固态铵SCR系统氨气供给装置设计与开发

发布时间：2017-12-13 11:20

本文关键词：固态铵SCR系统氨气供给装置设计与开发

【摘要】：随着汽车保有量日益增加,汽车排放污染物引起的大气污染问题越来越突出。氮氧化物(NOx)是柴油发动机主要排放污染物,因此减少柴油机的NOx排放对于环境保护越来越重要。选择性催化还原技术(SCR)是目前降低NOx的主流技术,在柴油机(特别是重型柴油机)上广泛应用,但是以尿素为还原剂的SCR系统仍然有一些难以克服的缺点,如尿素溶液的氨承载能力较差、尿素溶液在温度低于-11℃时发生凝结和排气温度较低时分解不完全等。固态铵SCR(SSCR)技术是用固态铵盐替代尿素溶液作为还原剂的一种新的选择性催化还原技术,其工作原理是加热铵盐使其分解生成氨气,将氨气直接喷入排气管中,为还原NOx提供还原剂。固态SCR技术具有储氨能力强、低温还原率高、瞬态响应性好等优点,能够有效降低发动机低排温工况下的NOx排放。目前国内外一些高校和研究机构针对SSCR技术已经开展相关研究工作,但仍部分关键技术问题未能解决,尚未实现SSCR系统的规模化商业化应用。针对SSCR系统的供给装置,在铵盐正逆反应特性、氨气精确供给等关键技术上尚有未解决的技术难题,在氨气管路结晶等应用问题上还没有成熟有效的应对措施,需要继续开展相关理论及应用的研究工作。本文在青年自然基金项目的支持下针对SSCR系统氨气供给装置设计与开发过程中的理论与实际问题进行研究。本文主要研究内容如下:1、完成了固态铵SCR氨气供给装置总体结构设计:评价了不同铵盐和氨合氯化物的储氨量和热解过程,明确了氨基甲酸铵作为固态铵SCR系统的储氨材料的适用性。在氨气建压稳压设计方面,根据SSCR系统需求完成了氨气发生装置的容积、加热功率及调压稳压的设计。在氨气计量喷射设计方面,根据SSCR系统需求完成了氨气计量喷射设计,实现氨气喷射流量可调可控。在防结晶设计方面,根据SSCR系统需求完成了防结晶设计。2、完成了固态铵SCR氨气供给装置控制单元开发:在氨气建压控制方面,利用Simulink建立了铵盐热解过程中压力与温度随时间变化的模型,研究了理想情况下不同加热功率下氨气发生器内的温度和压力随时间的变化关系,并以理论计算模型为基础,开发了压力控制程序。在氨气计量喷射控制方面,根据SCR控制器对氨气的需求量和管路压力的变化调整喷嘴喷射脉宽向排气管中喷入指定量的氨气。在防结晶控制方面,通过精确控制循环水温度,有效防止氨气供给管路发生逆反应结晶现象,有效保证氨气供给过程顺利进行。设计开发了温度传感器、压力传感器等关键零部件故障诊断策略,实现了氨气计量喷射失效、铵盐储量过低和氨气泄漏等故障的监测。3、完成了固态铵SCR系统氨气供给装置性能实验验证。选取氨气供给装置工作过程一部分验证氨气建压装置和防结晶装置的性能,结果表明氨气建压与稳压装置能够在氨气最大流量工况下保持压力相对稳定,防结晶装置循环水温度能够保持在95~98℃范围之内,管路中氨气没有发生堵塞现象,满足设计要求。利用发动机台架进行SCR实验,验证氨气供给装置氨气供给能力,结果表明氨气供给精确稳定,满足发动机各工况下SCR还原NOx对氨气的需求。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.134.4

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