基于选择性催化还原技术的柴油车后处理系统集成设计仿真

发布时间：2017-09-18 07:04

  本文关键词：基于选择性催化还原技术的柴油车后处理系统集成设计仿真

  更多相关文章： 后处理系统集成 选择性催化还原系统 柴油车氧化催化器 柴油颗粒捕集器 仿真

【摘要】：随着汽车保有量不断提高,各国对柴油车尾气排放的要求也日趋严格。柴油车尾气排放中的主要污染物包括氮氧化物、颗粒物、一氧化碳和碳氢化合物。为降低各污染物的排放,柴油车后处理系统中应用典型的产品有选择性催化还原系统(英文全称为Selective Catalytic Reduction,简称SCR),柴油车氧化催化器(英文全称为Diesel Oxidant Catalyst,简称DOC)和柴油颗粒捕集器(英文全称Diesel Particulate Filter,简称DPF)。为实现柴油车尾气排放综合处理的功能,需要将这三种产品系统联合使用。本文从工作原理、结构组成以及化学反应三个方面深入解释这三种系统。并按照其结构组成分解成不同的功能模块,设计相应的数学模型,利用Matlab/Simulink软件进行建模。本文建立了发动机原机排放模型、SCR系统模型、DOC模型以及DPF模型。同时为提高建模的准确性,设计并实施了发动机排放试验。发动机排放试验基于欧洲瞬态工况,先后模拟了城市工况、乡间工况和高速工况。在试验过程中利用排放测试仪采集发动机排气温度、转速、氮氧化物浓度、一氧化碳浓度、颗粒物浓度以及碳氢化合物浓度。将采集到的所有数据进行处理并利用Matlab的插值拟合功能建立各系统排放修正模块,提高系统模型的准确度。为了实现柴油车尾气综合处理的功能,本文将SCR系统、DOC系统和DPF系统集成为一体,并提出了两种集成方案,使用仿真模拟的方法考察两种方案在欧洲瞬态工况下的排放效果。对比两种方案在各工况下的污染物转化率,结合不同的工况可知两种集成方案在ETC瞬态工况下均有较好的减排效果,且SCR系统与DPF系统的相对位置不同会影响氮氧化物和颗粒物的转化效率。SCR前置更利于氮氧化物的转化,但不利于颗粒物的转化;SCR后置利于DPF系统再生且有利于提高柴油机的动力性和经济性。
【关键词】：后处理系统集成 选择性催化还原系统 柴油车氧化催化器 柴油颗粒捕集器 仿真
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.172
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景9-10
• 1.2 课题研究意义10
• 1.3 柴油机车排放后处理系统功能介绍10-12
• 1.4 国内外后处理技术的研究现状12-14
• 1.5 课题来源及主要研究内容14-15
• 1.5.1 课题来源14
• 1.5.2 论文主要研究内容14-15
• 第2章 选择性催化还原反应技术原理15-25
• 2.1 选择性催化还原系统工作过程15-16
• 2.2 选择性催化还原系统结构16-20
• 2.2.1 尿素催化器电子控制单元17-18
• 2.2.2 尿素溶液箱18
• 2.2.3 尿素溶液泵18
• 2.2.4 尿素喷射器18-19
• 2.2.5 SCR系统中各传感器简介19
• 2.2.6 尿素管19-20
• 2.2.7 加热阀20
• 2.2.8 系统主线束20
• 2.3 SCR选择催化转化还原剂的分解反应机理20-24
• 2.3.1 尿素还原剂的化学反应机理21-24
• 2.3.2 烃类还原剂的化学反应机理24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 氧化型催化转化器及颗粒捕集器技术原理25-37
• 3.1 汽车尾气中颗粒物的形成机理25-27
• 3.1.1 尾气颗粒(PM)的相关定义25-26
• 3.1.2 颗粒物的组分介绍26
• 3.1.3 颗粒物的形成过程26-27
• 3.2 DOC系统工作原理27-31
• 3.2.1 DOC系统结构28-30
• 3.2.2 DOC系统反应机理30
• 3.2.3 催化转化反应的影响因素30-31
• 3.3 DPF系统功能介绍31-36
• 3.3.1 DPF系统工作原理及组成32-35
• 3.3.2 DPF系统载体材料的选择35-36
• 3.4 氧化型催化转化器以及颗粒捕集器联合工作原理36
• 3.5 本章小结36-37
• 第4章 基于Matlab/Simulink的系统模型及试验标定37-47
• 4.1 Matlab的Simulink软件及其功能简介37-38
• 4.2 SCR模块控制策略及模型搭建38-40
• 4.3 DOC系统及DPF系统模块搭建40-41
• 4.4 基于ETC工况的柴油机排放试验及模型标定41-46
• 4.4.1 排放试验工况的选择41-42
• 4.4.2 修正模块标定方法42
• 4.4.3 标定试验目的及试验设备42-44
• 4.4.4 试验过程数据处理44-46
• 4.5 本章小结46-47
• 第5章 基于不同工况的集成系统仿真及结果分析47-65
• 5.1 集成系统方案描述47
• 5.2 SCR+DOC+DPF集成系统模型建模原则及控制目标47-48
• 5.3 仿真模拟的初始条件和参数设置48-56
• 5.4 SCR后置+DPF前置56-59
• 5.4.1 系统各模块设置56-57
• 5.4.2 DPF前置仿真结果57-59
• 5.5 SCR前置+DPF后置及参数设置59-62
• 5.5.1 系统各模块设置59-60
• 5.5.2 DPF后置仿真结果60-62
• 5.6 SCR前置与后置仿真结果对比分析62-64
• 5.7 本章小结64-65
• 结论65-67
• 参考文献67-70
• 致谢70

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈代金;郑明刚;许伯彦;张现成;;柴油机选择性催化还原后处理系统的数值模拟[J];山东建筑大学学报;2012年04期

2 沈伯雄;杨婷婷;刘亭;王静;赵宁;;纳米负载型选择性催化还原反应催化剂的制备和性能研究[J];中国电机工程学报;2008年35期

3 高岩;栾涛;徐宏明;吕涛;李小龙;;焙烧温度对选择性催化还原催化剂表征及活性的影响[J];中国电机工程学报;2012年S1期

4 马双忱;郭蒙;宋卉卉;陈公达;杨洁红;藏斌;李钊;;选择性催化还原工艺中硫酸氢铵形成机理及影响因素[J];热力发电;2014年02期

5 周响球;杨晨;;选择性催化还原脱硝反应器数学模型及仿真[J];重庆大学学报(自然科学版);2007年06期

6 刘中正;袁慎玉;陈正禄;粟学进;;氨选择性催化还原处理硝酸尾气75—014型催化剂[J];成都科技大学学报;1980年01期

7 范剑峰,吴以凡,贾宝荣,李子建;火电厂选择性催化还原脱硝技术的可行性研究[J];化工时刊;2005年07期

8 王卓;;如何正确地维护SCR系统[J];国际电力;2005年06期

9 金理鹏;王勇;宋玉宝;牛国平;赵俊武;杨恂;;烟气参数对选择性催化还原系统设计的影响分析[J];热力发电;2013年08期

10 刘慷;虞宏;于洪;张强;;选择性催化还原催化剂在燃煤电厂中应用的注意事项[J];广东电力;2009年07期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 周丽丽;刘辉;雷志刚;;选择性催化还原反应器气体预分布器内速度场和浓度场模拟[A];中国化工学会2009年年会暨第三届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛会议论文集（上）[C];2009年

2 吕宏俊;吴迅海;;选择性催化还原脱硝技术应用的若干关键问题[A];中国环境保护优秀论文精选[C];2006年

3 张新艳;程杰;麻春艳;郝郑平;;Fe-MOR催化剂上N_2O和NO同时去除的研究[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年

4 柯锐;李俊华;郝吉明;陈强;;稀燃条件下C_3H_6对SCR活性促进的研究[A];第十三届全国催化学术会议论文集[C];2006年

5 李俊华;陈建军;唐晓龙;林绮纯;郝吉明;;低温选择性催化还原NOx的研究[A];第十三届全国催化学术会议论文集[C];2006年

6 魏士新;陈长新;蔡成伟;吴学其;张杰;;氨选择性催化还原NO_x的研究[A];中国化工学会2003年石油化工学术年会论文集[C];2003年

7 刘福东;单文坡;石晓燕;贺泓;;XAFS在研究新型氮氧化物选择性催化还原催化剂中的应用[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年

8 刘帅;朱鹏程;;选择性催化还原(SCR)反应器流场改善方法研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

9 张登松;方程;张磊;黄垒;李红蕊;张剑平;施利毅;;锰铈氧化物/纳米碳管复合结构的原位制备及氨选择性催化还原NO性能研究[A];第七届全国环境化学大会摘要集-S05 大气污染与控制[C];2013年

10 张登松;方程;张磊;黄垒;李红蕊;张剑平;施利毅;;金属氧化物/纳米碳管复合结构的原位制备及氨选择性催化还原NO性能研究[A];第十四届全国青年催化学术会议会议论文集[C];2013年

中国重要报纸全文数据库 前2条

1 本报记者 沈耘;Exteninge探路柴油车排放后处理市场[N];中国工业报;2005年

2 郁红;外企要帮中国控制氮氧化物[N];中国化工报;2006年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 汪鹏;金属有机骨架材料MIL-100(Fe)用于选择性催化还原氮氧化物的研究[D];大连理工大学;2016年

2 张贺;选择性催化还原氮氧化物钛基催化剂研究及催化转化器的制备[D];吉林大学;2013年

3 李哲;贫燃条件下Fe-Mo/ZSM-5催化剂上氮氧化物的选择性催化还原研究[D];太原理工大学;2006年

4 孙克勤;选择性催化还原脱硝的理论及实验研究[D];南京理工大学;2007年

5 王志;炭基催化剂担载含NH2化合物的低温NOx选择性催化还原研究[D];华东理工大学;2011年

6 庄柯;纳米Mn-Ti-O复合氧化物催化剂结构与NO选择性催化还原性能[D];南京大学;2011年

7 左建良;氮氧化物低温选择性催化还原锰基催化剂研究[D];华南理工大学;2014年

8 温苗苗;尿素选择性催化还原系统的仿真与优化[D];武汉理工大学;2009年

9 袁德玲;CuNiTi类水滑石衍生物富氧丙烯选择性催化还原NO的研究[D];大连理工大学;2013年

10 刘洁;Cu负载型Ti基复合氧化物选择性催化还原NO及机理研究[D];大连理工大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 薛隆毅;Cr-Ce复合氧化物中低温NH_3选择性催化还原NO_x的研究[D];湘潭大学;2015年

2 戎雪佳;铁基氧化物催化剂用于NH_3选择性催化还原NO的研究[D];天津大学;2014年

3 马丽;用于NH_3选择性催化还原氮氧化物的低温催化剂研究[D];扬州大学;2015年

4 雷嗣远;200MW燃煤电厂SCR流场数值模拟优化与实验研究[D];华中科技大学;2014年

5 商一凡;基于选择性催化还原技术的柴油车后处理系统集成设计仿真[D];燕山大学;2016年

6 邢丹丹;选择性催化还原系统的试验和数值模拟研究[D];大连理工大学;2012年

7 俞逾;选择性催化还原系统的建模与仿真[D];重庆大学;2007年

8 高彦杰;低温选择性催化还原脱硝催化剂的制备及性能研究[D];南京理工大学;2009年

9 郭金龙;火电机组选择性催化还原脱硝喷氨的优化控制[D];华北电力大学（北京）;2011年

10 孙亮;氧化锰分子筛低温氨选择性催化还原氮氧化物[D];华侨大学;2011年

，

本文编号：874059