降低柴油机NOx排放的SCR系统性能研究

摘要

柴油机作为一种主要动力装置,凭借其在热效率、动力性和燃油经济性等方面的优势,已被广泛应用于交通运输、能源动力和农用机械等重要领域。随着全球排放与控制法规日趋严格,必须结合柴油机尾气后处理技术进一步降低NOx和微粒排放。为满足欧Ⅳ、欧Ⅴ排放标准,SCR技术已成为中重型柴油机企业首选NOx净化方案,并日趋为人们接受成为柴油机尾气NOx后处理的主流研究方向。
　　全文主要从理论研究、试验研究和仿真研究三方面开展工作。
　　首先,理论研究主要介绍了柴油机SCR系统的结构组成和技术原理,列举并分析了 SCR系统各种不同类型还原剂和催化剂的功能特性,详细阐述了反应温度、空间流速、NH3/NOx浓度比以及尿素喷雾等主要因素对SCR系统降低柴油机NOx排放产生的影响,为全工况NOx排放试验及SCR系统还原NOx影响因素的仿真分析提供理论依据。
　　其次,试验研究首先对柴油机进行原机 ESC排放特性研究,并在此基础上进一步研究了转速范围为700r/min~2200r/min、油门开度在10％~100%范围内的柴油机原机全工况试验,详细分析了试验过程中NOx排放、HC排放、CO排放、排气压强、排气温度、进气压力、扭矩、功率以及燃油消耗率等工况参数随转速的变化情况。对比配有SCR系统的柴油机全工况NOx排放数据,深入分析各转速工况下的NOx还原量及还原率,为SCR系统还原NOx影响因素的仿真研究提供试验基础和数据参考。
　　最后,仿真研究主要基于全工况试验中NOx排放较大的转速为1200r/min、扭矩为633N.M的运行工况点,重点分析了0.4s内该工况下柴油机SCR系统壁面和空间截面的尿素喷雾、反应温度、空间流速、NH3/NOx浓度比等影响因素的流场分布及变化情况,深入分析上述因素对SCR系统还原NOx产生的影响。通过将上述因素的仿真云图转化为二维曲线和数据,结合理论研究中的相关结论,更为直观地作出进一步说明。
　　研究表明,实际运行工况中,柴油机SCR系统能有效还原排气中的NOx组分,较好达到降低柴油机污染物排放的效果。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 柴油机尾气排放

1.3 柴油机排放控制

1.4 降低柴油机NOx排放

1.5 SCR技术应用状况

1.6 研究内容概述

1.7 本章小结

第二章 柴油机SCR系统结构与技术原理

2.1 SCR系统构成

2.2 SCR系统还原剂

2.3 SCR系统催化剂

2.4 柴油机SCR化学反应

2.5 影响SCR的因素

2.6 本章小结

第三章 SCR系统降低NOx排放的试验研究

3.1 NOx排放试验装置

3.2 柴油机ESC试验

3.3 柴油机全工况排放试验

3.4 配有SCR系统的NOx排放试验

3.5 本章小结

第四章 CFD基本原理与SCR仿真模型

4.1 数值热物理计算

4.2 微分方程离散求解

4.3 柴油机SCR系统建模

4.4 SCR模型参数设置

4.5 柴油机SCR模型验证

4.6 本章小结

第五章 柴油机SCR影响因素的仿真分析

5.1 尿素喷雾

5.2 反应温度

5.3 空间流速

5.4 NH3/NOx浓度

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 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