大功率柴油机SCR系统仿真分析与试验研究

发布时间：2020-07-26 22:43

【摘要】：氮氧化物作为一种柴油机有害排放物,对大气环境、人类健康具有巨大危害。随着国家环境法规升级,对柴油机NO_X排放限值要求越来越严格。SCR技术作为一种能有效处理NO_X的技术越来越受到社会关注。本文针对适用某型大功率发电用柴油机的SCR催化器进行建模仿真,设计了匹配大功率柴油机SCR催化器的三种尿素混合管方案,三种方案设计分别是:空管结构、后置混合器结构、前/后混合器结构。设计了三种尿素喷雾锥角与混合管方案进行耦合,三种喷雾锥角分别是50°、60°、70°。在研究混合管、喷雾锥角对SCR系统的影响之前,简要分析影响SCR性能的各种因素,据此提出评价SCR性能的指标:分布均匀性、背压、结晶风险、NO_X转化效率、NH_3泄漏等。本文选取Star-CCM+软件作为仿真工具,首先依据试验条件和实际工况,选择合理的物理数值模型,并设置合适的边界参数,最后进行CFD仿真计算。仿真分析了三种混合管方案分别对SCR系统分布均匀性、背压、结晶风险的影响,结果表明前/后混合器结构中前置混合器可以产生旋流,促进尿素液滴与排气充分混合,NH_3分布均匀性能够达到0.95,相比后置混合器结构NH_3分布均匀性提高了约4.0%,背压增高0.33kPa;相比空管结构NH_3分布均匀性提高了6.7%,背压增高了0.77 kPa。三种混合管方案的速度分布均匀性相差不大。前/后混合器结构并不会影响混合管内壁液膜分布,但是因为旋流的影响,促进尿素水溶液的蒸发分解,降低后置混合器表面的液膜分布。耦合分析了混合管和尿素喷雾锥角,发现50°尿素喷雾锥角SCR系统尿素分解程度低于60°、70°尿素分解程度,50°、60°喷雾锥角SCR系统混合管内壁上液膜分布低于70°液膜分布。按照排放法规要求,结合实际试验条件分别制定了排放测试循环试验方案和尿素结晶试验方案,并进行试验研究。试验结果表明,前/后混合器结构SCR系统NO_X比排放为1.14 g·(kW·h)~(-1),相比后置混合器结构NO_X转化效率提高约6.2%,通过标定优化使NO_X比排放降低到0.47 g·(kW·h)~(-1);60°喷雾锥角可以降低SCR系统尿素结晶可能性,在低温工况点相比70°喷雾锥角发生结晶的工况点数量少,能够适用更高排放限值且不发生尿素结晶。
【学位授予单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X701

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本文编号：2771397