基于固体SCR技术的柴油机NO_x排放特性试验研究

在安装有钒基催化剂选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)系统的柴油机台架上,研究了尿素SCR系统与固体SCR系统的NOx排放特性。试验结果表明:固体SCR系统不会产生尿素结晶现象;中低排气温度下应用固体SCR技术可以改善柴油机NOx排放,低排气温度下尤其明显,平均效率比尿素SCR提高了6%;高排气温度下固体SCR系统与尿素SCR系统的NOx转化效率总体相当。     

尿素SCR催化反应中气态氨供给速率计算方法研究

在研究选择性催化还原(SCR)反应的气态氨平衡关系及催化剂动态转化效率-储氨量关系的基础上,提出了一种基于催化剂台架试验-性能模拟计算结果对比的台架试验条件下SCR催化反应体系中气态氨供给速率、尿素存积速率的定量计算方法。使用该方法针对特定SCR台架试验数据进行的计算,结果表明:在催化剂入口排气温度300℃、空速40 000h-1时,尿素水溶液分解存在一定程度滞后,但最终分解较为完全。这为研究SCR台架评价中尿素水溶液的分解条件及其对评价结果的影响提供了工具。     

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.     

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.     

柴油机Fe-Cu分子筛SCR催化剂的数值模拟

建立催化反应动力学模型预测和比较Fe、Cu分子筛催化剂的NOx还原性能.考虑了NH3的吸附和脱附、NH3氧化、NO氧化及NOx还原反应.结果表明:Cu分子筛催化剂低温(<400℃)时标准选择性催化还原(SCR)反应转化率较高,而Fe分子筛催化剂高温(>400℃)时催化活性较高.考虑到两种分子筛催化剂在不同温度范围内SCR反应活性的差异,将Fe、Cu分子筛催化剂进行分区及分层组合以拓宽组合催化剂的反应活性温窗.在标准SCR反应下,Fe分子筛催化剂(总长度的20%)布置在Cu分子筛催化剂上游为最佳分区组合;Fe分子筛催化剂(总涂层厚度的25%)涂覆在Cu分子筛催化剂上层为最佳分层组合,最佳分区组合布置在整个温度范围内能实现更高的NOx转化率.然而根据对Cu分子筛催化剂和最佳Fe-Cu分区组合催化剂的瞬态响应特性研究,发现Cu分子筛催化剂具有更好的低温瞬态响应特性.通过优化氨氮比,提高了最佳分区组合催化剂的NOx转化率.     

Fe对MnO_x催化剂低温SCR脱硝性能的影响

采用共沉淀法制备一系列Fe改性的MnOx催化剂,在固定床模拟燃煤烟气气氛下考察其脱硝活性,同时借助N2吸附及XRD等研究Fe添加对MnOx催化剂低温SCR脱硝活性的促进机理。结果表明,Fe的添加显著提高了MnOx的低温NOx转化率,并将其活性温度窗口向低温段拓宽了55℃;其中,Fe0.3Mn0.7Ox催化剂在30 000h-1下具有最佳低温SCR活性,自90℃其NOx转化率均高于95%;铁、锰组分间的协同作用能提高催化剂中锰氧化物的分散度,增大催化剂的比表面积和比孔容并优化其孔径分布,进而提高MnOx催化剂的低温SCR脱硝活性。     

基于V-W/Ti基催化剂的NH3选择性催化还原NOx的试验研究

针对一使用SCR技术满足欧-Ⅳ排放标准的柴油机排气特征,在连续流动固定床反应器上利用NH3作还原剂对一纳米级V-W/Ti基催化剂的选择性催化还原NO的反应进行了试验研究,分析了在不同温度、空速、NH3/NO摩尔比的情况下对DeNOx性能的影响.试验结果表明,温度对催化还原性能的影响最大,在低温下,由于催化剂活性不高,NOx的脱除效率很低,随着反应温度的升高,催化剂活性升高,NOx脱除率随之急剧升高,在300℃～450℃范围内达到较高的NOx脱除效率;随着NH3/NO摩尔比的增加,还原效率并未明显增加,但NH3的氧化和泄漏越来越严重;另外,空速对低温下还原效率也存在一定的影响.     

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。     

柴油机尿素SCR后处理系统排放特性试验研究

影响尿素SCR后处理系统性能的因素很多,如喷嘴形式、喷射位置、辅助空气、催化剂性能等.通过发动机台架试验,对影响尿素SCR性能的因素进行了研究.结论如下:喷嘴形式和喷射方向对尿素的雾化和空间分布有很大影响;喷嘴距离催化剂越远转化效率越高;本系统采用0.2 MPa的辅助空气压力较为理想;NOx的转化效率随着催化剂温度的升高而提高;催化剂温度越低其储氨能力越强;SCR催化剂对NO与NO2的比例、HC和CO的浓度有影响.     

基于NO_x传感器NH_3交叉感应的柴油机Urea-SCR的试验

基于NOx传感器对NH3的交叉感应特性,利用可独立控制尿素喷射量的SCR控制系统,在SCR催化转换器下游布置双NOx传感器,开展柴油机台架试验,分析了NH3/NOx对NOx转化率和NH3泄漏的影响,研究了温度和空速对催化转换器NH3泄漏与存储量的影响,以及NOx实时转化率随NH3存储量的变化规律.结果表明:NOx转化率随NH3/NOx的升高而升高,当NH3/NOx增加到1.4时开始出现NH3泄漏;温度或空速升高使催化转换器NH3泄漏时刻提前,NH3饱和存储量降低;NOx实时转化率随催化转换器NH3累计存储量的增加而升高,并逐渐趋于稳定.     

重型柴油机欧Ⅵ后处理系统构型方案试验研究

以柴油机氧化催化器(DOC)、催化型柴油机颗粒捕集器(CDPF)、选择性催化还原催化器(SCR)及氨氧化催化器(ASC)为研究对象,利用发动机台架,对DOC-CDPF-SCR-ASC和DOC-SCR-CDPF两种不同的后处理系统构型方案在不同测试循环下的NO_x转化效率、NH_3泄漏、N_2O排放、颗粒(PM)排放、颗粒数(PN)排放及CDPF的被动再生效果进行了对比研究。研究表明:两种构型方案下的PM及PN排放基本一致;DOC-CDPF-SCR-ASC构型方案具有更高的NO_x转化效率和颗粒物被动再生效果,该构型方案下CDPF对SCR催化器入口处的NO_2/NO_x摩尔比起到调控作用,使其更有利于SCR的反应,同时由于CDPF中的被动再生及NO氧化反应会释放热量,SCR催化器平均温度与DOC-SCR-CDPF构型方案下差别不大;而DOC-SCR-CDPF构型方案下,CDPF可以起到ASC的作用且具有更低的氨泄漏,但会产生较高的NO_2和N_2O排放。     

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.     

SCR烟气脱硝效率及催化剂活性的影响因素分析

分析了影响选择性催化还原法烟气脱硝性能的主要因素,重点分析了脱硝效率及催化剂活性随反应温度、NH3/NOx摩尔比、入口NOx浓度等参数的变化规律.     

大功率柴油机尿素-选择性催化还原系统混合器仿真与试验研究

针对大功率柴油机选择性催化还原技术(SCR)应用需求,设计了两种混合器方案,两方案的差别在于是否在喷射点前安装前置混合器。利用计算流体动力学(CFD)技术对两方案的气流轨迹、尿素分解率、分布均匀性及压力损失进行了仿真分析,并进行D2排放循环测试验证两方案的NO_x转化效率。仿真及试验结果表明:安装前置混合器可以产生旋流,促进尿素液滴与气流充分混合,提高尿素分解率和NH_3分布均匀性,压力损失增高;安装前置混合器能够提高SCR催化器的NO_x转化效率,并可以通过标定优化使NO_x比排放满足欧盟第五阶段排放限值要求。研究表明,前置混合器更能适应当前及未来大功率柴油机NO_x排放法规限值要求。     

选择性催化还原混合器及整流器的设计与结构优化

通过搭建柴油机后处理试验台架,运用计算流体力学(CFD)对选择性催化还原系统(SCR)内的反应进行仿真计算,设计4种混合器和3种整流器方案,研究了不同混合器及整流器结构对SCR系统内NH_3分布及NO_x转化效率的影响。结果表明:混合器能够有效改善SCR内NH_3分布均匀度及NO_x的转化效率。综合分析,有7个厚度均为2mm的叶片且叶片与径向方向的夹角均为30°的方案M2的混合器结构设计较优;气流受到入口扩张管的扩张作用之后,经过方案D1的整流器,使得SCR系统具有更高的NH_3分布均匀度和NO_x转化效率。混合器和整流器结合可以实现流场的优化,提高NO_x转化效率。     

LaCoO3钙钛矿型催化剂对柴油机NOx净化性能研究

采用柠檬酸络合法制备了LaCoO3钙钛矿型催化剂。对其理化特性及NH3-选择性催化还原催化性能的研究结果表明：纯LaCoO3颗粒具有一定的NOx催化还原能力,在250～450℃活性较高;但该催化剂对NH3具有较高的氧化活性,且催化活性随反应温度的升高而提高;在SCR反应中,在400℃以下时,该催化剂显示出一定的NOx净化能力,但当温度超过400℃以后,还原剂的加入反而恶化了NOx排放。不管反应气组成如何,LaCoO3钙钛矿型催化剂对HC和CO都具有良好的催化性能。     

A review on various after treatment techniques to reduce NOx emissions in a CI engine

NOx emissions have always been a main concern in the development of diesel engines. This paper summarizes the studies about NOx emission reduction in diesel engines. The need for meeting the stringent requirements with regard to NOx emissions in a diesel engine has led to the development of a range of after treatment techniques. After treatment methods are required to reduce NOx emissions that cannot be controlled by fuel composition and combustion phenomena. Current after treatment techniques that are being employed are Selective Catalytic Reduction (SCR), Lean NOx Trap (LNT) and SCR Filter (SCRF). The benefits and constraints of different types of SCR are discussed. Urea SCR is a prominent well proven technology. Urea SCR produces 96–99% conversion efficiency with the help of a reductant NH₃. The operating parameters such as nature of catalyst, temperature range of catalyst, flow of DEF (Diesel Exhaust fluid) to injector and mixing of NH₃ and NOx are discussed. Hybrid SCR such as Cu-SCR + Fe-SCR, SCR + LNT moderates fuel consumption and augments the catalytic activity at low temperature. SCRF has low cell density (200–300 csi vs 400–600 csi for SCR), and also has lower deNOx efficiency for a number of reasons. Pre-stored NH₃ and Preheating helps in low temperature reaction of SCRF. Technical problems in aqueous urea systems have led to the evolution of solid SCR system (SSCR). This review incorporates the study of solid ammonium salts decomposition, temperature range of the salts and infrastructure required for SSCR.     

穿孔管对集成式SCR催化转化消声器性能影响的试验研究

穿孔管结构广泛应用于消声器的设计中,SCR催化剂载体前端穿孔管对集成式SCR催化转化消声器的压力损失和SCR的NOx转化效率有较大影响.本研究设计了两种形式的SCR催化剂载体前穿孔管,通过试验研究了其对集成式SCR催化转化消声器性能的影响.采用水银U型管和傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)分别测量了压力损失和NOx等浓度.试验结果表明:穿孔率较大的穿孔管和孔部分朝向SCR载体的穿孔管造成的压力损失比较小;穿孔管的不同结构和不同位置布置对SCR的NOx转化效率有明显影响;在某些工况下,差异在10％以上.     

基于ESC测试循环的SCR催化剂动态转化效率温度窗口研究

为了建立选择性催化还原转化器(SCR)台架评价结果与欧洲稳态测试循环(ESC)工况条件下的减排效果之间的联系,进行了催化剂动态转化效率试验,绘制了基于反应平衡时间的SCR催化剂转化效率温度窗口,得到了不同反应温度下催化剂动态转化效率发展过程对反应平衡时间的依赖程度。基于ESC试验排放采样窗口期内发动机排气条件的特征分析,研究了ESC试验中催化剂动态转化效率发展特征,提出了基于该催化剂动态转化效率温度窗口表示方法,分析了温度窗口的试验评价条件和基于实际化学计量比(NSR)控制策略的窗口模拟计算调整方法。使用该温度窗口对ESC工况排放值进行预测,依据ESC名义转化效率温度窗口预测的ESC排放结果与实测值的偏差小于8%。