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本文介绍了一种柴油机尾气后处理技术——选择性催化还原技术(SCR-Selective Catalytic Reduction)。该技术原理是将还原剂喷入排气管,在催化剂的作用下,在富氧的环境内,还原剂与氮氧化物进行氧化还原反应,将氮氧化物选择性还原生成氮气和水。通过该技术柴油机的排放可实现国Ⅳ,国Ⅴ的排放标准。
本文中研究的SCR系统是应用到6缸发动机上,采用的是涂层为TiO2-V2O5,载体为堇青石400/7,桶式封装的催化器,流动结构采用是渐缩管和扩张管的结构,催化剂载体部分为蜂窝状结构。该催化器可以实现在中重型发动机主要排气温度范围内氮氧化物高效的转换效率,较小的排气背压,而且还具有性价比高,便于安装等优点。
本文研究了SCR系统的特性,SCR处理器中的主要反应,影响反应速率和质量的因素,还原剂NH3的逃逸情况,以及最佳NH3/NOx之比。利用FLUENT软件,建立三维SCR处理器的流动、反应模型,模拟各个工况下混合气在SCR处理器中的流动和反应的过程,并找出了影响流动和反应的因素,主要是温度和空速,并提出在各个工况下的最佳NH3/NOx之比。在模拟的过程中,由于催化剂载体为蜂窝状结构,所以在FLUENT软件中,将催化剂载体部分设为多孔介质,是整个边界设置的重点部分。通过模拟结果分析得,在催化剂有效的温度范围内,随着温度的升高,SCR反应变快,使得催化剂出口处NOx的转化率升高。随着空速的增大,催化剂内废气与催化剂的接触时间变短,使得催化剂出口处NOx的转化率降低。如果空速较大时,催化剂仍具有较好的活性,那么就可以降低催化剂的用量,从而节约催化剂的成本。
本文也通过实验研究,制定了在发动机不同的转速、扭矩下合理的尿素喷射量。通过发动机的ESC(European Stationary Cycle)和ETC(European TransientCycle)试验研究表明,NOx的排放可以降低65%以上,并减小了NH3的二次污染,并达到了欧Ⅳ排放标准。