SCR降低柴油机NOx排放的理论研究和试验验证

SCR是降低柴油机NOx排放的有效措施,是柴油机NOx排放控制的关键技术。介绍了SCR技术降低柴油机NOx排放的工作机理、SCR系统构成、SCR技术在大幅度降低NOx排放方面的优势以及影响SCR系统性能稳定性的因素。SCR技术可使产品柴油机达到欧Ⅳ排放水平,最后介绍了车用柴油机SCR技术还需要解决的问题。     

柴油机尿素选择催化还原技术现状及发展趋势

严格的排放法规要求进一步降低NOx排放,选择催化还原(SCR)技术是欧V和欧VI阶段去除NOx的主流技术。首先介绍降低柴油机NOx排放的尿素选择催化还原技术(Urea-SCR)的化学反应机理,然后分别从尿素存储装置、尿素供给系统、催化器及控制单元等方面指出Urea-SCR的研究现状,最终在已有研究基础上对SCR技术的发展趋势进行分析。     

基于固体SCR技术的柴油机NO_x排放特性试验研究

在安装有钒基催化剂选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)系统的柴油机台架上,研究了尿素SCR系统与固体SCR系统的NOx排放特性。试验结果表明:固体SCR系统不会产生尿素结晶现象;中低排气温度下应用固体SCR技术可以改善柴油机NOx排放,低排气温度下尤其明显,平均效率比尿素SCR提高了6%;高排气温度下固体SCR系统与尿素SCR系统的NOx转化效率总体相当。     

车用柴油机选择性催化还原技术的试验研究

选择性催化还原技术(SCR)是当前主流的降低车用柴油机NOx排放的后处理技术。文章首先详细阐述了Urea-SCR系统的反应机理、系统组成和工作过程,然后在发动机台架上对装有SCR后处理系统的国Ⅳ柴油机进行了相关的试验研究。通过稳态ESC和瞬态ETC测试循环试验结果表明,利用开环控制策略下的SCR技术能使NOx排放降低率达到66%以上。同时对尿素与燃油的消耗量以及氨气的泄漏情况分别进行了比较和分析,试验表明本套SCR系统尿素水溶液消耗量仅占燃油的5.8%,即柴油车运行100km大约消耗2.5L尿素溶液,而系统氨的排放小于5×10-6。     

柴油机后处理技术研发的最新动态

总结了自2008年以来柴油机后处理系统中NOx的吸收处理和微粒（PM）过滤方面国外的最新技术,并简单介绍了这些新技术的工作原理和工作工程。其中包括降低HC和CO排放的新方案,增压器前端氧化型催化器Pre Turbo Metalit;与SCR密切相关的技术,集成式SCR系统、尿素热分解混和器和燃料处理器;还有降低微粒排放的新技术,SiC微粒过滤器、烧结金属过滤器SMF—AR和Powertrap微粒过滤器。     

重型柴油车尿素SCR系统及其控制策略研究进展

对选择性催化还原(SCR)系统工作原理进行了介绍;提出了DeNOx系统催化器集成方案;分析了SCR控制系统面临的主要问题;重点介绍了传统SCR控制技术和先进的SCR控制技术,分析了不同控制方法的优缺点。已有研究结果表明:SCR控制系统主要面临SCR模型非线性问题、多时间尺度耦合控制问题、商业传感器测量问题。开环控制系统NOx转化效率可以达到60%～80%,仅满足国Ⅳ和国Ⅴ排放法规要求。而闭环控制系统具有更高的NOx转化效率,可以满足更为严格的排放法规要求。先进SCR控制技术具有良好的控制效果和鲁棒性,能更有效地控制NOx排放和NH3泄漏。发动机和后处理系统协同控制增加了后处理系统的可控性,可以进一步降低柴油车污染物排放。     

柴油机SCR技术分析

选择性催化还原技术(SCR)是降低车用柴油机NOX排放的机外措施之一。文中简述了降低柴油机NOX排放的SCR选择催化还原技术的化学反应机理,系统组成及工作原理,分析了车用柴油机SCR技术应用情况及还需解决的问题。     

后处理技术降低柴油机NOx排放的研究进展

介绍了两种降低柴油机NOx排放的后处理技术:稀薄氮氧化物捕集技术LNT和选择性催化还原技术SCR.具体分析了两种技术的反应机理、工作过程和性能影响因素.阐述了将以上两种技术综合应用,可以满足今后更为严格的排放法规.     

降低柴油机NOX排放的机外措施

NOx是柴油机排气中的主要有害排放物，机外措施是控制柴油机NOx排放的有效措施，是柴油机排放控制的关键技术之一。本文介绍的降低柴油机NOx排放的机外措施有：稀NOx技术，等离子体技术，NOx的吸附一催化技术，选择性催化还原技术。     

柴油机尿素SCR系统稳态及瞬态特性研究

利用自主开发的尿素SCR后处理系统在发动机台架上进行试验研究,研究了欧洲稳态循环工况点下的尿素SCR稳态性能,获得了气态污染物及微粒的排放特性,通过对瞬态工况的研究提出了瞬态控制修正参数.结果表明:催化剂温度和空速是影响尿素SCR系统性能的主要因素,两者在不同的工况下重要程度不同;尿素SCR不但可以降低NOx,还会降低HC排放,但同时也造成了CO的增多;钒基SCR催化剂可以部分降低微粒的排放,并改变其粒径分布特性;引入负荷阶跃比可以对柴油机瞬态工况NOx的排放量进行较好的修正,从而有效地减少氨泄漏.     

柴油机尾气氮氧化物的机外净化技术研究(二)

综述车用柴油机氮氧化物机外治理的现状和发展趋势,介绍了降低柴油机NOx排放的机外措施：稀NOx技术、选择性催化还原技术、NOx的吸附技术及等离子体技术,分析了各种技术措施的各自特点和存在的问题。     

柴油机尾气氮氧化物的机外净化技术研究(一)

综述车用柴油机氮氧化物机外治理的现状和发展趋势，介绍了降低柴油机NOx排放的机外措施：稀NOx技术、选择性催化还原技术、NOx的吸附技术及等离子体技术，分析了各种技术措施的各自特点和存在的问题。     

A review on various after treatment techniques to reduce NOx emissions in a CI engine

NOx emissions have always been a main concern in the development of diesel engines. This paper summarizes the studies about NOx emission reduction in diesel engines. The need for meeting the stringent requirements with regard to NOx emissions in a diesel engine has led to the development of a range of after treatment techniques. After treatment methods are required to reduce NOx emissions that cannot be controlled by fuel composition and combustion phenomena. Current after treatment techniques that are being employed are Selective Catalytic Reduction (SCR), Lean NOx Trap (LNT) and SCR Filter (SCRF). The benefits and constraints of different types of SCR are discussed. Urea SCR is a prominent well proven technology. Urea SCR produces 96–99% conversion efficiency with the help of a reductant NH₃. The operating parameters such as nature of catalyst, temperature range of catalyst, flow of DEF (Diesel Exhaust fluid) to injector and mixing of NH₃ and NOx are discussed. Hybrid SCR such as Cu-SCR + Fe-SCR, SCR + LNT moderates fuel consumption and augments the catalytic activity at low temperature. SCRF has low cell density (200–300 csi vs 400–600 csi for SCR), and also has lower deNOx efficiency for a number of reasons. Pre-stored NH₃ and Preheating helps in low temperature reaction of SCRF. Technical problems in aqueous urea systems have led to the evolution of solid SCR system (SSCR). This review incorporates the study of solid ammonium salts decomposition, temperature range of the salts and infrastructure required for SSCR.     

大功率柴油机尿素-选择性催化还原系统混合器仿真与试验研究

针对大功率柴油机选择性催化还原技术(SCR)应用需求,设计了两种混合器方案,两方案的差别在于是否在喷射点前安装前置混合器。利用计算流体动力学(CFD)技术对两方案的气流轨迹、尿素分解率、分布均匀性及压力损失进行了仿真分析,并进行D2排放循环测试验证两方案的NO_x转化效率。仿真及试验结果表明:安装前置混合器可以产生旋流,促进尿素液滴与气流充分混合,提高尿素分解率和NH_3分布均匀性,压力损失增高;安装前置混合器能够提高SCR催化器的NO_x转化效率,并可以通过标定优化使NO_x比排放满足欧盟第五阶段排放限值要求。研究表明,前置混合器更能适应当前及未来大功率柴油机NO_x排放法规限值要求。     

柴油车非循环工况NO_x排放评价方法研究

通过对传统车用柴油机排放评价方法和非工况排放评价方法分析,提出了一种柴油机非工况循环排放评价方法。该方法通过对试验用柴油机选择性催化还原器(SCR)进行台架试验,将制取所得的催化后功基排放强度脉谱作为前馈,结合车辆运行中实时工况点分布,进行道路车辆实时运行工况排放数据的计算,实现可不依赖于移动式排放测试设备(PEMS)的道路车辆实际排放量实时估算。详细介绍了台架试验制取氮氧化物(NOx)功基排放强度前馈脉谱的全过程,并以区域达标法(NTE)为例对实车进行了道路NOx排放预测,验证本方法的可行性及在车辆实际排放控制和监测中的优势。同时识别出了现有NTE法或功基窗口法并不覆盖车辆实际运行的高排放区域,为相关部门对车辆的实时排放情况监管提供一种新的技术选择。     

EGR/EGC技术结合系统降低柴油机排放的研究

对柴油机的排放尾气NOx，CO，HC和PM等进行全面分析，探索设计了一套由EGR（废气再循环技术）和EGC（发动机机外废气净化技术）结合的系统，EGR技术可以有效降低NOx的排放，机外废气净化技术技术可以在有效除去PM的同时降低HC，CO的排放，该系统能在较宽的转速和负荷范围内有效降低废气排放，解决同时降低NOx与PM排放的矛盾，废气排放全面降低。     

重型柴油机欧Ⅵ后处理系统构型方案试验研究

以柴油机氧化催化器(DOC)、催化型柴油机颗粒捕集器(CDPF)、选择性催化还原催化器(SCR)及氨氧化催化器(ASC)为研究对象,利用发动机台架,对DOC-CDPF-SCR-ASC和DOC-SCR-CDPF两种不同的后处理系统构型方案在不同测试循环下的NO_x转化效率、NH_3泄漏、N_2O排放、颗粒(PM)排放、颗粒数(PN)排放及CDPF的被动再生效果进行了对比研究。研究表明:两种构型方案下的PM及PN排放基本一致;DOC-CDPF-SCR-ASC构型方案具有更高的NO_x转化效率和颗粒物被动再生效果,该构型方案下CDPF对SCR催化器入口处的NO_2/NO_x摩尔比起到调控作用,使其更有利于SCR的反应,同时由于CDPF中的被动再生及NO氧化反应会释放热量,SCR催化器平均温度与DOC-SCR-CDPF构型方案下差别不大;而DOC-SCR-CDPF构型方案下,CDPF可以起到ASC的作用且具有更低的氨泄漏,但会产生较高的NO_2和N_2O排放。     

降低小型柴油机排放的试验研究

从生物混合燃料成分、燃烧室结构和排气再循环等方面探索降低柴油机排放的方法。通过对柴油机排放性能的大量试验研究,结果表明:对于直喷式柴油机,生物混合燃料的NOx排放与柴油的排放基本相当,碳烟排放则比柴油有较大幅度的降低,而涡流室柴油机,NOx的排放量却有大幅度的降低,碳烟排放则比直喷式柴油机有更大幅度的降低,生物燃料的添加比例对NOx的排放影响不大。柴油机采用排气再循环技术后,混合燃料的碳烟排放仍比柴油少,混合燃料可以承载一定的EGR率而不增加碳烟排放。排气再循环可以大幅度地降低NOx排放且与EGR率有关,与燃料的性质关系不大。涡流室柴油机采用生物燃料和排气再循环,可以同时降低NOx和碳烟的排放,排放效果非常优良。