尿素水溶液特性及影响选择性催化还原SCR后处理装置催化效率的若

从影响SCR后处理装置催化效率的因素的角度,阐述在SCR系统设计中,如何优化布置SCR载体入口前排气混和管,如何确定尿素喷射装置的喷射位置和喷射角度等。利用计算流体力学CFD软件对SCR载体内的流动性能进行计算,保证排气在载体入口的速度、发应物浓度分布均匀,实现高的催化效率。

·248·中国内燃机学会中小功率柴油机分会 基 础 件 分 会2008 年度学术年会尿素水溶液特性及影响选择性催化还原SCR后处理 装置催化效率的若干因素余 皎 261001） （潍柴动力技术中心，山东潍坊Characteristics Of Urea Water Solution And Factors Affecting SCR Conversion EfficiencyYu Jiao (Weichai Power R&D Center, Weifang, 261001) Abstract: The selective catalytic reduction (SCR) based on urea water- solution is an effective technique to reduce NOx emitted from diesel engines. However, characteristics of urea water solution and SCR configuration are two issues have to be resolved to ensure high NOx conversion efficiency with SCR. In this paper, the properties of the urea water solution, urea water stability in storage, influence of urea water solution on the wetted materials in SCR box are introduced. For SCR configuration, the CFD code is applied to simulate the flow field and ensure the uniform distribution on both the exhaust velocity and the ammonia concentration at the entrance of the SCR catalyst. Urea water solution deposition on the exhaust pipe wall caused by urea water solution impingement has to be addressed. 摘要：尿素选择性催化还原系统（SCR）是未来降低重型柴油机的NOx排放的一种有效方式， 保证SCR系统在高催化效率下的正常运行是满足排放法规的关键因素,本文首先从尿素水溶液的 物理化学特性出发，论述如何合理运输、对保存和使用尿素水溶液提出建议，以及对尿素箱材 料选用的要求；另外，从影响SCR后处理装置催化效率的因素的角度，阐述在SCR系统设计中, 如何优化布置SCR载体入口前排气混和管，如何确定尿素喷射装置的喷射位置和喷射角度等。利 用计算流体力学CFD软件对SCR载体内的流动性能进行计算,保证排气在载体入口的速度、 发应物 浓度分布均匀，实现高的催化效率。 关键词：SCR；尿素水溶液；CFD；催化效率 Key words: SCR；urea water solution；conversion efficiency0概述 尿素选择性催化还原系统（SCR）是降低重型商在 SCR 系统催化剂表面利用氨还原 NOx，排出 N2，多 余的氨也被还原为 N2 防止氨泄漏。 SCR 系统包括尿素水溶液储罐，输送装置，计量 装置，喷射装置，催化器以及温度和排气传感器等。 图 1 为 SCR 系统原理图。 为了更好的发挥 SCR 的效率,需要对 SCR 系统催 化反应效率的影响因素进行全面深入的分析,本文用车 NOx 排放的一种主要方式,SCR 系统的基本工作 原理是：排气从涡轮出来后，进入排气混和管，在 混和管上安装有尿素计量喷射装置，喷入尿素水溶 液，尿素在高温下发生水解和热解反应后生成氨，

从影响SCR后处理装置催化效率的因素的角度,阐述在SCR系统设计中,如何优化布置SCR载体入口前排气混和管,如何确定尿素喷射装置的喷射位置和喷射角度等。利用计算流体力学CFD软件对SCR载体内的流动性能进行计算,保证排气在载体入口的速度、发应物浓度分布均匀,实现高的催化效率。

中国内燃机学会中小功率柴油机分会 基 础 件 分 会2008 年度学术年会·249·从尿素水溶液特性和影响载体催化效率的若干因素 两个角度对此进行阐述。值，密度都没有发生变化，也没有发生沉积现象， 这说明 AdBlue 浓度不会发生变化，有很好的储存稳 定性。图1SCR 系统原理图 图3 尿素水溶液的储存特性[1]1尿素水溶液特性 商业上用的尿素和水溶液 （浓度为 32.5%±0.5%)在温度低于 11℃时候开始结晶， 因此储存容器， 输送管露，泵以及喷嘴在环境低于 11℃时候，为了 防止结晶，都需要加热，尿素箱都有在低温下的加 热装置，以解决这一问题，尿素箱的加热一般利用 发动机循环水，管路中和喷射装置一般利用电加热； 图 4 为尿素箱的图，其中我们可以看到加热装置。称为 AdBlue，它无毒、洁净、无气味、不易着火、 无爆炸危险，常温(20℃)下的密度为 1.09kg/m3，呈 碱性，其 PH 值为 8.8。欧洲 2003 年 8 月公布利用 DIN 70070 标准定义它的产品属性，见索引图 1，日 本利用 JASO E502 标准定义它的产品属性，见索引 图 2。图2尿素水溶液不同浓度下的凝结点[1]尽管更高浓度的尿素水溶液能减少车辆携带的 重量， 32.5%浓度的尿素水溶液提供最低的结晶温 但 度-11℃，从图 2 我们可以看出更高或更低浓度凝点 都提高。另外一个优点是当溶液部分冷冻的时候， 溶液浓度不变化，从这个角度出发,我们通常选择 32.5 %浓度的尿素水溶液作为反应物。 由于尿素水溶液在运输或者存储的过程中需要 长期保存，另外车辆有可能较长的时间不使用，因 此必须研究尿素水溶液的稳定性，在正常的储存条 件下, 图 3 表明在 96 天的时间内尿素水溶液的 PH图4 尿素箱中的加热装置[1]在高温储存条件下(>50℃)， AdBlue 开始分解为 缩二脲、氨气、碳酸氨，氨基甲酸盐，这可以由闻 到氨的气味检测出来，AdBlue 必须保存在低于 50℃ 的温度避免分解。 AdBlue 有腐蚀性，必须使用稳定材料制作的容 器存储，管道运输以及填充，比如奥氏体钢，铝， 以及不同塑料。纯的或者镀锌的钢以及铜和其合金

从影响SCR后处理装置催化效率的因素的角度,阐述在SCR系统设计中,如何优化布置SCR载体入口前排气混和管,如何确定尿素喷射装置的喷射位置和喷射角度等。利用计算流体力学CFD软件对SCR载体内的流动性能进行计算,保证排气在载体入口的速度、发应物浓度分布均匀,实现高的催化效率。

·250·中国内燃机学会中小功率柴油机分会 基 础 件 分 会2008 年度学术年会[3-4]都不适合尿素水溶液。尿素水溶液对金属和橡胶的 腐蚀性见下图 5。方程。图 6 为尿素水溶液液滴轨迹计算结果。图6尿素水溶液喷液滴轨迹在实际排气系统中，由于在某些负荷下排气温 度相对较低，而且排气系统管道直径较小，液滴不 可避免要撞击到壁面，喷雾撞壁可以导致管道壁面 温度降低，当壁面温度降低到一定程度就造成液滴 沉积和液膜形成。液膜的蒸发进一步降低了壁面的 温度。液滴与壁面碰撞以后的撞壁类型由以下参数 决定，液滴速度，液滴尺寸，液滴温度，液滴运动 入射角度，粘度，表面张力，壁面温度，表面光洁 度。撞壁类型有粘附，反弹，飞溅，发射，蒸发等。 通过液膜模型可以计算液膜厚度和液膜在壁面速度 图 7 为管道壁面在一次喷射后液膜厚度计算结果。图 7管道壁面液膜厚度分布2.2图5 尿素水溶液对不同材料的腐蚀情况[1]SCR载体布置形式 根据欧洲成熟经验 ，SCR后处理器载体体积应[5]为发动机排量的2.5～3倍，并考虑到排气温度以及 排气背压对后处理器和发动机本身性能的影响，选 择载体直径5.66″,长度6″，共12个，体积为30L， 材料为陶瓷载体。针对常用催化剂的特性选用催化 效果相对较好的V2O5 。根据所需载体的大小以及整 车匹配的需要，确定SCR 后处理器尺寸。 催化载体入口的速度分布是否均匀直接影响催 化剂的催化转化效率。流速不均匀会在载体中心区 域产生过高的气流速度和温度，加剧催化剂的劣化 速度，缩短其使用寿命。另外， …… 此处隐藏：4507字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……