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汽车工程 2018年第6期40卷 638-645页

作者：范鲁艳汪安东曲大为李君马军彦吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室长春130022

针对现有选择性催化还原(scr)系统使用的尿素水溶液在柴油机低速小负荷时的低排气温度下难以热解而产生氨气,和容易生成沉淀物而堵塞管道,降低NOx转换率等问题,本文中对固态scr(Sscr)系统的两种可选铵盐还原剂(碳酸铵和氨基甲酸铵)进行... 详细信息

针对现有选择性催化还原(scr)系统使用的尿素水溶液在柴油机低速小负荷时的低排气温度下难以热解而产生氨气,和容易生成沉淀物而堵塞管道,降低NOx转换率等问题,本文中对固态scr(Sscr)系统的两种可选铵盐还原剂(碳酸铵和氨基甲酸铵)进行研究。首先,氨气含量理论分析和热重试验结果表明,碳酸铵和氨基甲酸铵单位质量分解所能获得的氨气。分别为尿素水溶液的1.92和2.37倍,温度90℃(大大低于柴油机低速小负荷下的排气温度150℃)下,两种铵盐都能在8min内完全分解。接着分解平衡压和再结晶试验结果显示,在柴油机冷却液和机油的正常工作温度范围内,两种铵盐都能为喷射系统提供较高的喷射压力,也都不会发生再结晶。说明氨基甲酸铵和碳酸铵均满足作为Sscr系统还原剂的要求,其中氨基甲酸铵的综合性能略胜一筹。最后,利用等温法和积分法计算了氨基甲酸铵和碳酸铵的分解动力学参数,包括分解反应级数、活化能和表观指前因子,为Sscr氨气生成和供给系统的设计提供理论依据。

关键词：固态scr 铵盐热分解特性结晶分解动力学参数

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柴油机固态scr系统铵盐重结晶试验研究

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内燃机工程 2017年第5期38卷 47-51页

作者：马军彦李君曲大为中车长春轨道客车股份有限公司长春130022 吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室长春130022

试验研究了柴油机固态选择性催化还原系统(Sscr)铵盐——氨基甲酸铵和碳酸铵在系统喷射管路重结晶的对应温度。通过Sscr喷射系统试验装置,调节系统管路温度使气体在固定位置产生结晶,使激光穿过结晶部位到达光敏电阻模块,根据光敏电阻... 详细信息

试验研究了柴油机固态选择性催化还原系统(Sscr)铵盐——氨基甲酸铵和碳酸铵在系统喷射管路重结晶的对应温度。通过Sscr喷射系统试验装置,调节系统管路温度使气体在固定位置产生结晶,使激光穿过结晶部位到达光敏电阻模块,根据光敏电阻模块输出电压的变化测定铵盐重结晶所对应的温度。结果表明,氨基甲酸铵的重结晶温度高于碳酸铵,同时分别测得了不同喷射压力下氨基甲酸铵和碳酸铵的重结晶温度。

关键词：内燃机固态scr 铵盐重结晶

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固态scr系统氨气储释装置设计与优化

固态SCR系统氨气储释装置设计与优化

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作者：吴祥吉林大学

学位级别：硕士

汽车尾气排放的氮氧化物对环境以及人体的危害较为严重,而降低方法是通过选择性催化还原(scr)技术。目前较为成熟的scr技术一般是以32.5%的尿素水溶液作为还原剂氨气的来源,其对NOX的转化效率可以达到90%以上。虽然液态尿素scr技术对NO... 详细信息

汽车尾气排放的氮氧化物对环境以及人体的危害较为严重,而降低方法是通过选择性催化还原(scr)技术。目前较为成熟的scr技术一般是以32.5%的尿素水溶液作为还原剂氨气的来源,其对NOX的转化效率可以达到90%以上。虽然液态尿素scr技术对NOX有很好的转化效果,但在使用过程中存在着各种各样的问题。例如储氨密度低、在-11℃易发生冻结以及排温较低时转化性能较差。而以固态铵盐(例如氨基甲酸铵、碳酸氢铵等)和金属氨合物等作为还原剂氨气来源的固态scr技术,有着储存还原剂的密度高、在低温情况下对NOX转化效果好等特点。由于液态尿素scr技术存在技术上难以克服的缺点,而固态scr技术使用时不存在水解等中间反应,所以国内外研究人员将研究重点转向了直接喷射还原剂氨气的固态scr技术。在本文的研究中,对固态scr系统的氨气储释装置进行了设计;在对比各种固态储氨材料后选择氯化锶作为还原剂氨气吸附载体;选择通过汽车尾气对氨气储释装置进行加热使其释放氨气,同时对加热系统构架以及启动单元等进行了设计;通过GAMBIT和FLUENT软件对氨气储释装置进行建模和内部温度场分布仿真模拟,并通过台架试验对仿真结果进行验证;随后对仿真结果中出现的问题进行优化。主要研究内容如下:1.对目前主要的固态储氨材料进行筛选,通过对储氨密度、氨气初始释放温度以及氨气压力建立能力等方面的比较,选择氨合氯化锶作为还原剂氨气的吸附载体。接下来便是对氨气储释装置的尺寸和内部加热管道的布置进行设计。鉴于选择以尾气加热储氨材料使之释放氨气,所以对加热框架进行了构建,并同时对氨气输送管道尺寸进行了选择。2.利用FLUEN T常用前处理软件GAMBIT对氨气储释装置进行模型建立和网格划分。将建立好的物理模型导热流场分析软件FLUENT中,初始参数来自于发动机怠速工况数据,在满足计算精度的条件下,使计算过程尽量简化。模拟结果显示,在入口温度为370.15K的情况下,沿着管程温度逐渐降低,出口温度约为350K左右,壳体外表面温度约为315K左右;对于氨气储释装置内部:(1)氨气储释装置内部温度场呈对称分布;(2)在X=-300mm截面处,径向布置的加热管外围温度逐渐降低,当传热过程稳定时,最外围温度保持在315K左右。另外,加热管及临近区域温度为363K左右,并且由于各个加热管温度场之间的相互干涉,在径向布置的加热管和中心布置的加热管之间会形成一个温度在360K左右的等温区域,此等温区域同样是对称分布的;(3)在X=300mm截面处,加热管和邻近区域的温度为352K左右,装置内部最外围温度为313K左右,而由于干涉所形成的中心等温区的温度为348K左右。3.利用发动机台架试验对氨气储释装置内部温度场进行测量。测得加热管和壳体外表面的温度数据后利用插值法得出加热管内部温度变化趋势为,入口与出口处温度相差约为15℃左右,装置外表面温度为40℃。通过比较加热管仿真结果和实验结果,可以发现,两者的变化趋势和变化率是一致的,那么壳体内部温度场也与仿真结果一致。4.针对氨气储释装置内部存在局部高温和末端温度降低的情况,根据强化传热知识分别从加热管的形状和布置两个方面进行了优化。优化结果显示,在将等径加热管改为渐扩加热管、将中心加热管去掉的情况下,在截面X=-300mm处内部最高温度为364K左右,而在截面X=300mm处温度约为352K左右,由此可以看出,虽然前后温度差值基本没变,当相应截面的温度与之前相比都有所提高,氨气储释装置内部温度场分布均匀性得到改善。

关键词：固态scr 氨气储释装置载体温度场模拟优化

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储氨材料吸附脱附特性及应用于固态scr系统研究

储氨材料吸附脱附特性及应用于固态SCR系统研究

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作者：陈顺上海交通大学

学位级别：硕士

近年来,随着大气环境的恶化和汽车排放法规的愈加严格,汽车尾气排放控制技术方面的研究越来越受到人们的关注。对于柴油机中最难处理的NO,目前基本都采用选择性催化还原技术(scr)来进行去除,其转化效率可达90%以上,scr催化反应所需的还... 详细信息

近年来,随着大气环境的恶化和汽车排放法规的愈加严格,汽车尾气排放控制技术方面的研究越来越受到人们的关注。对于柴油机中最难处理的NO,目前基本都采用选择性催化还原技术(scr)来进行去除,其转化效率可达90%以上,scr催化反应所需的还原剂NH来自于32.5%的尿素水溶液。传统scr技术在降低柴油机NO排放方面具有很好的效果,但其中也存在许多难以解决的问题:储氨密度低,-11℃以下时尿素水溶液会发生冻结,低排温时NO去除效率低等。而近年来发展起来的通过固态储氨材料分解来提供NH的固态scr技术(Sscr)可以有效解决这些问题。作为固态scr系统核心之一的储氨材料,其性能直接影响着固态scr系统对NO的去除效率,目前储氨材料的研究主要针对制冷领域,应用于车用固态scr系统研究较少,本文对储氨材料应用于车用固态scr系统上的相关特性进行了研究。本文研究在自主设计并搭建的固态scr实验系统上进行,主要对各类储氨材料的吸附特性及脱附特性进行了研究,并通过TGA、BET、SEM等表征方法对吸附量衰减现象产生的原因进行了分析,提出了相应的吸附性能改善方法,最终确定了Sr(NH)Cl/膨胀石墨为最佳复合储氨材料,主要研究内容及结论如下:(1)通过热重分析及理论计算研究了三类储氨材料的储氨特性,结果表明金属氨合物储氨体积密度和储氨质量密度都为最高,可达尿素水溶液的3倍。Sr(NH)Cl脱附氨气所需能量和脱附氨气温度最低,仅需34℃便能脱附氨气,每脱附单位摩尔质量的氨气,所需能量仅为40 k J,不到尿素水溶液的一半。金属氨合物的平衡蒸汽压在1 bar以内,经济性也较高。综合以上结果选择了Sr(NH)Cl作为此固态scr系统的储氨材料。(2)通过固态scr实验系统进一步探究了SrCl的吸附及Sr(NH)Cl及脱附特性。在吸附特性方面,提高吸附压力到4 bar,仅需15 min便能达到饱和吸附量的90%以上。循环过程中存在吸附量衰减现象,是由于吸附过程中材料结构变化,膨胀结块所导致的。在氨气脱附方面,提高加热温度到250℃,仅需不到5 min便能达到额定喷射条件。(3)针对循环吸附中的吸附量衰减进行了材料改性研究,并制备了SrCl/活性炭与SrCl/膨胀石墨复合吸附剂,研究结果表明SrCl/膨胀石墨复合吸附剂性能更佳,当膨胀石墨添加量为氯化锶质量的1/6,石墨膨胀倍数为148倍时,循环吸附量稳定,达到0.79 g/g。(4)对Sr(NH)Cl/膨胀石墨在固态scr系统中的实际应用效果进行了研究,结果表明在180℃的低排温段仍具有81%的NO去除效率,空速升高至90000 h时,NO去除效率为61%,性能明显优于传统Adblue-scr系统。固态scr系统中设置启动单元,可缩短氨气启喷时间至40 s。

关键词：排气后处理固态scr 复合吸附剂氯化锶

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氯化锶吸附脱附特性及应用于固态scr系统研究

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柴油机 2021年第3期43卷 43-49页

作者：陈顺彭雪松管斌林赫湛日景上海交通大学动力机械与工程教育部重点实验室上海200240

固态scr系统技术可以有效地解决储氨密度低,低温环境尿素水溶液启喷时间长及低排温时NO_(x)去除效率低等问题。通过自主搭建的固态scr系统,对储氨材料Sr(NH_(3))_(8)CI_(2)的氨气吸附和脱附特性进行了研究,并通过TGA、BET、SEM等表征方... 详细信息

固态scr系统技术可以有效地解决储氨密度低,低温环境尿素水溶液启喷时间长及低排温时NO_(x)去除效率低等问题。通过自主搭建的固态scr系统,对储氨材料Sr(NH_(3))_(8)CI_(2)的氨气吸附和脱附特性进行了研究,并通过TGA、BET、SEM等表征方法分析了SrCI2氨气吸附量衰减的原因。分析表明:吸附结块是导致吸附衰减现象发生的主要原因。制备了SrCI_(2)/活性炭复合吸附剂,通过改善吸附剂的孔隙结构来改善吸附衰减现象。试验结果表明:应用Sr(NH_(3))_(8)CI_(2)/活性炭的固态scr系统,在180℃的低排温段仍具有81%的NO_(x)去除效率,且氨气启喷时间最短为40 s,性能优于传统Adblue-scr系统。

关键词：排气后处理固态scr 复合吸附剂 SrCl_(2)

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柴油机固态选择性催化还原氨气定量喷射系统设计

柴油机固态选择性催化还原氨气定量喷射系统设计

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作者：许闯力吉林大学

学位级别：硕士

在经济发展的同时，人们所面临的环境问题也越来越严重，而在氮氧化物污染方面，机动车废气排放是一个重要的来源。现阶段降低机动车氮氧化物排放的措施有多种，选择性催化还原（scr）技术是降低发动机NOx排放的主要手段。比较成熟的SC... 详细信息

在经济发展的同时，人们所面临的环境问题也越来越严重，而在氮氧化物污染方面，机动车废气排放是一个重要的来源。现阶段降低机动车氮氧化物排放的措施有多种，选择性催化还原（scr）技术是降低发动机NOx排放的主要手段。比较成熟的scr技术一般用32.5%的尿素水溶液作为还原剂。然而液态尿素scr技术在使用过程中也出现了许多问题。首先，尿素水溶液的储氨密度较低，车辆需要频繁的补充还原剂。其次，液态尿素水溶液作为还原剂时，在排气温度较低时，NOx的转化效率较低，并且容易产生喷嘴的堵塞和尿素的结晶问题。而以固态尿素、氨基甲酸铵、金属氨络物等物质作为还原剂的固态scr系统，具有还原剂的储氨密度高，所占车辆空间小;在低温下对NOX反应转化效率较高，并且不易发生喷嘴堵塞等现象。由于固态scr系统在解决液态尿素scr系统使用过程中遇到的问题上具有技术优势，国内外的许多学者对氨气直接喷射的固态scr技术进行了深入研究。在本文的研究中，提出了固态选择性催化还原氨气定量喷射系统的工作原理，并以氨合氯化锶作为还原剂，对该系统进行了设计,并对所设计的系统进行了可行性进行测定;在氨气直接喷射的情况下，利用所设计的固态scr系统对scr催化器的催化性能进行了研究。主要研究内容如下： 1.以氨合氯化锶为还原剂进行了氨气发生器的设计，根据还原剂的更换周期和氨气生成速率的要求利用传热学知识对氨气发生器的容积以及内部加热管径的大小和布置方式进行了设计。 2.提出了氨气稳压与检测系统的工作原理，利用所采集到的压力信号对流经氨气发生器的冷却液的流量进行控制。在具体的试验中，系统稳压罐的压力在2.5bar左右，通过减压阀的减压作用后，氨气的喷射压力为2.0bar。 3.利用飞思卡尔单片机进行固态scr控制电路整体设计并进行所需程序的编写，主要包括氨气定量喷射控制程序、稳压罐氨气压力稳定程序、温度传感器，压力传感器，NOx传感器信号采集程序。基于LabVIEW软件进行上位机检测软件的编写，将控制单元采集的数据通过串口的形式发送到上位机，实现所需数据的实时采集和存储。 4.采用高压泵提供的高压空气代替氨气作为喷射气体，对喷嘴的喷射特性进行了初步的研究.实验表明，气体的喷射流量主要受到气体的喷射压力和喷嘴的喷射频率的影响;在本试验中选择氨气的喷射压力为2.0bar，喷嘴频率为25HZ进行实验研究。 5.利用所设计的固态scr系统进行实验台架搭建;对所选用的NOx传感器进行稳定性和精确度标定;由标定结果可知，在B25工况下NOx传感器的最大波动量在6ppm;由基于排气分析仪的差值百分比可知，在各个工况下，二者之间的差值都在4%以下，在允许的误差范围内，所选择的NOx传感器的性能可以满足试验需要。在台架搭建完成后，对所设计的系统进行建压能力测试和还原剂吸收能量测试，稳压系统经过5分钟的时间就可以达到氨气的喷射压力，并且发动机冷却水供给还原剂的热量能够满足氨气解析的需要。试验选择多转速下的负荷曲线对NOx的转化下来进行研究，在排气温度为150℃-200℃之间时，NOx的转化效率仍然处于20%-60%之间，相比于液态scr系统而言，依然具有较高的转化效率，由此可知，固态scr系统对于降低低温下的NOx浓度具有重要作用。

关键词：柴油机固态scr 控制系统信号采集 NOx转化效率

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