还原SCR系统中的物理化学反应过程模拟.pdfVIP

成都，2007年 8月 中国内燃机学会燃烧净化节能分会2007年学术年会论文集 选择性催化还原SCR系统中的物理化学反应过程模拟 余皎 （潍柴动力股份有限公司技术中心，山东，潍坊，261001） 摘要：尿素选择性催化还原系统（SCR）是降低重型商用车NOx排放的一种主要方式，在SCR系统中发生有复杂的物理化学 反应。其中，尿素水溶液的雾化、液滴的破碎、蒸发对SCR载体入口的NH3分布有很大影响，是影响SCR系统催化反应效率 的重要因素；另外，需要优化混和管及尿素喷射装置的布置，保证在设计中不会出现尿素水溶液在壁面出现沉积结晶现 象。对SCR系统载体中NOx的还原以及对NH3的氧化反应过程模拟可以预测SCR系统催化性能，减少试验的成本。本文介绍 了利用化学反应动力学软件CHEMKIN以及其与计算流体力学CFD软件结合模拟SCR中的物理化学反应过程。 关键词： 选择性催化还原系统；SCR；化学反应；CFD；CHEMKIN； 20 世纪 90 年代以来，世界各国对发动机排放法 商业上用的尿素和水溶液（浓度为 32.5%±0.5%) 规的不断严格，大大推动了发动机技术的发展。我 称为 AdBlue ，它的产品属性由 DINV70070 标准定 国 2008 年１月１日将要实施国Ⅲ排放法规，2011 义，此标准在 2003年 8 月公布，将成为 EN 或者 ISO 年 1 月 1 日将要实施国Ⅳ排放法规。在激烈的市场 标准。AdBlue 无毒、洁净、无气味、不易着火、无 竞争中，一些主要生产厂多已做好国Ⅲ发动机的生 爆炸危险，但有腐蚀性，必须使用稳定材料制作的 产准备，并已开始考虑国Ⅳ发动机的改造或研制。 容器存储，管道运输以及填充，比如奥氏体钢，铝， 国内的几家大型柴油机厂家大都选择采用利用机内 以及不同塑料。纯的或者镀锌的钢以及铜和其合金 净化降低碳烟然后利用 SCR 系统来降低 NOx 排放 都不适合尿素水溶液。 的方法来满足国Ⅳ排放法规对碳烟和NOx 的限制。 在正常的储存条件下, AdBlue 浓度不会发生变 SCR系统的基本工作原理：排气从涡轮出来后， 化，有很好的储存稳定性。在温度低于 11℃时候开 进入排气混和管，在混和管上安装有尿素计量喷射 始结晶，因此储存容器，泵以及喷嘴在环境低于 11 装置，喷入尿素水溶液，尿素在高温下发生水解和 ℃时候，为了防止结晶，都需要加热；另外，在高 热解反应后生成氨，在SCR系统催化剂表面利用氨 温储存条件下(50℃) ，AdBlue 开始分解为缩二脲、 还原NOx ，排出N2 ，多余的氨也被还原为N2 防止氨 氨气、碳酸氨，氨基甲酸盐，这可以由闻到氨的气 泄漏。 味检测出来，AdBlue 必须保存在低于 50℃的温度避 SCR 系统包括尿素水溶液储罐，输送装置，计 免分解。 量装置，喷射装置，催化器以及温度和排气传感器 尽管更高浓度的尿素水溶液能减少车辆携带的 等。图 1 为 SCR 系统原理图。 重量，但还是选择 32.5 %浓度，此浓度下的尿素水 溶液提供最低的结晶温度-11℃。另外一个优点是当 溶液部分冷冻的时候，溶液浓度不变化，这可使尿