【摘要】：氮氧化物作為一種柴油機有害排放物,對大氣環(huán)境、人類健康具有巨大危害。隨著國家環(huán)境法規(guī)升級,對柴油機NO_X排放限值要求越來越嚴格。SCR技術作為一種能有效處理NO_X的技術越來越受到社會關注。本文針對適用某型大功率發(fā)電用柴油機的SCR催化器進行建模仿真,設計了匹配大功率柴油機SCR催化器的三種尿素混合管方案,三種方案設計分別是:空管結構、后置混合器結構、前/后混合器結構。設計了三種尿素噴霧錐角與混合管方案進行耦合,三種噴霧錐角分別是50°、60°、70°。在研究混合管、噴霧錐角對SCR系統(tǒng)的影響之前,簡要分析影響SCR性能的各種因素,據(jù)此提出評價SCR性能的指標:分布均勻性、背壓、結晶風險、NO_X轉化效率、NH_3泄漏等。本文選取Star-CCM+軟件作為仿真工具,首先依據(jù)試驗條件和實際工況,選擇合理的物理數(shù)值模型,并設置合適的邊界參數(shù),最后進行CFD仿真計算。仿真分析了三種混合管方案分別對SCR系統(tǒng)分布均勻性、背壓、結晶風險的影響,結果表明前/后混合器結構中前置混合器可以產(chǎn)生旋流,促進尿素液滴與排氣充分混合,NH_3分布均勻性能夠達到0.95,相比后置混合器結構NH_3分布均勻性提高了約4.0%,背壓增高0.33kPa;相比空管結構NH_3分布均勻性提高了6.7%,背壓增高了0.77 kPa。三種混合管方案的速度分布均勻性相差不大。前/后混合器結構并不會影響混合管內(nèi)壁液膜分布,但是因為旋流的影響,促進尿素水溶液的蒸發(fā)分解,降低后置混合器表面的液膜分布。耦合分析了混合管和尿素噴霧錐角,發(fā)現(xiàn)50°尿素噴霧錐角SCR系統(tǒng)尿素分解程度低于60°、70°尿素分解程度,50°、60°噴霧錐角SCR系統(tǒng)混合管內(nèi)壁上液膜分布低于70°液膜分布。按照排放法規(guī)要求,結合實際試驗條件分別制定了排放測試循環(huán)試驗方案和尿素結晶試驗方案,并進行試驗研究。試驗結果表明,前/后混合器結構SCR系統(tǒng)NO_X比排放為1.14 g·(kW·h)~(-1),相比后置混合器結構NO_X轉化效率提高約6.2%,通過標定優(yōu)化使NO_X比排放降低到0.47 g·(kW·h)~(-1);60°噴霧錐角可以降低SCR系統(tǒng)尿素結晶可能性,在低溫工況點相比70°噴霧錐角發(fā)生結晶的工況點數(shù)量少,能夠適用更高排放限值且不發(fā)生尿素結晶。
【學位授予單位】：青島大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X701

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