SCR系统UWS喷雾特性及NO_x转化效率影响因素研究
发布时间：2020-04-12 00:51
【摘要】：随着汽车保有量的快速增长及排放法规的日益严格,如何有效控制柴油机NOx和PM排放已成为亟待解决的关键技术问题。选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction,SCR)技术是目前有效降低NO_X排放的主流后处理技术,但SCR系统中尿素水溶液(Urea water solution,UWS)的雾化、蒸发、热解及与排气的有效混合,以及有效提高SCR系统的NOx转化效率,尤其是低温运行工况时的转化效率等基础问题还有待进一步研究。本文首先通过各种表征方法探究了尿素结晶的主要成分,分析了UWS蒸发结晶与尿素结晶的热解过程,并对尿素结晶热解过程中挥发出的物质进行了分析。然后建立了尿素喷射雾化模型,通过试验验证了模型的准确性,在此基础上,研究了喷嘴喷射压力、喷孔喷射角度α、喷雾锥角β、喷嘴偏置角度θ和排气管径长比对UWS雾化分解特性的影响。最后,建立了Urea-SCR系统三维模型,探究了Urea-SCR系统不同参数对UWS分解及NOx转化效率的影响,为Urea-SCR系统参数的优化提供了理论指导。主要研究内容如下:(1)通过Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR)、X-ray diffraction(XRD)、Scanning Electron Microscope(SEM)和Thermogravimetric Analysis(TGA)等表征方法,探究了尿素结晶的主要成分,分析了UWS蒸发结晶与尿素结晶的热解过程,并对尿素结晶热解过程中挥发的物质进行了测定。结果表明,UWS蒸发结晶与尿素结晶的分解过程均与温度有关,但质量损失的最大温度阶段不同;尿素结晶主要成分为尿素和三聚氰酸(HNCO)_3,在尿素结晶加热过程中,随着温度的升高,逐渐有氨类、Gantrez AN-8194和3-甲基苯乙妥因等多种物质逸出。(2)通过建立柴油机SCR后处理系统的UWS喷射雾化模型,综合考虑UWS液滴在排气管道中的湍流扰动、变形、破碎、碰撞聚合和碰壁反弹等一系列理化过程,分析了喷嘴喷射压力、喷孔喷射角度α、喷雾锥角β、喷嘴偏置角度θ和排气管径长比对UWS液滴喷射雾化分解的影响。结果表明,喷射压力过小时,UWS液滴将呈液柱或大液滴状,喷射雾化效果差,NH_3平均体积分数随喷射压力的增大呈线性增大;α对UWS分解有显著影响,随着α的增加,NH_3平均体积分数升高;β对NH_3均匀性系数影响显著,随着β的增大,排气管内壁面附近NH_3的分布更加均匀;随着θ的增大,NH_3平均体积分数不断增大,但其均匀性系数急剧下降;NH_3平均体积分数随排气管径长的增大而减小,后逐渐趋于平缓。(3)在SCR系统台架试验的基础上,建立了Urea-SCR系统模型,对NH_3/NO、温度、排气流量和混合器安装位置等因素对UWS分解和NOx转化效率产生的影响进行了探究。结果表明,NH_3/NO的增大有利于提高NO的转化效率,液膜质量和出口处NH_3体积分数均随之增加;随着温度的升高,尿素结晶充分受热蒸发和分解,NO转化效率随之先增后减,液膜质量不断减少;排气流量的不断增大,减少了NH_3与排气混合接触的时间,NO转化效率呈线性下降,液膜质量和出口处NH_3体积分数随之不断增大;随着混合器和喷嘴之间距离的增大,NO转化效率和出口处的NH_3体积分数先增后减,当距离为238 mm时,NO转化效率达到最大值,液膜质量迅速下降。
【图文】：
SCR 系统 UWS 喷雾特性及 NOx 转化效率影响因素研究形成机理进行了探究，，主要分析了排气条件不同时温度与流速对形成结果表明，排气温度和排气流量对结晶物的形成有重要的影响[31]。SCR 技术在国外已较为成熟，各大公司均积极自主研发相关产品。 系统具有在低温下 NOX转化效率低的问题，日本日立公司就此问题考虑法改善低温工况，继而开发了新型的可自主加热的尿素喷射装置[32]。AR射系统作为美国 RJM 公司 SCR 系统的核心部分对硫的敏感度较低[33]，、船用和机车用柴油机。德国博世公司（Bosch）自主研发了一套 SCR 系统示意图如图 1.2 所示，由图可见，该系统由电子控制单元（ECU）制单元（DCU）、SCR 催化转化器和尿素喷射系统等组成，并将该装置onic 系统。该系统可以实现 UWS 喷射量的精确控制，并将 NOX排放降低值以内。
图 2.1 SCR 系统示意图Fig.2.1 The sketch map of SCR systemCR 系统中，电子控制系统的核心部件为尿素喷射量控制单元（Dosing Contr），该部件通过接收温度传感器、压力传感器等各类传感器发出的信号，通过设控制程序和存储的数据的对应关系确定相应的 SCR 系统的尿素喷射量、尿间，继而向尿素喷射系统发出指令。尿素喷射系统则由尿素箱、尿素泵、尿组成。其中，尿素泵提供 UWS 喷射所需压力，目前，尿素泵分为无空气和两种。催化反应系统由催化转化器壳体、催化剂载体和涂层构成，UWS 在排解反应，生成 NH3和异氰酸（HNCO），与排气中的 NOX充分混合，随后进，在催化剂表面进行选择性催化还原反应。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ441.41;X734.2
【图文】：
SCR 系统 UWS 喷雾特性及 NOx 转化效率影响因素研究形成机理进行了探究，，主要分析了排气条件不同时温度与流速对形成结果表明，排气温度和排气流量对结晶物的形成有重要的影响[31]。SCR 技术在国外已较为成熟，各大公司均积极自主研发相关产品。 系统具有在低温下 NOX转化效率低的问题，日本日立公司就此问题考虑法改善低温工况，继而开发了新型的可自主加热的尿素喷射装置[32]。AR射系统作为美国 RJM 公司 SCR 系统的核心部分对硫的敏感度较低[33]，、船用和机车用柴油机。德国博世公司（Bosch）自主研发了一套 SCR 系统示意图如图 1.2 所示，由图可见，该系统由电子控制单元（ECU）制单元（DCU）、SCR 催化转化器和尿素喷射系统等组成，并将该装置onic 系统。该系统可以实现 UWS 喷射量的精确控制，并将 NOX排放降低值以内。
图 2.1 SCR 系统示意图Fig.2.1 The sketch map of SCR systemCR 系统中，电子控制系统的核心部件为尿素喷射量控制单元（Dosing Contr），该部件通过接收温度传感器、压力传感器等各类传感器发出的信号，通过设控制程序和存储的数据的对应关系确定相应的 SCR 系统的尿素喷射量、尿间，继而向尿素喷射系统发出指令。尿素喷射系统则由尿素箱、尿素泵、尿组成。其中，尿素泵提供 UWS 喷射所需压力，目前，尿素泵分为无空气和两种。催化反应系统由催化转化器壳体、催化剂载体和涂层构成，UWS 在排解反应，生成 NH3和异氰酸（HNCO），与排气中的 NOX充分混合，随后进，在催化剂表面进行选择性催化还原反应。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ441.41;X734.2
【参考文献】
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1 周v
本文编号：2624061
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