车用柴油机SCR系统NO_x转化效率影响因素

NOx转化效率、尿素蒸发热解及沉积等问题是尿素SCR系统研究的关键问题.运用AVL FIRE软件对某柴油机SCR催化器系统进行了三维数值模拟,研究分析了不同因素对SCR系统的影响.结果表明,排气温度、尿素喷射压力和尿素喷射温度对SCR系统催化剂入口的还原剂均匀性、催化剂内部化学反应速率均有不同程度的影响.同时深入研究了催化器内部组分浓度的分布规律,分析了参数变化与组分浓度分布、NOx转化效率之间的关系,为SCR系统参数优化提供参考依据.     

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.     

不同海拔下柴油机氧化催化器与选择性催化还原系统对柴油机性能与排放的影响

基于柴油机高原试验台架,在80 kPa、90 kPa、100 kPa大气压力下进行了柴油机外特性试验,研究了不同海拔下加装柴油机氧化催化器（diesel oxidation catalyst,DOC）与选择性催化还原（selective catalytic reduction,SCR）系统对柴油机的进排气参数、动力性、经济性、燃烧性能及排放特性的影响。研究结果表明,加装DOC+SCR会使进气流量下降,排气背压升高,功率和转矩下降,油耗升高,排气温度升高,排气流量下降,而HC、CO、NOx与碳烟等污染物排放显著下降。不同海拔下加装DOC+SCR的影响程度也有所差异,尤其是对排气温度、排气背压、有效燃油消耗率与SCR转化效率的影响最为显著。加装DOC+SCR后,80 k Pa、90 k Pa、100 k Pa下的排气温度分别平均升高7.35%、7.21%、7.11%;排气背压分别平均升高28.02%、27.08%、26.81%;有效燃油消耗率分别平均升高1.64%、2.87%、2.94%;外特性工况下SCR最大转化效率分别为88.86%、86.11%、84.76%。     

低速小负荷下提高柴油机排气温度的措施

介绍城市用重型车全球统一瞬态试验循环的背景,指出提高发动机低速小负荷时的排气温度对提高SCR系统催化剂的效率有重要意义;以某型柴油机为试验样机,通过试验对比研究带增压器发动机和自然吸气发动机在低速小负荷时对发动机排气温度及排放的影响。试验研究发现,在低速小负荷工况下相比于带增压器的柴油机,处于自然吸气状态的柴油机能够提升排气温度,转速越高负荷越大,提温能力越明显;小负荷时自然吸气有利于降低油耗率,并且自然吸气对降低NOx排放有利。     

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。     

SCR降低柴油机NO_x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。     

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。     

SCR系统降低NOx排放ESC稳态循环试验研究

本文通过ESC试验验证自主开发的SCR系统降低NOx排放的能力.具体研究分为四部分:首先通过原机ESC排放试验得到原机NOx排放含量和尿素理论需求量;其次,在未加装SCR催化剂情况下,开启原装DCU控制尿素喷射得到NOx排放含量;再次,加装SCR催化剂并使用DCU控制尿素喷射,得出NOx排放含量试验结果.最后,加装SCR催化剂,通过自主研发的计量泵控制尿素喷射以提高SCR系统降低NOx排放的能力.     

重型柴油机尿素SCR后处理系统的控制策略研究

针对重型柴油机尿素选择催化还原(SCR)后处理系统的控制策略进行了研究,研究了空速、催化剂温度、催化剂对NOx的转化效率、催化剂的NH3吸附与解吸附等催化荆特性对控制策略的影响,并根据工况提出了高负荷工况和低负荷工况的动态修正.基于上述研究结果对控制策略进行优化,采用基于发动机MAP图和实际工况的稳态和瞬态修正控制策略,使所匹配的柴油机尿素SCR后处理系统达到重型柴油车国-Ⅳ及以上排放标准.     

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。     

双级尿素-选择性催化还原系统对柴油机排放特性的影响研究

为满足国Ⅵ排放标准,提出并开发了双级尿素(urea)-选择性催化还原(selective catalytic reduction system,SCR)系统及控制策略,并针对该系统在柴油机上的NOx排放特性及对柴油颗粒捕集器(DPF)被动再生的影响进行了台架验证。结果表明:冷态国际统一瞬态循环(WHTC)双级urea-SCR系统NOx转化效率达到89.2%,比单级urea-SCR系统提高了5.4%,冷起动NOx排放显著降低;热态WHTC双级urea-SCR系统NOx转化效率达到99.3%,比单级urea-SCR系统提高了3.0%;对双级urea-SCR系统尿素喷射量采用闭环控制策略,热态WHTC下DPF平衡点碳载量仅比单级urea-SCR系统提高了0.2g/L,DPF被动再生效果几乎未受影响。     

SCR装置对共轨柴油机稳态颗粒排放特性影响的研究

以一台重型柴油机为原机,连接到选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)装置进行ESC 13工况稳态试验,研究稳态下SCR装置在无尿素喷射量时对柴油机颗粒排放的影响。研究结果表明:无尿素喷射的SCR对颗粒排放有影响,柴油机连接SCR装置后颗粒排放低于原机,排气颗粒质量下降60%;原机的颗粒排放以核态颗粒为主,连接SCR系统后的颗粒排放以聚集态颗粒为主;原机连接SCR装置后核态颗粒数量明显下降,各转速下,50%和75%负荷处降幅显著,而25%和100%负荷处核态颗粒的降幅随转速的升高而降低。     

利用SCR技术降低柴油机NOx的试验研究

设计了尿素水溶液还原添加装置,并使用这套装置在发动机台架上进行了稀燃NOx选择催化还原（SCR）催化剂的性能评价试验,最后分析了SCR技术目前存在的问题。试验结果表明：在30000h^-1空速、排气温度为340～420℃范围的条件下,该催化剂的NOx转化率维持在90%以上,而在低温和高温下的转化率较低;随着尿素水溶液添加量的增加,催化剂NOx转化率提高,但同时会增加CO排放;当空速为50000h^-1时,催化剂性能略有所下降。     

重型柴油机SCR系统布置优化设计

尿素选择性催化还原系统(SCR)在高催化效率下的正常运行是柴油机满足排放法规的关键因素。本文利用计算流体力学方法CFD模拟混和管中尿素水溶液的喷雾情况,对不同排气温度和排气流量下液滴的运动,水溶液蒸发后水蒸气的浓度分布进行了计算,优化排气管道形状以及优化喷射位置和喷射角度,从而避免尿素水溶液撞壁出现沉积,堵塞管路。同时对SCR载体内的流动性能进行计算,保证排气在载体入口的速度、反应物浓度分布均匀,以此来保证SCR实现高的催化效率。     

瞬态测试循环下SCR系统喷射延迟特性对排放的影响

应用气助式SCR喷射系统,研究了瞬态工况下尿素喷射延迟特性对柴油机排放和尿素消耗的影响,分析了NOx转化效率、NH3逃逸量及尿素消耗量随延迟时间的变化规律。试验结果表明:NOx转化效率随上升沿延迟时间的增加而下降,随下降沿延迟时间的增加而升高;NH3逃逸量随上升沿延迟时间的增加而先降低后升高,存在最佳值,随下降沿延迟时间的增加而升高。在对延迟特性综合测试及分析基础上,发现在NOx转化效率、NH3逃逸量控制、尿素消耗量控制之间存在一组合理的延迟控制参数可以满足系统优化的需要,对于本研究,上升沿和下降沿延迟时间分别为500ms左右和小于100ms时可以兼顾排放性能和尿素经济性。     

DOC/POC/SCR组合后处理技术在非电控柴油机排放上的应用研究

在一台经典非电控柴油机上进行了氧化催化剂(diesel oxidation catalyst,DOC)/颗粒氧化转化器(particle oxidation catalyst,POC)/选择性催化还原转化器(selective catalytic reduction,SCR)组合后处理排放控制研究以使其达到国-Ⅴ标准要求,对后处理单元的选择及排布进行了考察。试验结果表明:DOC+POC及SCR单后处理系统仅能使试验发动机排放污染物中颗粒物(PM)或NOx达到国-Ⅴ标准;而DOC/POC/SCR组合后处理系统则可使两种污染物排放均满足标准要求。SCR与DOC+POC排布顺序对污染物去除效率无明显影响。对POC的被动再生研究表明:DOC+POC系统需置于SCR系统前以使排气中NO2量满足POC的连续再生要求,且SCR系统后置也可降低其入口温度,减小温度对涂层的热老化影响。通过陶瓷POC的应用及结构优化设计使得组合后处理系统排气背压控制在25kPa之内,可减少对发动机性能影响。     

Cu-Fe复合沸石型SCR催化剂在重型柴油机上的应用研究

在重型柴油机台架上研究了Cu-Fe复合沸石型SCR催化剂的稳态转化效率、氨存储特性、ETC循环和WHTC循环中的瞬态反应特性,以及催化剂后副反应产物N2O的生成规律。试验表明,相同条件下该沸石型SCR催化剂饱和氨存储量明显大于钒基催化剂,温度低于250℃时NOx转化效率受到氨存储量的影响,催化剂氨存储充分时190℃温度下NOx转化效率达到74%。瞬态循环中WHTC循环的平均排气温度比ETC循环大幅降低,催化剂的NOx转化效率受到氨泄漏的限制,经过SCR控制策略优化后可以满足北京第四阶段对WHTC循环的检测要求。N2O是该SCR系统的主要副产物,在低温和高温时浓度较高,符合N2O的生成机理。     

船用中速柴油机SCR系统匹配与试验研究

通过一台船用中速柴油机与SCR系统的匹配与标定试验,设计了合理有效的性能优化调整方案;提出了降低综合运行成本的优化技术措施,并进行了配机试验。试验结果表明:柴油机排放水平由原机的TierⅡ标准提升至TierⅢ标准;在保证柴油机动力性不变的前提下,燃油经济性得到了改善,燃油消耗量下降3%~5%,考虑到还原剂尿素的消耗,综合运行成本下降2%~3%。研究结果表明:SCR具有有效降低NOx排放,且成本相对较低的优点,在船舶柴油机领域有广阔的应用前景。     

轨压和EGR率对柴油机性能的影响

基于一台采用EGR+DOC+DPF+SCR(EGR为排气再循环系统;DOC为柴油机氧化型催化器;DPF为柴油机颗粒捕集器;SCR为选择性催化还原)技术路线的欧Ⅵ排放柴油机,研究轨压和EGR率对柴油机经济性的影响,其中经济性分析以综合油耗为指标,综合油耗包括油耗、尿素消耗和再生消耗的柴油。研究表明:随着轨压升高,NOx排放升高,碳烟(Soot)排放降低,柴油机有效燃油消耗率(break specific fuel consumption,BSFC)变好,综合油耗出现拐点;不同轨压变化时,EGR率对柴油机排放的影响变化一致,随着EGR率的升高,NOx排放降低,Soot排放升高,BSFC变差,综合油耗变好,当EGR率在18%左右时,综合油耗最佳。同时,与非EGR路线的欧Ⅴ柴油机进行经济性对比,EGR路线对BSFC有一定程度恶化,综合油耗并没有恶化。     

柴油机SCR催化器出口NOx转化效率分布特性研究

对柴油机选择性催化还原(SCR)系统的研究,主要集中在催化器出口测量系统的整体氮氧化物(NO_x)转化效率。为了进一步提高系统的效率,在柴油机试验台架上,调整不同的排气工况及尿素喷射参数,研究了SCR催化器出口截面的NO_x转化效率分布特性。结论表明:催化器出口截面的NO_x转化效率分布呈现中心高而边缘低的规律,随着排气流量的增加,NO_x转化效率降低,在排气流量较大时,由于弯管对排气流场的作用,NO_x转化效率的高效区偏向一侧;提高氨氮比可以提高NO_x转化效率,当排气温度为250和350℃、氨氮比为1.0时就可以达到比较高的效率,进一步提高氨氮比NO_x转化效率的增幅不明显;当排气温度为450℃时,提高氨氮比对NO_x转化效率的增加比较有利。