维柯（IVECO）欧Ⅵ系列柴油机产品采用的都是高效SCR技术路线，对缸内和后处理系统都进行了一定的优化，其他厂商如斯堪尼亚（SCANIA）推出的DC13发动机也采用纯SCR路线。图1.1SCR路线原理图（DOC+DPF+SCR+ASC）二、EGR+SCR路线。原理图如1.2所示，EGR（exhaustgasrecirculation）是一种废气再循环方法，发动机内使用EGR技术可以降低燃油燃烧产生的NOx，降低SCR系统的技术难度要求。该路线冷启动NOx低，低温NOx排放低，但花费较高，冷却剂热量损失较大，氨消耗量较高，催化剂老化程度高。目前采用EGR+SCR路线的发动机厂家有：康明斯、通用、福特、沃尔沃等公司。图1.2EGR+SCR路线原理图
浙江大学硕士论文绪论51.1.3尿素选择性催化还原技术（Urea-SCR）尿素安全便宜，容易储存，我国作为农业大国，一般采用尿素-SCR系统（Urea-SCR）。目前，SCR技术已经比较成熟，广泛应用于各种中重型柴油车上。图1.3为一个典型的车载SCR系统，分别由尿素箱，尿素泵，控制单元，尿素喷口，催化剂，NOx传感器等部件组成。图1.3典型车载SCR系统结构图Urea-SCR系统采用尿素水溶液（UWS，UreaWaterSolution）作为供给NH3的方法，其中尿素质量分数为32.5%的水溶液，又称为Adblue，是目前综合使用效能最好的储氨介质。尿素水溶液经过加热，由喷嘴喷入尾气管中，UWS液滴经过蒸发、热解等过程，分解出NH3、HNCO，在催化剂作用下，HNCO发生水解生成NH3，排气中NOx在催化剂作用下与NH3反应，生成无污染的N2。UWS液滴蒸发热解主要过程如下[14]。蒸发：(NH2)2CO(aq)→(NH2)2CO(sorl)+H2O(g)(1.1)热解：(NH2)2CO(sorl)→NH3(g)+HNCO(g)(1.2)HNCO在催化剂作用发生水解的反应过程如下：HNCO(g)+H2O→NH3(g)+CO2(g)(1.3)NOx在SCR系统的催化还原反应[15]主要包含三个，具体如下：标准SCR反应：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O(1.4)快速SCR反应：2NH3+NO+NO2→2N2+3H2O(1.5)
【参考文献】：
期刊论文
[1]重型柴油车满足近零排放法规的技术分析[J]. 帅石金,刘世宇,马骁,张俊,王国仰,果泽先,蔡开源,肖建华. 汽车安全与节能学报. 2019(01)
[2]喷射参数对柴油机SCR内部NH3均匀性影响分析[J]. 张东剑,马其华,任洪娟,张璐璐. 汽车工程学报. 2017(04)
[3]点火正时对甲醇汽油发动机排放的影响[J]. 姚栋伟,凌鑫晨,吴锋. 内燃机学报. 2016(06)
[4]Modeling and simulation of urea-water-solution droplet evaporation and thermolysis processes for SCR systems[J]. Xubo Gan,Dongwei Yao,Feng Wu,Jiawei Dai,Lai Wei,Xingwen Li. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2016(08)
[5]A reduced combustion kinetic model for the methanol-gasoline blended fuels on SI engines.[J]. LING XinChen,WU Feng,YAO DongWei. Science China（Technological Sciences）. 2016(01)
[6]尿素水溶液液滴的蒸发特性[J]. 黄镇宇,殷科,周志军,王智化,杨卫娟,周俊虎. 化工进展. 2014(04)
[7]选择性非催化还原脱硝温度窗口内尿素液滴的蒸发和转化特性[J]. 仲蕾,宋蔷,黄乾泽,姚强. 中国电机工程学报. 2013(26)
[8]柴油车排放法规及后处理技术的现状与展望[J]. 帅石金,唐韬,赵彦光,华伦. 汽车安全与节能学报. 2012(03)
[9]单个液滴蒸发模型中不同质量传递公式的有效性分析[J]. 辛娟娟,周致富,辛慧,陈斌,王国祥,郭烈锦. 化工学报. 2012(06)
[10]基于VB6.0和Access数据库的物性数据查询软件[J]. 杨金杯,余美琼,陈玉成,陈秀宇,陈文韬. 计算机与应用化学. 2011(02)
博士论文
[1]柴油机Urea-SCR系统还原剂添加过程的基础研究[D]. 干旭波.浙江大学 2016
[2]柴油机SCR技术尿素喷雾热分解及氨存储特性的试验研究[D]. 赵彦光.清华大学 2012
硕士论文
[1]柴油机Urea-SCR喷射系统仿真与结构优化设计[D]. 孙毅.大连海事大学 2014
[2]基于均匀性设计的SCR结构优化与仿真分析[D]. 郎帅国.山东大学 2014
[3]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
[4]柴油机Urea-SCR系统喷嘴喷射雾化数值仿真及试验[D]. 何利华.湖南大学 2012
本文编号：3408015
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dongligc/3408015.html
