大型船用柴油机高压SCR系统研究

概要介绍了国内外SCR技术的研究现状以及SCR系统的原理和大型船用柴油机SCR装置组成。详细介绍了所研发的高压SCR系统的工作模式及试验情况，实际应用表明:所研发的高压SCR系统可以使所匹配的大型船用柴油主机满足Tier Ⅲ排放法规的要求。     

应用柴油/甲醇组合燃烧降低增压中冷发动机排放

在增压中冷发动机上采用柴油/甲醇组合燃烧(DMCC)方式进行排放特性的试验研究.结果表明:采用DMCC方式,增压中冷发动机的Nox和碳烟及微粒排放同时较大幅度下降,但HC和CO排放增加较多.加装氧化催化转化器后,HC和CO得到了大幅度的降低,微粒(PM)也进一步减少.按照国Ⅲ规定的柃测方法,该机的Nox由6.49 g/(kW·h)降到4.33 g/(kW·h),微粒由0.11g/(kW·h)降纠0.05 g/(kW·h),HC由0.49 g/(kW·h)降到0.04 g/(kW·h),CO基本保持不变,使发动机仍在采用原有的泵管嘴燃油喷射系统的情况下,排放品质由国Ⅱ提升至国Ⅲ水平,测试结果显示了该方法具有进一步减少有害排放的潜力,而其燃料经济性与原机相当.     

柴油/乙醇组合燃烧降低增压中冷发动机排放的研究

在增压中冷发动机上采用柴油/含水乙醇组合燃烧(DECC)方式进行排放特性的试验研究.研究表明,采用DECC方式,增压中冷发动机的NOx和微粒排放同时大幅度下降,但HC和CO排放增加较多.加装氧化催化转化器后,HC和CO得到了大幅度地降低,微粒(PM)也进一步减少.按照国Ⅲ规定的检测方法,对比纯柴油排放,该机的NOx由6.49 g/(kW·h)降到3.46 g/(kW·h),微粒由0.142 g/(kW·h)降到0.089g/(kW·h),HC和CO测量值分别为0.34 g/(kW·h)和0.10 g/(kW·h).负荷烟度(ELR)试验测试结果为0.687 m-1.测试结果表明,采用DECC燃烧模式,在仍然采用原机的泵管嘴燃油喷射系统的情况下可以使增压中冷发动机排放从国Ⅱ排放标准提升到国Ⅲ排放标准.除微粒指标满足国Ⅲ要求外,其余指标低于国Ⅳ要求,且燃料经济性基本保持不变.     

柴油机SCR系统快速老化方法研究

基于热老化原理与Arrhenius方程,开发出一种通用的柴油机选择性催化还原(SCR)系统快速老化方法,并通过试验验证了快速老化与常规老化方法的等效性．结果表明：SCR系统的NO_x转化效率下降存在显著的温度差异,快速老化使SCR催化剂损坏、储NH3能力显著下降是SCR低温工作条件下劣化显著的主要原因．全球统一瞬态循环(WHTC)下NO_x排放与SCR等效耐久里程线性相关系数为0.988,用于验证等效性的常规老化样件的WHTC试验排放测量值与拟合值的误差范围为-4.12%～3.13%,证明快速老化方法具有良好等效性．基于试验数据,该型国Ⅵ柴油机在运行0.80×10⁶～1.06×10⁶km后超越0.46 g/(kW·h)的耐久排放限值要求,在运行3.13×10⁶～3.67×10⁶km后超越1.20 g/(kW·h)的车载诊断系统(OBD)限值要求．     

进气温度及喷油正时对中速柴油机NOx排放影响

利用专业的缸内燃烧计算软件AVL FIRE,建立船用中速柴油机8340燃烧室有限元模型,并对其进行了验证.在该模型基础上,针对进气温度及喷油正时对NOx排放的影响进行计算研究,并提出合理的优化措施.结果表明,通过Miller循环,活塞头振荡冷却结合高压共轨技术来降低进气温度,推迟喷油正时,可有效降低NOx排放量至2.22 g/(kW·h),满足IMO TierⅢ的排放要求.     

燃煤电站尿素热解SCR脱硝优化系统

为进一步降低尿素热解SCR脱硝系统能耗,提高机组效率,以满足我国电力生产过程中的节能环保要求。基于常规脱硝系统的基础上,提出一种新型尿素热解SCR脱硝系统,该系统在烟道中设置分割烟道,增设高温一次风加热器与省煤器并联,通过烟气加热的方式取代了常规的电加热和蒸汽加热一次风的方式。结合国内某1 000 MW机组,从热力学角度分析了系统节能降耗特性。结果表明:与现有的尿素热解SCR脱硝系统中的电加热和蒸汽加热相比,标准煤耗分别降低0.43g/(kW·h)和0.13g/(kW·h),脱硝系统年折算成本分别降低127.4万元和37.4万元,节能效果和经济效益显著。     

进气加湿结合废气再循环技术对高压直喷双燃料低速机燃烧及排放的影响

基于CONVERGE软件建立了高压直喷双燃料船用发动机三维仿真模型,研究了空气加湿技术和废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)对发动机燃烧过程及排放的影响,并通过耦合进气加湿、EGR和天然气喷射策略等技术,最终得到满足TierⅢ排放法规的可行性技术路线。结果表明,进气加湿降低NO x排放潜力较大(约55%),且对燃料经济性恶化程度较小(约1.6%);单独采用进气加湿技术难以满足TierⅢ排放标准,60%进气加湿程度结合较低程度EGR率(20%)可进一步提高降低NO x排放的潜力(78%);为降低进气加湿和EGR带来的功率损失,在20%EGR率耦合60%进气加湿氛围下,提前2°曲轴转角喷射天然气可使天然气消耗率可降低约1 g/(kW·h),同时NO x排放满足TierⅢ排放法规要求。     

非道路柴油机的排放特性研究

目前,非道路柴油机的排放认证测试均采用稳态工况循环,为了掌握非道路柴油机的瞬态排放特性与稳态排放特性的差异,寻求降低瞬态排放的方法,针对某满足非道路国Ⅲ排放标准的柴油机进行了万有排放特性、NRSC稳态循环及NRTC瞬态循环的排放测试研究。试验结果表明:该柴油机的NRSC稳态测试循环的NO_x,HC及CO的比排放分别为3.339,0.226,0.964g/(kW·h);NRTC循环的NO_x、HC及CO的比排放分别为3.904,0.284,1.555 g/(kW·h);NRTC循环的NO_x+HC的比排放值超过了现阶段非道路国Ⅲ排放标准限值0.2 g/(kW·h)且NO_x比排放比NRSC循环高0.6g/(kW·h)。     

燃煤电站烟气余热回收系统构型在线调整与运行参数优化

烟气余热回收是提高燃煤电站运行效率的有效手段。本文建立了某600 MW机组烟气余热回收系统的变工况计算模型,获得了环境温度、设计参数和运行参数对系统变工况运行特性的影响规律,提出了运行参数优化与构型在线调整相结合的优化策略：在环境温度较高时采用系统构型自适应策略,在环境温度较低时采用系统构型自适应结合参数调控策略。研究结果表明：优化后,系统在运行范围内的平均节煤率达到了2.72 g/(kW·h),相比原系统平均节煤率仅降低了0.3 g/(kW·h),安全运行的环境温度下限由24℃扩展至-10℃。     

外置蒸汽冷却器和0号高压加热器节能分析

为了探讨0号高压加热器和外置蒸汽冷却器在不同布置方式、不同负荷和不同外置蒸汽冷却器给水质量流量下的节能效果,利用Ebsilon软件对某660 MW机组进行分析。结果表明:当系统增设0号高压加热器时,75%THA和50%THA负荷下,给水温度分别提高23.2 K和21 K,热耗分别降低约31.2 kJ/(kW·h)和35.8 kJ/(kW·h);当利用三抽蒸汽过热度加热给水时,进入省煤器的给水温度可提升约3.2 K,100%THA、75%THA和50%THA负荷下的热耗分别降低10.7 kJ/(kW·h)、10.8 kJ/(kW·h)和13.7 kJ/(kW·h);同时增设0号高压加热器和外置蒸汽冷却器时,在75%THA和50%THA负荷下,热耗分别降低约40.6 kJ/(kW·h)和48.2 kJ/(kW·h),机组在低负荷下经济性有所提高。     

可变扫气口对低速机性能优化作用的仿真研究

为了进一步提高低速机热效率,基于一台500 mm缸径的低速机的热力学仿真模型,研究了可变扫气口技术提升低速机热效率的潜力。计算了对称可变扫气口结构和非对称可变扫气口结构在不同发动机负荷、不同扫气口高度下的有效燃油消耗率、排气流量、排气温度等参数。在保证同样的NO x排放水平下,可变扫气口技术能有效提升低速机热效率,油耗最多可降低约4.3 g/(kW·h)。此外对带有选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)系统的主机,可变扫气口使SCR主机排气流量减小,排气温度升高,有利于SCR系统的紧凑性设计和降低SCR系统的成本。     

自由活塞发动机关键设计参数及其性能的仿真优化研究

针对拟开发设计的用于混合动力汽车的自由活塞发动机-发电机系统,对其自由活塞发动机的关键设计参数(活塞组件质量、压缩比、点火提前角及其经济性和动力输出特性),进行了仿真优化研究。研究结果表明:经参数优化后的自由活塞发动机标定功率为7.42 kW,相比原机的标定功率提高了1.17 kW;最低燃油消耗率为313.4 g/(kW·h),相比原机节省燃油34%。     

增压中冷柴油机EGR数值模拟与试验研究

建立了带废气再循环(EGR)系统的增压中冷柴油机工作过程热力学计算模型,并进行数值模拟,模拟计算与试验结果表明两者基本吻合,误差在合理范围内。在此基础上,研究EGR在不同工况下对柴油机动力性、经济性和排放性的影响,并根据柴油机的综合性能对各工况下最佳EGR率进行优化,得出理想的EGR控制MAP图。最后按照模拟计算结果搭建试验平台,并进行试验研究。研究结果表明:13工况排放测试循环工况的NOx和碳烟排放分别为3.0g/(kW.h)和0.45g/(kW.h),满足欧Ⅳ排放法规的要求。     

厂级AGC机组负荷优化分配系统研究

针对我国目前电网的调度模式,提出了在自动发电控制(AGC)方式下的厂级负荷优化分配系统实现方案,该方案不改变电厂原有网络结构,直接在厂级监控信息系统中增加负荷控制节点,这样既不改变控制系统原有的各项功能,又使厂级负荷控制的投切比较灵活,大大增强了系统的稳定性。在优化算法上提出了遗传禁忌混合算法,以某电厂的3台机组为例,采用2008年负荷数据进行优化分配,并与实际分配进行对比,结果表明采用该算法进行优化分配后煤耗率下降了0.2g/(kW.h)～5.3g/(kW.h),对电厂节能降耗,提高经济效益有重要意义。     

低低温电除尘及高效电源协同烟气处理技术的应用

为研究低低温电除尘及高效电源协同烟气处理技术的应用效果,以一循环流化床锅炉为研究对象,通过试验方法,对协同烟气处理技术投运前后烟气中的粉尘颗粒特性及排放质量浓度进行了测量及对比,并对该技术投运后的经济性进行了分析。结果表明:协同烟气处理技术投运后,机组排放的粉尘质量浓度由49.5 mg/m³降低至10.7 mg/m³,可显著提高除尘器的除尘效率;可降低机组供电标煤耗2.835 g/(kW·h),年节煤量1473.5 t;可进一步减少CO₂,SO₂,NO_x及粉尘等污染物的排放;可节约用电160 kW·h/h,每年节约电量6.16×10⁵ kW·h。     

注水系统节能技术的探讨

大庆油田第二采油厂注水系统由于耗电最大,进行节能改造。采用注水泵高压变频技术,单耗可降至5．6（kW·h）／m^3,需3a收回成本,适用于单耗及泵管压差大的注水泵;采用注水泵减级技术,单耗可降至5．82（kW·h）／m^3,需69d收回成本,适用于区块注入压力低、泵管门压差大的注水泵;采用前置喂液泵技术,单耗可降至5．5（kW·h）／m^3,需1．5a收网成本;采用注水泵涂膜技术应用于泵效低的注水泵,单耗可下降0．2（kW·h）／m^3,需150d收回成本;应用液体黏性调速离合器．单耗可下降0．47（kW·h）／m^3,需要2．2a收回成本。     

低排放单缸风冷柴油机的优化设计与匹配

以非道路单缸风冷192 F柴油机为研究对象,匹配蓄压式喷油系统,以低排放为核心目标,计算并设计了高压油泵凸轮和电控喷油器喷嘴参数,优化了螺旋进气道,重新设计了燃烧室几何形状并优化了喷油油线在燃烧室的分布,使燃烧室、进气道与蓄压式喷油系统相匹配.在标定工况、最大转矩工况下进行了喷油参数对工作过程、排放和性能影响的研究,以标定最佳喷油参数,得到该样机的全工况喷油参数Map.该样机稳态8工况排放试验的CO、HC+NO_x和颗粒物(PM)排放结果分别为3.66、5.72和0.35 g/(kW·h),与非道路柴油机国Ⅲ排放限值相比,其劣化余量系数分别为1.50、1.31和1.71,在劣化周期内各排放均具有足够的劣化余量,该样机可满足现行非道路柴油机排放法规要求,具有满足未来更严格排放法规的潜力.     

CA4DC发动机国4排放标定研究

结合CA4DC发动机国4排放开发工作,在没有增加后处理设备的开发阶段,对EGR开度、共轨系统轨压、主喷提前角、预喷油量等分别进行了标定,在此基础上,对CA4DC样机各参数进行综合优化试验,结果显示NOx,CO,HC均达到国4排放标准要求,PT值降到0.035 g/(kW.h),已达到阶段目标的要求,发动机性能得到明显改善。     

LP-EGR对增程器GDI汽油机燃烧和排放的影响

为进一步降低燃油消耗率和有害排放,开发增程器专用发动机,在一台缸内直喷(GDI)汽油机上选取增程器的3个运行工况点,开展了当量比燃烧模式下的低压废气再循环(LP-EGR)试验研究.结果表明:随着废气再循环(EGR)率的增加、点火时刻的推迟,缸内压力和放热率峰值降低且推迟,燃烧持续期延长,缸内燃烧由爆震逐渐过渡到失火,NOx排放降低.随着EGR率的增加,HC排放升高,CO和PM排放降低.点火时刻对HC、CO和颗粒物(PM)排放的影响规律随EGR率的变化而不同.引入EGR前、后的颗粒物总数量(PN)浓度值均在较低的数量级(105/cm^3).3个工况点综合优化后的最低有效燃油消耗率为219.1 g/(kW·h),较原机降低了7.75%.