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。     

选择性催化还原混合器及整流器的设计与结构优化

通过搭建柴油机后处理试验台架,运用计算流体力学(CFD)对选择性催化还原系统(SCR)内的反应进行仿真计算,设计4种混合器和3种整流器方案,研究了不同混合器及整流器结构对SCR系统内NH_3分布及NO_x转化效率的影响。结果表明:混合器能够有效改善SCR内NH_3分布均匀度及NO_x的转化效率。综合分析,有7个厚度均为2mm的叶片且叶片与径向方向的夹角均为30°的方案M2的混合器结构设计较优;气流受到入口扩张管的扩张作用之后,经过方案D1的整流器,使得SCR系统具有更高的NH_3分布均匀度和NO_x转化效率。混合器和整流器结合可以实现流场的优化,提高NO_x转化效率。     

基于详细沉积物模型的尿素喷嘴内部结晶研究

采用详细的尿素沉积物模型,对尿素喷嘴内部的沉积物生成过程进行研究。在沉积物模型中,考虑了壁膜形成、蒸发、剥落、结晶和尿素副产物形成的基本过程,同时耦合了尿素热解的化学反应机理。以发动机台架和热重分析仪的试验结果,分别对喷嘴内壁面温度和尿素分解副产物的预测值进行验证。研究结果表明:模拟值与试验值基本一致,说明尿素沉积物模型可以较好地预测不同工况条件下尿素沉积的变化趋势。对尿素喷嘴内部的沉积物生成过程进行多维数值模拟结果表明:喷嘴内壁面温度在140℃以下时可以避免尿素分解副产物生成;在不出现硬结晶的条件下,排气温度为300℃和400℃工况(排气流量600kg/h)的最小喷射量分别为1000mL/h和2000mL/h。     

基于计算流体力学的柴油机选择性催化还原系统尿素水溶液喷雾特性分析

为探究影响柴油机排气管尿素水溶液（ureawatersolution,UWS）雾化效果的因素,搭建了UWS喷射试验台架,通过激光粒度仪测得尿素液滴粒径分布,并运用Rosin-Rammler函数对试验获得的累积粒径分布进行非线性拟合,利用计算流体力学（computational fluid dynamics, CFD）软件对柴油机负荷工况、UWS喷射温度和排气管壁温3种不同因素对UWS喷雾雾化特征、NH3浓度分布及液膜形成的影响进行仿真计算。结果表明：低负荷工况下的排气流量和温度低,UWS喷入量少,尿素液滴分解NH3的速率较低,80 ms时刻NH3主要分布在排气管中游;中高负荷工况,排气温度高、UWS喷入量多,有利于尿素蒸发热解生成NH3,该时刻NH3浓度区域偏离轴线,贴近排气管上表面;喷雾液滴粒径随UWS喷射温度的升高而减小,范围在1～12μm,空间内NH3浓度小幅增加,液膜沉积率随喷射温度升高显著降低;排气管壁温对UWS喷雾液滴粒径和蒸发热解速率影响较大,壁温升高加快了液滴粒径减小的速度,当壁面温度为473 K时,150 ms时刻下液滴粒径主要集中在30μm以下,附着壁面的液膜厚度明...     

燃煤机组选择性催化还原脱硝特性试验

针对某1 000MW超超临界机组的选择性催化还原反应系统,采用数值计算与试验结合的方法研究了该机组选择性催化还原脱硝的性能。建立了燃煤机组燃烧后脱硝系统液氨蒸发器蒸汽质量流量模型;研究了脱硝效率对NH_3质量流量和蒸汽质量流量的影响,入口NO质量浓度对脱硝效率的影响,以及NH_3与NO_x物质的量比、氧气体积分数和反应温度对脱硝效率和SO_2/SO_3转化率的影响。结果表明:脱硝的温度范围为360～370℃,最佳反应温度为367℃;当脱硝效率为80%时,NH_3质量流量和蒸汽质量流量分别为446kg/h和275kg/h;脱硝效率随入口NO质量浓度的升高而提高;当NH_3与NO_x物质的量比为1时,脱硝效率为95.3%,为保证脱硝效率及氨逃逸率,NH_3与NO_x物质的量比应控制在1～1.2;随着氧气体积分数的提高,脱硝效率降低,而SO_2/SO_3转化率增大。     

循环流化床锅炉选择性非催化还原脱硝工艺喷氨流场数值模拟研究

针对具体的工程项目,采用流场分析软件FLUENT,研究了喷嘴各参数对喷射流型的影响,同时研究了各种喷嘴布置对氨在旋风分离器及其下游烟道中分布的影响。研究表明,如果选择合适的喷嘴,优化喷氨点布置,使氨在锅炉炉内分布得更均匀,充分地与氮氧化物接触,可得到较高的系统脱硝率。     

柴油机选择性催化还原后处理系统仿真

采用计算流体动力学(CFD)与化学反应动力学结合的方法,建立了车用Urea-SCR排气后处理系统的数值模型,包括尿素水溶液蒸发及热解、催化还原化学反应等过程,NH3吸附/解吸附反应被视为"冻结".采用一维CFD计算分析了不同温度下(260℃、280℃、320℃、408℃),n(NH3)/n(Nox)(物质的量之比)≤1对Nox转化率的影响;采用三维CFD计算比较了混合器对系统流场、浓度场及Nox转化率的影响.计算结果表明:NH3不过量时,高温下Nox转化率与n(NH3)/n(Nox)成正比,低温下存在一个临界n(NH3)/n(Nox),达到该临界值后Nox转化率趋于定值,NH3泄漏迅速增加;较好的混合器设计可以增加尿素热解时间和催化剂前NH,体积分数分布均匀性从而提高Nox转化率;仿真与试验结果吻合较好.     

道路车用柴油机国六排放选择性催化还原系统的开发与验证

设计开发了一种配备新型周向变流式排气混合器的筒式后处理系统,以某型3.0L排量的国六柴油机后处理为例,首先设计了排气混合器结构,建立了该催化器的流动及尿素喷射、雾化和扩散模型,进行全尺寸排气流场模拟分析,研究了混合器后的速度均匀性、NH₃浓度分布和压降损失等,并对特征尺寸进行了优化。结果表明,优化的结构尺寸及设计使标定工况下NH₃均匀度可以达到0.996,混合器压降不超过4.17kPa。然后进行了发动机台架试验,验证了新开发设计优化的后处理系统阻力较小,标定工况下实测的NH₃均匀度高达0.98,不同空速和温度情况下,不带扰流板的混合器表现更优。最后进行了发动机排放试验,全球统一瞬态循环和全球统一稳态循环结果达到国六标准要求,确证了新开发的选择性催化还原系统及排气混合器能够用于道路车辆国六重型柴油机。     

气泡喷嘴下游雾化与流场特性的研究

本文用激光粒子动态分析仪（ＰＤＡ）测量了水平喷射的气泡雾化喷嘴下游不同截面上的雾化液滴平均直径和速度分布，用水在常温，常压下进行试验，液体的喷射压力变化范围为１５０～５５０ｋＰａ；气液比的变化范围为０～０．１２。研究了随着喷射距离的增大，气泡喷嘴的雾化与流场特性的变化规律，试验结果表明，沿着喷射方向，与喷孔一定距离内，气泡喷嘴的液雾存在明显的扩散过程，气泡喷嘴的喷雾速度呈典型的抛物状分布，在喷雾轴     

碳酸氢铵选择性非催化还原烟气中的氮氧化物

总结了国外选择性非催化还原技术的应用情况,在一台小型沉降炉上进行碳酸氢铵溶液喷射、还原模拟烟气中氮氧化物的实验研究．研究表明：碳酸氢铵溶液在合适的反应温度（750～950℃）下,氨氮比为1～2,即可取得50％～80％的NOx还原;氨氮比为2．3时,NOx还原率高达87％．使用碳酸氢铵烟气脱硝技术,效果较好,二次污染物N2O的生成少,且经济安全．     

柴油机SCR系统尿素沉积物详细反应路径

通过分析尿素沉积物形成的详细反应网络框架,构建尿素分解及沉积物生成反应子模型,进行了尿素-选择性催化还原(SCR)系统排气管尿素分解段计算.对比尿素分解总包反应与详细反应的出口NH3摩尔分数以及中间产物的温度-摩尔分数,初步探索的详细机理基本能反映尿素转氨及某些主要中间产物的变化规律.结果表明:温度低于200℃时,尿素分解副产物主要是缩二脲(C2H5N3O2)、三聚氰酸(C3H3N3O3).温度达到约210℃时,副产物中出现三嗪类(triazines)物质:三聚氰酸一酰胺(C3H4N4O2)、三聚氰酸二酰胺(C3H5N5O)和三聚氰胺(C3H6N6).温度达到350℃以上时,三聚氰胺能继续生成三均三嗪类(heptazines)成分:C6H9N11、C6H6N10、(C6H3N9)x.尿素详细反应路径表明,缩二脲是尿素沉积物形成中最重要的反应中间产物,构成了其他副产物形成的基础,可沿反应路径形成缩三脲(C3H6N4O3)、三聚氰酸和三嗪类副产物.异氰酸(HNCO)是尿素分解副产物形成所需的最重要反应物.     

NH3选择性催化还原烟气中NO的反应动力学

采用自行研制的V2O5-WO3-MoO3/TiO2催化剂在微型积分反应器上对NH3还原NO的反应进行了微观动力学试验,考察了温度、空速值对NO转化率的影响,并得出反应的微观动力学方程,确定了相关的动力学参数.通过小型试验台的试验,考察了反应气体在催化剂内部的传质、扩散过程对反应速率的影响,建立了催化剂有效因子的计算模型和宏观反应速率方程.试验结果表明,用该模型计算得到的理论值和试验数据具有良好的一致性.     

转炉蒸发冷却器内喷嘴雾化介质选择的数值模拟

针对转炉蒸发冷却系统内气液外混双相流喷嘴雾化介质的选择,应用计算流体力学,通过FLUENT模块主要运用VOF模型在不同压力工况下对雾化介质为水蒸气和氮气时外混喷嘴的气液流动状态进行数值模拟,通过模型x=0截面的速度云图及矢量图观测计算模拟结果,并以条件雾化角θ、质量平均直径d_(MMD)和索太尔平均直径d_(SMD)为雾化质量的判断标准。所得水蒸气雾化介质下的平均θ为74.43°,d_(MMD)为32.14μm,d_(SMD)为64.99μm;氮气雾化介质条件下的平均θ为68.13°,d_(MMD)为24.48μm,d_(SMD)为65.10μm。对三个判断标准和雾化质量的相关性进行分析,最终建议气液压力比为2的条件下,雾化介质采用氮气。     

重型柴油车Urea-SCR系统尿素计量阀标定试验研究

选择催化还原(SCR)技术是降低车用柴油机NOX排放的有效措施。还原剂精确喷射控制技术是SCR技术应用的重点研究内容。对影响Urea-SCR系统计量阀喷射速率的各个因素进行了分析,并在试验研究的基础上对Urea-SCR系统中计量阀喷射MAP图进行了标定。     

NH3低温选择性催化还原NO的研究

在固定床反应器中,利用瞬态响应技术和程序升温技术研究了低温时NH3选择性催化还原(SCR)NO的瞬态动力学及V2O5-WO3/TiO2催化剂活性的影响因素,试验结果表明:O2的体积分数增大,NO转化率增大;H2O的存在抑制了NO的转化率;SO2的存在提高了NO的转化率.低温时,SCR反应遵循Eley-Rideal机理,...     

选择性催化还原烟气脱硝反应器的变工况运行分析

建立了选择性催化还原烟气脱硝过程数学模型,对烟气脱硝反应器的变工况参数进行了计算分析,并研究了反应器入口烟气流量、温度和NOx浓度等参数变化对脱硝效率和氨逃逸量等参数的影响,为选择性催化还原烟气脱硝反应器的设计和运行提出了建议.     

铝钛脱氧钢中夹杂物特征及水口结瘤问题分析

含钛微合金钢普遍存在钢水可浇性不高,水口易堵塞的问题.综述了国内外铝钛镇静钢的发展和研究现状,分析了铝钛镇静钢脱氧特征,总结了不同脱氧工艺和钢水二次氧化对钢中夹杂物特征的影响,并重点分析了铝钛镇静钢水口结瘤成因及预防措施,以期为提高铝钛镇静钢钢水可浇性和产品质量提供借鉴作用.     

轴针式喷油嘴燃油束撞击时雾化特性研究

在前期发动机台架实验和高速摄影实验的研究基础上,为进一步了解燃油束撞击法形成混合气及其在小型柴油机上实现直喷式燃烧的机理,用多次喷雾叠加摄影技术以及马尔文激光粒子分析仪对带挡块的轴针式喷油器的喷雾过程进行了研究。实验中对不同形状挡块以及不带挡块的油束形成过程进行了详细的观察,并对撞击前后的油滴滴径进行了测量。结果表明,燃油经撞击后可显著地增大油束扩散角,不同程度地影响了燃油束的贯穿度,但燃油束撞击前后的滴径变化不大。加深了对油束撞击现象、撞击油束雾化特点和混合气形成过程以及在小型柴油机内实现直喷式燃烧的认识。     

K系数喷油嘴喷孔内气液两相流动的三维模拟

应用AVLFIRE软件,对两种不同k系数（k=1．5和k=0）的6孔喷嘴进行了气液两相流的三维计算。在喷嘴针阀处于全开条件下,进行了两种喷嘴不同进口压力方案的对比分析．计算结果表明：K系数喷嘴,有效地抑制了气穴的生成,提高了喷嘴的流量系数和各喷孔流量的均匀性。