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原文传递柴油机尾气NOx净化技术(SCR、SNCR)的研究

论文题名：	柴油机尾气NOx净化技术(SCR、SNCR)的研究
关键词：	汽车柴油机;尾气处理;氮氧化物;选择性催化还原;选择性非催化还原
摘要：	柴油机排气中，颗粒物(Particulate matter)和氮氧化物(Nitrogen oxides)已成为主要污染源。这两种污染物不仅威胁着人们的身体健康，对大气环境也造成了不小的压力。近年来，我国的机动车保有量的增长速度很快，颗粒物和氮氧化物的排放污染也更加严重，其控制和治理已经刻不容缓。国Ⅲ以及之前的汽车排放法规要求可以通过优化柴油机机内燃烧系统实现，但是单纯依靠此类方法却已不能满足国Ⅳ及其以上的排放法规的要求。针对当前已经实施的国Ⅳ甚至未来的国Ⅴ排放法规，尾气后处理技术才是满足其要求所必需且最有效的技术手段。　　本文首先选用目前国际上治理NOx排放的主流技术（尿素-SCR，选择性催化还原后处理技术）作为研究对象，利用通用CFD(计算流体力学)软件FIRE，对SCR系统进行三维建模并进行模拟计算。然后在实验室引进的YC4F115-40高压共轨柴油发动机上进行台架实验，首先不安装后处理系统，进行台架实验，获取该发动机的原机NOx浓度脉谱图;然后安装后处理系统，以目前国际上通用的质量分数为32.5％的尿素水溶液作为还原剂进行台架实验，重新测量该发动机的NOx排放浓度。比较前后两次的氮氧化物的排放浓度，对比结果显示:NOx的转换率高达90％以上。　　然而目前使用的尿素水溶液存在低温下易冻结、喷嘴在使用一段时间后易结晶等缺点，同时我国燃油的高含硫性也会对催化剂产生毒化作用，严重制约着SCR技术在我国的发展和普及。针对以上问题，本文重点研究了以质量分数为40％的甲胺水溶液作为新型还原剂的选择性非催化还原(SNCR)的技术。甲胺水溶液具有良好的低温特性，不需要催化剂，非常适用于我国当前的燃油品质现状。本文首先利用CFD通用软件FIRE对以40％甲胺水溶液为还原剂的柴油机选择性非催化还原系统(SNCR)进行了数值建模。在进行计算之前，提前验证模型的正确性，预先假定了四种还原剂喷射方案并对其进行模拟，比较其对氮氧化物的还原效率的影响，比较了还原剂不同添加方案下排气管道内部还原剂的浓度分布，研究了喷射方向、喷射量以及喷油器的形式等因素对还原剂浓度分布产生的影响。在今后SNCR系统的优化设计研究中，可以以此模拟计算结果作为参考依据。然后设定与台架实验相同的工况条件，经计算得到模拟结果，模拟结果显示SNCR系统的NOx转换率最高可达到80％以上，说明40％的甲胺水溶液作为车用柴油机处理NOx的还原剂是切实可行的。然后在SCR实验基础上，更换尾气后处理系统并将还原剂换为40％的甲胺水溶液，并在相同工况条件下测量NOx的排放浓度，测量结果显示发动机台架实验结果与模拟计算结果是相一致的;最后比较了SNCR系统与SCR系统的NOx转换率台架实验数据结果，对比结果表明:SNCR系统中NOx排放浓度与以32.5％的尿素水溶液为还原剂时的排放水平相当，虽稍低于SCR系统的NOx转换率，但SNCR系统的NOx转换率结果已经能够证明研究中新提出的还原剂的可行性。　　由发动机台架实验和模拟计算结果可知:车用重型柴油机的NOx治理方案中，40％的甲胺水溶液作为新型的还原剂可以很好的替代32.5％的尿素水溶液，在满足排放要求的前提下也克服了尿素水溶液低温特性差、易结晶、催化剂易被硫毒化等缺点。
作者：	葛新洋
专业：	机械工程
导师：	郑明刚;许伯彦;李清锋
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东建筑大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文