柴油机SCR后处理中尿素沉积物的机理研究

摘要

本文对Urea-SCR系统中出现的尿素沉积物进行了研究，从化学反应的角度出发，探究Urea-SCR系统中的反应机理；引入化学反应动力学，研究尿素-氨转化过程中化学-传热学问题；再应用多相流体理论，研究尿素水溶液的气固多相流与传热传质过程的规律，寻求影响尿素沉积物生成的因素。利用这些影响因素，提出解决尿素沉积物生成的方案。具体研究内容分为以下三部分：
　　第一部分 尿素-氨转化机理研究
　　首先，以小样试验的方式探究不同催化剂对纯尿素热解水解的影响，尿素热解水解的产物是HNCO和H2O；探究HNCO的水解机理，并分析不同催化剂对HNCO水解的影响。其次，在小样试验下，探究温度、尿素初始浓度和含氧量对尿素热解水解的影响，得出温度对尿素-氨转化过程中的重要性。
　　第二部分 尿素水溶液多相流模型研究
　　对于尿素水溶液在 Urea-SCR 系统中的物理及化学变化过程，采用多个模型来模拟其变化过程；尿素水溶液喷雾过程模拟选用离散液滴模型，用Dukowicz模型来描述液滴蒸发过程，选择 Huh-Gosman 模型来描述尿素液滴的破碎，最后运用多相流N-S(Navier-Stokes)方程来耦合整个模型；对整个多相流模型运用AVL Fire软件进行仿真，从而进一步探究尿素-氨转化和多相流传质的整个微观过程，为尿素沉积物的形成和预防的研究提供理论依据。
　　第三部分 混合器对尿素沉积物的影响研究
　　探究混合器对尾气的混合均匀度、排气背压、NOx转化效率和尿素沉积物的影响，并比较不同个的混合器(二阶混合器、蝶形叶片、网格状)对排气背压、NOx 转化效率和尿素沉积物的影响。
　　运用人工结晶试验的方法来验证影响尿素沉积物形成的因素，并通过改进尿素喷射系统、智能控制系统的排气温度和增加合适的混合器的方式来减少尿素沉积物的生成。

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第一章 绪论

1.1课题背景及研究意义

1.2 Urea-SCR技术的研究和应用现状

1.3 尿素沉积物的研究

1.3 课题来源及研究内容

1.4 本文主要创新点

1.5 本章小结

第二章 降低NOx的SCR技术机理研究

2.1 SCR 反应原理

2.2 NH3-SCR反应过程和机理

2.3 NH3-SCR反应机理研究

2.4 本章小结

第三章 尿素－氨转化机理研究

3.1 纯尿素及尿素溶液热解水解机理研究

3.2 HNCO水解机理研究

3.3 尿素热解水解的影响因素

3.4 尿素热解水解中其他反应

3.5 本章小结

第四章 尿素水溶液多相流模型

4.1 尿素水溶液液滴变化模型

4.2 模型数值模拟

4.3 计算结果及分析

4.4 本章小结

第五章 混合器对尿素沉积物的影响研究

5.1 混合器结构

5.2 混合器对混合均匀度影响分析

5.3 排气背压分析

5.4 混合器对NOx转化效率影响分析

5.5 混合器对尿素沉积物影响

5.6 本章小结

第六章 人工结晶试验

6.1柴油机台架系统

6.2 尿素结晶试验

6.3 本章小结

第七章 尿素沉积物影响因素分析

7.1 尿素喷雾

7.2 管路尺寸

7.3 反应温度

7.4 空间流速

7.5 SCR催化剂

7.6 本章小结

第八章 减少尿素沉积物的措施

第九章 总结与展望

9.1 全文总结

9.2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果

致谢