DOC+DPF系统对柴油机污染物排放特性的影响

对装有氧化催化器(diesel oxidation catalyst, DOC)和颗粒捕集器(diesel particulate filter, DPF)后处理系统的柴油机进行台架试验,利用烟气分析仪(Testo 350XL)和发动机废气排放颗粒物粒径谱仪(TSI EEPS 3090)研究不同负荷下柴油机原机、DOC后和DPF后排气中氮氧化物(NO_x)和颗粒物(particulate matter, PM)的变化规律.结果表明：负荷大于50.0%时,DOC后的NO₂体积分数φ(NO₂)显著增加,柴油机原机氮氧化物中NO₂体积分数φ(NO₂/NO_x)随负荷增加而减小,DOC后和DPF后的φ(NO₂)、φ(NO₂/NO_x)随负荷增加先减小、后增大;柴油机原机PM排放取决于柴油机的运行工况,不同负荷下DOC的PM去除率为15%～30%,50.0%负荷下DOC的PM去除率最高,为26%;DPF的P...     

基于国Ⅵ柴油机SCR系统NOx转化效率影响因素研究

为了探究柴油氧化催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)+柴油颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)+选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)系统氢氧化物(NOx)转化效率影响因素,文章利用AVL BOOST仿真软...     

重型柴油机双SCR系统转化效率影响因素研究

为了研究国六重型柴油机选择性催化还原(slective catalytic reduction, SCR)系统NO_x转化效率的影响因素,文章运用AVL BOOST仿真软件对催化器内的化学反应过程进行了数值仿真和试验验证。结果表明:SCR催化器最佳反应温度范围在180～550℃,催化器转化效率达到95%以上;通过前置氧化型催化转化器(diesel oxidation catalyst, DOC)可以在排气中增加NO_2的质量分数,可以提高催化器转化效率且使NO_x转化效率保持在较高水平,也可以除去尾气中大部分的CO和HC,达到排放标准;安装混合器后各个工况下NO_x转化效率均有10%左右的提高,尤其在低温180℃时SCR催化器的转化效率有13%左右的提高。     

柴油机SCR尿素喷射方式研究

鉴于柴油机选择性催化还原系统尿素喷射特性与氮氧（NO_x）转化效率密切相关,本文搭建SCR系统小样试验台,NO和NH₃作为主要试验用气,研究了不同氨氮比和不同温度条件下V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂的氨存储、氨泄漏以及NO_x转化效率的影响.结果表明:氨氮比越大,氨存储量的建立时间越短,NO_x转化效率的提升就越快;氨氮比为0.22时,15 s内NO_x转化效率从0增大到4.3%;当氨氮比为0.30时,15 s内NO_x转化效率从0增大到8.7%;随着氨氮比的增大氨泄漏会提前出现;氨氮比先大后小的喷射方法有利于改善NO_x转化效率.采用氨氮比先大后小的喷射方法,进行ETC标准循环测试,NO_x比排放从8.26 g/（kW·h）减少到1.91 g/（kW·h）,NH₃泄漏均值为5×10-6,峰值为18×10-6,满足国V排放法规要求.      

高负载铜基SSZ-13分子筛催化剂SCR模型研究

随着日益严格的排放法规出台，降低重型柴油机的氮氧化物(NO_x)排放已成为研究的重点．为提高SSZ-13分子筛催化剂在低温下的二氧化氮(NO₂)转化效率，通过数值仿真的方法研究了高负载铜基的小孔径分子筛催化剂在不同工况下的最佳NO₂占比情况．利用GT-SUITE软件建立了一维反应器模型以及催化反应动力学模型，采用数值模拟计算的方法对选择催化还原(selective catalytic reduction,SCR)系统内化学反应进行了研究．模型考虑了423～673 K的温度范围内，氨气(NH₃)的吸附、脱附和氧化反应、一氧化氮(NO)氧化反应、NO_x的还原反应以及硝酸铵(NH₄NO₃)的分解反应，并且在排出气体中监测重要的温室气体——氧化亚氮(N₂O)的排放量．结果表明：在高负载铜基的SSZ-13分子筛催化剂作用下，NO₂与NH₃反应生成的NH₄NO<...     

轻型柴油机国Ⅳ升国Ⅴ策略研究

为了满足国家标准中对轻型柴油机排放物的要求,文章对加装不同组合尾气后处理器的轻型柴油机进行了台架试验,并针对不同工况下氮氧化物(NOx)和碳烟等常规排放物的比排放量进行了分析研究。阐述了原机排气装置氮NOx和碳烟的排放问题,并对降低轻型柴油机尾气排放物的方法进行了研究;提出了加装柴油机氧化催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)和颗粒物氧化催化器(particulate oxidation catalyst,POC)的改进方法,并分析了该后处理器组合对发动机各种常规排放物的影响规律;提出了通过提高轨压、关闭废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)阀使回流率降低,并安装DOC和选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)后处理器的改进方法。研究结果表明,改进后的轻型柴油车排放物标定值满足国Ⅴ标准,因此所设计的优化方法可行。     

SCR/DOC+DPF+SCR后处理系统对重型柴油机性能及排放的影响

文章基于氧化型催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)耦合颗粒物捕集器(diesel particulate filter,DPF)和选择性催化还原器(selective catalytic reduction,SCR)后处理技术,对比了原机、搭载SCR、搭载DOC+DPF+SCR 3种状态下重型柴油发动机的性能、排气污染物排放状况以及SCR入口处NO在氮氧化物(NOx)中的体积比。试验结果表明,搭载DOC+DPF+SCR系统比搭载SCR系统的发动机扭矩降低了10N·m,油耗基本保持不变;对比搭载DOC+SCR、搭载SCR以及搭载DOC+DPF+SCR 3种状态下SCR入口处NO在NOx中的比例发现,SCR状态下基本全为NO,其余2种状态下NOx中NO的体积比随温度升高而逐渐降低,排温在450℃时该比例下降到0.86;搭载DOC+DPF+SCR的ESC试验中CO转化效率为93%,HC转化效率为70%,NOx转化效率为90%,PM转化效率为51%,相比于搭载SCR的ESC试验,NOx的转化效率降低了3%。     

氨法脱硫中亚硫酸铵的氧化工艺参数

通过改变亚硫酸铵初始浓度、硫酸铵初始浓度、反应温度、混合液pH值、空气流量、催化剂浓度, 研究氨法脱硫中亚硫酸铵氧化率的变化. 结果表明: (NH₄)₂SO₃的浓度与 (NH₄)₂SO₃的氧化率成反比关系; 初始 (NH₄)₂SO₄浓度越大, (NH₄)₂SO₃氧化率越低; 当反应温度为40~60 ℃时, 随着温度的升高,  (NH₄)₂SO₃的氧化率不断增大;  (NH₄)₂SO₃氧化率受混合溶液pH值的影响, 较合适的pH值为5.5; 当空气流量为100~400 L/h时, 随着空气流量的增大,  (NH₄)₂SO₃的氧化率增大; 随着催化剂CoSO₄浓度升高,  (NH₄)₂SO₃氧化率增大.结合氨法脱硫工程实例考虑, 当反应温度控制在50 ℃ 左右, (NH₄)₂SO₃采用低浓度氧化, 混合液pH值为5.5, 空气流量为300 L/h, 催化剂浓度较高时, (NH₄)₂SO₃的氧化率较高.     

低排温条件下混合器本体温度对尿素雾化效果的影响

为了改善柴油机低排温(200℃)下尿素雾化效果不好的问题,本文研究了柴油机低排温条件下混合器本体温度对SCR系统的影响。基于云内4102柴油机,在1 200 r·min^-1、20%负荷条件下,运用计算流体动力学(CFD)技术进行数值模拟。通过对比2种混合器的压降、迹线、混合器上壁面液膜分布情况,选取更适合的混合器类型。通过改变混合器的本体温度,来对比分析不同温度的混合器对壁面液膜和催化器前端NH₃均匀性系数的影响。研究结果表明：混合器本体温度的变化对于液膜的形成影响较大,混合器本体温度从100℃升高到200℃时,混合器上液膜区域明显减少。混合器本体温度的升高对NH₃均匀性系数有显著影响。随着混合器本体温度升高,NH₃均匀性系数明显升高,且随着温度的不断升高,NH₃均匀性系数越来越接近1。使混合器保持合适的温度,能够有效提高尿素的雾化效果和NH₃均匀性系数。     

应用SCR后处理实现车用柴油机国IV排放

 选择性催化还原（SCR）技术是实现柴油机超低NOx排放最有效的后处理方法之一。本研究采用一台电喷单体泵柴油机,通过燃烧优化使PM排放满足国IV排放要求。为降低原机较高的NOx排放,采用开环控制策略开发一套电控单元控制尿素溶液喷射,通过将32.5%的尿素溶液定量喷射到排气管,提供还原剂,与柴油机排气中的NOx发生选择性还原反应,生成N2和H2O,实现降低NOx排放的目的。由于选择催化还原方法的NOx转化效率高,通常采用开环控制即能实现国IV排放。本研究通过标定实验获得发动机的原机NOx排放、排气温度、排气流量、单位尿素溶液流量的NOx降低量等脉谱,并将其写入电控单元。通过这些脉谱和当前的发动机转速、负荷信号及催化器进出口的温度信号,电控单元可计算出当前工况需要的尿素喷射量。采用该方法,在稳态和瞬态循环工况,研究了SCR后处理的NOx转化效率、氨泄漏及尿素溶液消耗量特性。结果表明,稳态循环ESC、瞬态循环ETC中,NOx平均转化效率分别达到65.2%、65.3%,氨排放小于5ppm;可溶性有机成分（SOF）,实验表明,PM减少主要是由于SOF在氧化单元中发生氧化反应;对ETC循环中尿素消耗量的分析表明,采用本研究开发的尿素溶液计量单元及配套本实验使用的发动机的柴油车,运行100km大约消耗32.5%尿素溶液2L。     

缸内后喷对CDPF温度特性及再生效率的影响

随着排放法规的日益严格,氧化催化转化器(diesel oxidation catalyst,DOC)+催化型柴油颗粒捕集器(catalyzed diesel particulate filter,CDPF)已经成为降低柴油机排放CO、THC和颗粒物的主流技术,而CDPF再生是目前技术发展的主要阻碍之一,文章研究了再生过程中缸内后喷对DOC、CDPF的影响,得出缸内后喷可以使尾气达到DOC的起始工作温度,而次后喷可以使DOC出口温度达到CDPF的再生温度;试验过程中通过良好地控制CDPF入口再生温度,得到了再生效率的变化规律,在500℃、20min工况下再生效率达到98%,满足再生要求,并且总结了一种标定的试验方法,为后续研究的进行积累了一定的经验。     

S-CO2煤粉锅炉NOx超低排放设计与优化

为了实现超临界二氧化碳（S-CO₂）布雷顿循环燃煤发电的NO_x超低排放,首先对一台1 000 MW级S-CO₂煤粉锅炉进行了热力系统分析与燃烧数值试验,以获得尾部烟道温度分布以及炉膛出口烟气特性;在此基础上,构建了NO_x超低排放设计方案,采用数值模拟与正交试验相结合的方法研究了结构参数对脱硝性能的影响规律,并对SCR脱硝系统的内部结构进行优化.结果表明,S-CO₂煤粉锅炉炉膛出口温度比传统水蒸气锅炉高,需将该锅炉的空气预热器分为2级,将SCR脱硝反应器置于2级空气预热器之间,SCR脱硝反应器前端的空气预热器吸热量为215.83 MW.催化剂上游结构对催化层入口速度偏差影响最大.优化后的脱硝系统第1层催化剂入口相对标准偏差系数为10.19%.     

DOC与SCR系统在轻型柴油机中的应用研究

针对单独的选择性催化还原器(SCR)不能使轻型柴油机排放达到标准,提出氧化催化转化器(DOC)与SCR组合应用。基于台架试验,在一台四缸共轨增压中冷柴油机的排气管上匹配DOC和SCR并进行欧洲稳态循环(ESC)测试研究,探究了DOC对SCR入口处进气的温度影响和对SCR中结晶物进行热重分析,研究了DOC+SCR对柴油机的经济性的影响、尾气排放性能的影响。试验结果表明:DOC对提高SCR入口温度的作用不大,在转速2 400 r/min,扭矩126 N·m时达到最大10℃;DOC主要改变SCR入口NO2与NOx的体积比,怠速状态下提高比例达到64%,其余工况达到30%;对尿素沉积物进行了分析,得出排气管壁与喷嘴处附近的结晶组分含量不相同;柴油机采用DOC与SCR后处理装置后,燃油消耗率在高负荷情况下增大1.5%;CO和HC排放在各个负荷下都大幅下降,排放值分别为0.007 g/(k W·h)、0.005 g/(k W·h);NOx的排放在SCR作用下达到1.209 g/(k W·h),转化率达到79%。研究结果可为轻型柴油机满足排放标准、优化排放提供参考。     

基于MPC5602的CDPF喷油助燃再生系统电控单元设计

文章分析了柴油发动机柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)喷油再生系统的结构和工作原理,研究了氧化型催化转化器(diesel oxidation catalyst,DOC)+催化型柴油机颗粒捕集器(catalyzed diesel particulate filter,CDPF)喷油辅助再生系统的再生控制策略,提出采用Freescale公司的32位高速MPC5602单片机为核心控制器,开发了CDPF再生系统电控单元;根据控制策略对电控单元进行软件设计,在再生过程中对系统各执行器进行实时控制;最后搭建试验台架,对所设计的电控系统进行标定匹配,并对控制策略和电控单元工作性能进行试验。试验结果表明,该系统能稳定工作并顺利完成DPF的再生。     

淬熄高度和空气分配比例对RQL燃烧室燃烧特性的影响

基于富油/淬熄/贫油(RQL)技术原理,设计一种燃气轮机低排放燃烧室.在保持燃烧室进口参数不变的前提下,研究不同淬熄结构高度及空气流量分配比例对燃烧室内流场、温度场及污染物生成特性的影响.结果表明：淬熄结构高度和空气分配比例是影响燃烧室燃烧性能的重要参数,随着淬熄结构高度的降低,燃烧室出口氮氧化物NO_x的排放量增加;随着富油区主燃孔与淬熄空气质量流量的空气分配比例降低,燃烧室出口NO_x的排放量先降低后增加,存在一个最佳的空气分配比例使NO_x排放量最低;热力型NO_x的生成量与温度高于1 900 K的区域大小和最高燃气温度存在直接关系.基于此设计的燃烧室在所研究的工况下,最低NO_x排放量可低于35 mg/m³,达到了低污染燃烧室排放标准.     

排气背压对小型柴油机性能影响的研究

为分析排气背压对小型柴油机动力性、经济性和排放性能的影响,选取186F柴油机通过控制排气管上的节流阀开度调整排气背压进行试验。试验结果显示:随着排气背压的增大,样机的动力性能和经济性能均出现恶化,以标定工况(3 600 r/min,16.7 N·m)为例,排气背压增大到80%时,比油耗增加3.7%,扭矩降低5.6%;在低速工况下影响更为明显。过量空气系数在同一转速不同负荷均随排气背压的增大而减小。采用非道路用柴油机的稳态八工况排放试验循环得到不同排气背压下整机比排放,HC、CO比排放呈先降低后增加趋势,其中排气背压增加到20%和40%时,HC、CO比排放分别降低1.3%和1.1%,达到最小值;NO_X比排放呈下降趋势,排气背压增加到80%时,NO_X比排放降低17.1%;PM(颗粒物)比排放呈上升趋势,同时NO_X、PM比排放随排气背压的变化较为敏感。研究内容可为小功率非道路柴油机排气背压的设计值提供理论依据。     

钒基SCR后处理技术在柴油机上的应用进展

 采用钒基催化器的选择性催化还原(SCR)后处理技术是中重型柴油车达到欧IV/V排放水平的主要技术途径。针对钒基催化器应用在柴油机上的优势,钒基催化器的性能优化和钒基催化器与其他后处理装置的集成3方面,综述了钒基催化器在柴油机上的应用进展。针对钒基催化器的优势,重点论述了NO_x转化能力,钒基催化器对THC,CO和PM排放的影响,温室气体排放,抗硫中毒能力和成本优势;针对钒基催化器的性能优化则分别从催化器体积对性能的影响,冷启动性能的优化,以及尿素溶液喷射策略改进和尿素喷雾改善等方面进行论述;对钒基催化器和DOC,DPF的不同布置方式进行了论述,并展望了钒基催化器的应用发展方向。     

YCD4B54系列柴油机的开发与研制

设计和研制YCD4B54柴油机,并针对研制过程中的技术要求、工艺流程,以及存在的技术关键与难点进行系统分析.结果表明:YCD4B54系列柴油机针对性地集成了多种机内处理技术,采用废气涡轮增压与中冷技术,能强化柴油机的动力;采用电控高压共轨燃油喷射系统,能提高喷油速率和燃油雾化水平;采用排气再循环+柴油氧化催化器+颗粒氧化催化器(EGR+DOC+POC)后处理技术方案,能保证柴油机具有良好的动力性和燃料经济性.     

柴油机SCR后处理控制器的研发

基于某重型柴油机进行选择性催化还原(SCR)的后处理系统匹配,开发了SCR后处理控制器,采用高性能芯片MC9S12XEQ512进行了控制器硬件设计,并完成性能测试,对SCR系统控制策略进行了深入研究,利用催化器下游NO x传感器和废气流量计的测量值作为期望输出,采用有导师学习方式的BP神经网络开发了催化器上游NO x排放估算模型,并基于此模型设计稳态工况添蓝计量控制策略,提出了催化器载体瞬态温变滞后修正算法和瞬态工况NH3泄漏控制策略.结果表明:设计的SCR控制系统瞬态工况的鲁棒性好,NO x转化率控制在60%左右,NH3泄漏量最大值控制在2.5×10-5以下;设计的控制器应用到目标发动机,经ESC和ETC试验验证排放达到国Ⅳ标准.     

液体燃料MILD燃烧的特性及其污染物的排放规律

为了探究液体燃料的中低氧稀释(moderate and intense low-oxygen dilution, MILD)燃烧的特性,采用数值模拟方法,分析了MILD燃烧过程中空气与燃料的入口条件对燃烧室烟气回流比、流场结构和污染物排放量的影响规律.研究结果表明：MILD燃烧室内流场结构对燃料与空气的混合起到决定作用;随着当量比的增加,燃烧室温度逐渐升高,CO的排放量逐渐增大,NO_x排放量也随之增大,当量比为0.9时,NO_x排放量达到峰值;随着空气入口速度的增加,燃烧室中心面温度分布均匀,没有明显的局部高温峰值点,NO_x排放量逐渐减小,CO排放量呈先减小、后增大的趋势,空气入口速度为110 m/s时的CO排放量最小;随着燃料入口速度的增大,燃烧室内峰值温度逐渐升高,NO_x排放量逐渐增加,CO排放量呈先减小、后增大的趋势.