【摘要】：國V、國VI法規(guī)的相繼實施和頒布,對柴油機NOx(氮氧化物)排放水平進行了大幅削減。Urea-SCR(尿素-選擇性催化還原)技術(shù)以其良好的燃油經(jīng)濟性、較高的NOx轉(zhuǎn)化效率、還原劑供給安全性、較寬的催化劑溫度適應(yīng)范圍等優(yōu)勢,成為柴油機最理想的NOx后處理技術(shù)。然而,以噴射尿素作為還原劑NH3(氨氣)的供給來源,要求尿素轉(zhuǎn)氨的分解過程能夠快速高效地完成。尿素的不完全分解直接影響NH3轉(zhuǎn)化效率,使副反應(yīng)發(fā)生概率增加,SCR系統(tǒng)內(nèi)尿素沉積物形成風(fēng)險上升。本文詳細研究了尿素分解的過程,完善并提出尿素分解的詳細反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)框架,從微觀化學(xué)反應(yīng)機理出發(fā)探究沉積物的形成原因,尋找減少沉積物形成的理論方法。構(gòu)建了尿素分解及沉積物形成的詳細反應(yīng)機理模型,結(jié)合CFD方法對SCR系統(tǒng)排氣管尿素分解段進行物理建模,實現(xiàn)對Urea-SCR系統(tǒng)尿素分解的仿真分析。建立了三個評價指標對尿素分解效果進行量化評價,研究運行參數(shù)對尿素分解效果的影響,為Urea-SCR系統(tǒng)運行參數(shù)的優(yōu)化匹配提供理論參考。通過文獻查閱和化學(xué)結(jié)構(gòu)分析的方法,構(gòu)建了包含7個子模型的尿素分解詳細反應(yīng)網(wǎng)絡(luò),不但可說明尿素分解常見產(chǎn)物如NH3、HNCO(異氰酸)的形成過程,還可解釋biuret(縮二脲)、triuret(縮三脲)、cyanuricacid(三聚氰酸)、trazines(三嗪類)等副產(chǎn)物的反應(yīng)來源和形成途徑。研究并完善了眾多文獻中提及但未深入說明的melon、melam、melem等沉積物組分的形成過程。根據(jù)尿素分解的詳細反應(yīng)框架,以原11步反應(yīng)機理為基礎(chǔ),建立了包含縮三脲(triuret)、三聚氰酸二酰胺(ammeline)、三聚氰胺(melamine)等全新組分的共18種組分、15步反應(yīng)的尿素分解化學(xué)動力學(xué)模型,進一步拓展了機理的預(yù)測范圍。利用量子化學(xué)和過渡態(tài)理論估算求取ammeline、melamine生成反應(yīng)的化學(xué)動力學(xué)參數(shù),采用基團貢獻法估算獲得ammeline、melamine、triuret等物質(zhì)的熱力學(xué)參數(shù),解決了無法通過試驗和文獻獲得反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)和物性參數(shù)的問題。采用STAR CCM+軟件調(diào)用15步詳細機理模擬了尿素分解過程。通過對比使用總包反應(yīng)和詳細反應(yīng)機理模擬得到的隨溫度變化出口截面NH3摩爾分數(shù)曲線、沉積物biuret、ammeline的摩爾分數(shù)曲線與相關(guān)試驗現(xiàn)象,初步驗證了詳細機理的可靠性。模擬分析了 SCR系統(tǒng)排氣管尿素分解段的溫度分布、沿管路長度和直徑方向截面的組分分布、出口截面NH3分布。運用控制變量法,研究排氣溫度、排氣流量、尿素噴射量、噴霧錐角、噴霧溫度等運行參數(shù)對尿素轉(zhuǎn)氨效率、出口截面NH3均勻性、沉積物生成量的影響,綜合評價其對尿素分解過程的作用。研究表明,在變量設(shè)置范圍內(nèi),排氣溫度、排氣流量、尿素溶液噴射量對尿素分解效果影響最明顯;提高排氣溫度、適當增加排氣流量有利于尿素分解;尿素溶液噴射量過大會使尿素分解效果迅速惡化;噴霧錐角、噴霧溫度對尿素分解的影響較弱。尿素轉(zhuǎn)氨效率隨噴霧錐角、噴霧溫度的變化幅度不超過5%,基本穩(wěn)定在52%附近。出口氨氣均勻性系數(shù)幾乎不受噴霧錐角、噴霧溫度變化的影響。噴霧錐角、噴霧溫度對沉積物生成量的變化有一定作用,但變化幅度有限。且不同種類的副產(chǎn)物可能呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律。
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TK421.5
【圖文】：

碩士學(xué)位論文邐桊油機ＳＣＲ系統(tǒng)尿素精ex及筑積物形成詳Ｉ到國ＶＩ標準，對污染物的排放限值要求日益嚴格，排放種類限備柴油機的第一類車為例，從國ＩＩＩ到國ＶＩ標準的污染物的排放削。柴油機主要污染物ＮＯｘ、ＰＭ排放限值均大幅削減，ＮＯｘ需從０．５邋８／１0１１，？１＾需從０．０５§／丨0１１降低到０．００３邋§／丨0１１，削減比例分別為９３％、Ｖ階段對柴油機的ＨＣ排放不做單獨要求，但對ＮＯｘ與ＨＣ的排放ＶＩ階段開始，將分別對柴油機排放的（ＴＨＣ）總碳氫和（ＮＭＨＣ）制。從國Ｖ、ＶＩ階段開始，除了限值ＰＭ排放量，還將限值顆粒排段還將限制Ｎ２０的排放量。ＮＯｘ排放成為升級國ＶＩ標準的控制關(guān)鍵０．８逡逑

圖１－３尿素ＳＣＲ系統(tǒng)示意圖［１５］逡逑Ｆｉｇ．邋ｌ－３Ｕｒｅａ邋ＳＣＲ邋Ｓｙｓｔｅｍ邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ逡逑圖１－３展示了典型尿素ＳＣＲ系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成部分。其主要由尿素存儲裝置、尿素供逡逑給系統(tǒng)、催化器、控制單元構(gòu)成�？刂茊卧鶕�(jù)傳感器采集到的催化器進出口溫度信號、逡逑ＮＯｘ和ＮＨ３的濃度信號，控制尿素噴射系統(tǒng)的尿素噴射量。其中催化器是整個系統(tǒng)的逡逑核心裝置，整個催化還原反應(yīng)均在催化器內(nèi)進行。其反應(yīng)原理如圖１－４所示。逡逑尿索溶液噴射邐／逡逑廣邋攜氣邋、逡逑ｖ邋＾逡逑ｎ邐／邐尿素分解爸段邐裒我化物P暬五危椋㈠義瞎鬩唬卞危苠位褂導(dǎo)粒危齲樽嬙劐撾郟＃保迪垮危叔義希蓿危希五五五義希魏澹希溴澹齲危茫希哄危矗擼蝳一邋Ｎ，逡逑＇＇￣邐ＨＮＣ＇０＋Ｈ：０—ＮＨ？Ｋ邋Ｏ：邐４ＮＨｊ＊２ＮＯ＋２ＮＯ；邋？４Ｎ：＾ＳＨ：０逡逑圖１－４尿素ＳＣＲ系統(tǒng)反應(yīng)原理逡逑Ｆｉｇ．邋１－４邋Ｕｒｅａ邋ＳＣＲ邋ｓｙｓｔｅｍ邋ｒｅａｃｔｉｏｎ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ逡逑（ｉ）氨氣的生成：尿素水溶液噴射進入排氣管后，尿素水溶液蒸發(fā)析出尿素顆粒逡逑—ＣＯ＿２）２。尿素受熱發(fā)生熱解反應(yīng)，生成氨氣和異氰酸，異氰酸進一步發(fā)生水解反逡逑應(yīng)，反應(yīng)式分別為式（１－１）、（１－２）。逡逑Ｈ逡逑

【參考文獻】

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1 干旭波;姚棟偉;吳鋒;戴佳偉;魏錸;李杏文;;柴油機SCR系統(tǒng)氣液兩相流準一維數(shù)值模擬[J];內(nèi)燃機學(xué)報;2015年06期

2 康愛彬;李燕凌;張濱;;國外大氣污染治理的經(jīng)驗與啟示[J];產(chǎn)業(yè)與科技論壇;2015年19期

3 祝能;呂林;楊棟;;攜帶SCR系統(tǒng)的柴油機排氣管中生成沉積物的影響因素研究[J];內(nèi)燃機工程;2015年06期

4 焦運景;紀麗偉;紀曉靜;;柴油機選擇性催化還原(Urea-SCR)技術(shù)研究進展[J];小型內(nèi)燃機與車輛技術(shù);2015年03期

5 陳悅;呂林;沈捷;;基于詳細沉積物模型的尿素噴嘴內(nèi)部結(jié)晶研究[J];內(nèi)燃機工程;2015年01期

6 張慶陽;沈海濱;;國外如何根治霧霾天氣的“元兇”[J];世界環(huán)境;2014年02期

7 馮向宇;葛蘊珊;馬朝臣;韓秀坤;譚建偉;李加強;;柴油機尿素SCR系統(tǒng)沉積物成因研究[J];內(nèi)燃機工程;2014年06期

8 帥石金;唐韜;趙彥光;華倫;;柴油車排放法規(guī)及后處理技術(shù)的現(xiàn)狀與展望[J];汽車安全與節(jié)能學(xué)報;2012年03期

9 張紀元;李國祥;孫少軍;王意寶;陶建忠;趙彥光;;重型柴油機Urea-SCR系統(tǒng)尿素沉積物的試驗研究[J];車用發(fā)動機;2012年04期

10 高俊華;鄺堅;宋崇林;張仲榮;景曉軍;;國Ⅳ柴油機SCR后處理系統(tǒng)結(jié)晶體成分分析[J];燃燒科學(xué)與技術(shù);2010年06期

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1 趙彥光;柴油機SCR技術(shù)尿素噴霧熱分解及氨存儲特性的試驗研究[D];清華大學(xué);2012年

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1 侯鑫;基于詳細尿素沉積物形成機理的柴油機SCR系統(tǒng)優(yōu)化研究[D];廣西大學(xué);2016年

本文編號：2738952