柴油机SCR系统转化效率及氨存储特性的试验研究

发布时间：2017-08-09 02:04

  本文关键词：柴油机SCR系统转化效率及氨存储特性的试验研究

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【摘要】：随着柴油机排放法规的日益严格,排气后处理技术已经成为柴油机满足更高排放法规要求的必需手段。柴油机中最主要的排气污染物是氮氧化合物(NOX)和颗粒物(PM)。选择性催化还原(SCR)技术因其还原剂安全且价格低廉、NOX转化效率高、催化剂对燃油硫含量要求不高、可间接提高燃油经济性等优点,被认为是目前中重型柴油机降低NOX排放最为有效的后处理手段之一,已成为国内外高校和企业研究的重点。在柴油机实际运行过程中,提高NOX转化率和降低NH3泄漏量是SCR尿素喷射控制策略追求的目标。本文利用可以独立控制尿素水溶液喷射量的SCR测控系统,通过柴油机台架试验,提出了一种利用NOX传感器对NH3的交叉感应特性来监测催化转化器下游NH3泄漏的方法,研究了柴油机稳态工况时SCR系统转化效率影响因素和催化转化器NH3存储特性,并初步设计了稳态工况时SCR的尿素喷射控制策略。主要研究内容如下:(1)基于NOX传感器对NH3的交叉感应特性,设计和布置了SCR催化转化器下游NH3泄漏监测系统,分析了NH3/NOX对NOX转化率和NH3泄漏的影响,验证了NH3泄漏监测系统的可行性。(2)进行了柴油机SCR台架试验,研究了SCR系统转化效率影响因素。重点分析了催化转化器温度和空速对NOX转化率和催化还原反应速率的影响,以及尿素喷嘴安装位置对NOX转化率的影响。(3)利用所设计的NH3泄漏监测系统,计算分析了催化转化器温度和空速对催化转化器NH3泄漏和饱和NH3存储量的影响,并研究了NH3累积存储量对NOX实时转化率的影响。(4)初步设计了稳态工况时的SCR尿素喷射控制策略,并进行了原机NOX排放和SCR尿素喷射控制降低NOX排放的试验。有SCR作用时,NOX排放在柴油机各运行工况均有所降低,尤其在催化剂活性温度窗口范围内,NOX平均转化率可达75%以上。
【关键词】：柴油机 选择性催化还原 交叉感应 NH3存储 尿素喷射控制
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK423
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 引言10
• 1.2 柴油机主要排放污染物10-13
• 1.2.1 NO_X的形成与危害10-12
• 1.2.2 PM的组成与危害12-13
• 1.3 柴油机排放标准13-14
• 1.4 柴油机排放后处理技术14-17
• 1.4.1 NO_X排放后处理技术14-15
• 1.4.2 PM排放后处理技术15-16
• 1.4.3 国Ⅴ阶段降低重型柴油机排放的技术路线16-17
• 1.5 本文主要研究内容17-18
• 第二章 柴油机尿素SCR结构原理和发展现状18-30
• 2.1 尿素SCR系统基本构成18-20
• 2.1.1 尿素喷射系统18-19
• 2.1.2 尿素喷射量控制单元19
• 2.1.3 催化转化器19-20
• 2.1.4 SCR系统所用传感器20
• 2.2 SCR基本原理20-23
• 2.2.1 SCR基本反应过程20-21
• 2.2.2 SCR反应过程分析21-23
• 2.3 SCR降低柴油机排放的发展和研究现状23-28
• 2.3.1 国外SCR技术发展现状23-25
• 2.3.2 国内SCR技术发展现状25-26
• 2.3.3 SCR技术中关键问题的研究现状26-28
• 2.4 本章小结28-30
• 第三章 柴油机SCR系统转化效率影响因素试验30-45
• 3.1 柴油机台架试验系统30-33
• 3.1.1 试验装置30-33
• 3.2 NO_X传感器对NH_3的交叉感应特性33-36
• 3.3 SCR系统相关参数计算方法36-37
• 3.4 SCR系统转化效率影响因素试验结果及分析37-43
• 3.4.1 柴油机原机试验37-39
• 3.4.2 NH_3/NO_X对NO_X转化率和NH_3泄漏的影响39-40
• 3.4.3 温度和空速对NO_X转化率的影响40
• 3.4.4 温度对反应速率的影响40-42
• 3.4.5 空速对反应速率的影响42
• 3.4.6 喷嘴安装位置对NO_X转化率的影响42-43
• 3.5 本章小结43-45
• 第四章 柴油机SCR系统NH_3存储特性的试验研究45-54
• 4.1 试验方法45-46
• 4.2 SCR系统NH_3存储特性试验研究结果及分析46-49
• 4.2.1 温度和空速对NH_3泄漏的影响46-47
• 4.2.2 温度和空速对催化转化器NH_3存储的影响47-48
• 4.2.3 NH_3累积存储量对NO_X实时转化率的影响48-49
• 4.3 SCR系统降低柴油机NO_X排放控制49-52
• 4.3.1 SCR系统控制策略49-51
• 4.3.2 部分工况时原机与安装SCR系统的NO_X排放特性对比51-52
• 4.4 本章小结52-54
• 第五章 全文总结与展望54-56
• 5.1 全文总结54-55
• 5.2 工作展望55-56
• 参考文献56-61
• 致谢61-62
• 在学期间发表的学术论文及其它科研成果62

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本文编号：642997