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柴油车SCR系统尿素结晶优化方案研究作者：江涛来源：《山东工业技术》2017年第21期摘要：本文针对柴油车SCR后处理系统中出现的尿素结晶问题优化措施进行研究，提出了减小尿素喷射量、减小喷孔孔径、优化混合器结构、优化DOC出气口结构以及尿素水溶液添加剂等五项优化措施，并进行了试验验证。
结果表明，五项措施均可以明显改善尿素结晶。
关键词：柴油机；SCR；尿素结晶DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.21.0020 引言2017年1月1日，全国全面实施第五阶段国家机动车排放标准。
相比国四标准，新标准轻型车氮氧化物排放降低25%，重型车氮氧化物排放降低43%.为了满足此标准，多数主机厂在柴油车后处理方案上均采用了DOC与SCR系统，此方案在降低氮氧化物的同时不可避免的会出现尿素结晶的问题，图1为某柴油机车路试中出现的尿素结晶现象。
1 结晶机理尿素在排气尾管中收到发动机排气温度的作用发生热解反应，产生氨气，反应过程如下：从上述反应过程可以看出，若发动机SCR混合器中的温度长期在150～280℃的温度区间内，（异氰酸）发生副反应的几率很大。
2 优化方案与试验验证因排气温度与排气流量主要取决于发动机本体，对于主机厂而言，变更发动机本体对发动机的各项性能影响较复杂，本文主要研究发动机本体以外的优化方案对尿素结晶风险的改善。
2.1 优化尿素喷射量优化尿素喷射量为改善尿素结晶风险最直接的方式，在满足排放法规要求的同时，降低各个工况点的尿素喷射量以及氨存储量。
试验中使用某柴油机，在同一稳定工况点，尿素喷射量降低20mg/s，进行20小时台架尿素结晶对比试验，试验结果表明，尿素喷射量的降低对结晶风险的改善明显，如图2所示。
2.2 减小喷孔孔径试验中使用某柴油机，在流量不变的情况下，将三孔尿素喷嘴变更为六孔尿素喷嘴，喷雾粒径降低20um，在同一工况下，进行20小时尿素结晶对比试验，试验结果表明，喷孔数的增加或者喷孔孔径的减小，可以极大的改善尿素结晶风险，如图3所示。
MAN6S50MC-C型柴油机SCR催化反应器结构尺寸设计与性能优化的开题报告一、选题背景及意义SCR（Selective Catalytic Reduction）催化反应技术是一种有效降低柴油机尾气中NOx排放的方法，具有高效、环保、经济等优点。
近年来，环保法规的不断升级，推动着柴油机上的SCR技术不断发展和完善。
MAN6S50MC-C型柴油机作为船舶主机，具有动力大、可靠性高、寿命长等特点，是航运行业使用最为广泛的柴油机之一。
针对该型号柴油机，在提高其经济性和环保性的要求下，采用SCR技术进行尾气净化，对于维护海洋环境和保护人类健康具有重要意义。
根据上述背景，本课题拟针对MAN6S50MC-C型柴油机，进行SCR催化反应器结构尺寸设计与性能优化的研究，旨在提高其尾气净化效率和经济性，以满足环保法规的要求和市场的需求。
二、研究内容及技术路线1. SCR催化反应器的结构尺寸设计（1）根据MAN6S50MC-C型柴油机的NOx排放特性和SCR催化反应器的工作原理，确定合理的SCR催化反应器结构类型和尺寸范围；（2）分析SCR催化反应器在使用过程中的热特性和流体特性，优化其结构尺寸设计。
2. SCR催化反应器的性能优化（1）建立SCR催化反应器的数学模型，模拟其在不同工况下的工作状态和性能；（2）采用CFD仿真技术，分析SCR催化反应器内部的流场分布和催化剂的分布情况，优化其设计参数和结构参数；（3）通过实验验证，检验所设计的SCR催化反应器的尾气净化效果和经济性指标，提高其实用性和可操作性。
技术路线：三、预期结果及意义本课题的主要预期结果如下：（1）针对MAN6S50MC-C型柴油机，设计出一种适用于其尾气净化的SCR催化反应器结构，具有较高的尾气净化效率和经济性指标；（2）建立一套完整的SCR催化反应器数学模型和仿真模型，可用于该型号柴油机的尾气净化的研究和开发；（3）通过实验验证，确保所设计的SCR催化反应器的性能稳定可靠，符合环保法规和市场需求，为改善海洋环境和保护人类健康做出贡献。
利用STAR-CD对重型柴油机SCR系统进行布置优化图1 SCR系统原理图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。
利用计算流体力学软件STAR-CD来模拟混和管中尿素水溶液的喷雾情况，通过计算优化排气管道形状以及喷射位置和喷射角度，避免尿素水溶液撞壁出现沉积，堵塞管路。
20世纪90年代以来，世界各国对发动机排放法规的不断严格，大大推动了发动机技术的发展。
我国从2008年7月１日起全面实施国Ⅲ排放法规，2010年1月1日将要实施国Ⅳ排放法规。
目前，国内的几家大型柴油机厂大都通过机内净化降低碳烟，然后利用SCR系统降低NOX排放的方法来满足国Ⅳ排放法规对碳烟和NOX的限制。
图2 SCR系统网格和边界条件位置图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。
系统的基本工作原理是（见图1）：尾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NH3，在SCR系统催化剂表面利用NH3还原NOX，排出N2，多余的NH3也被还原为N2，防止泄漏。
一般情况下，消耗100L燃油的同时会消耗5L液体尿素水溶液。
在SCR中发生的化学反应如下：尿素水解：（NH2）2CO+H2O→2NH3+CO2NOX还原：NO+NO2+2NH3→2N2+3H2ONH3氧化：4NH3＋3O2→2N2＋6H2O在SCR系统中发生的复杂的物理和化学反应包括：尿素水溶液的喷射、雾化、蒸发、尿素的水解和热解气相化学反应以及NOX在催化剂表面与NH3发生的催化表面化学反应。
利用数值模拟研究这些过程，可以优化混和管路的设计和尿素喷射装置的布置，从而优化SCR系统的布置，预测催化效率，减少试验成本。
图3 在某一位置不同的喷射方向本文介绍了在某重型国Ⅳ柴油机的开发过程中，利用CFD工具对管道的几何形状、尿素喷射装置的位置及喷射角度进行优化设计，从而保证在混和管路不出现粒子撞壁后的结晶。
降低柴油机NO排放的SCR系统控制策略研究一、概述随着全球环保意识的日益增强，柴油机排放控制已成为当前内燃机领域的研究热点。
氮氧化物（NOx）作为柴油机排放的主要污染物之一，其减排技术的研究与应用具有重要意义。
选择性催化还原（SCR）技术作为目前最有效的柴油机NOx减排手段之一，已经得到了广泛应用。
本文旨在深入研究降低柴油机NOx排放的SCR系统控制策略，通过优化控制算法和参数设置，实现NOx的高效减排。
SCR系统通过向柴油机排气中添加尿素水溶液，在催化剂的作用下将NOx还原成无害的氮气和水。
SCR系统的性能受到多种因素的影响，如尿素喷射量、催化剂活性、排气温度等。
制定合适的控制策略对于保证SCR系统的减排效果至关重要。
近年来，随着电子控制技术的发展和智能化水平的提高，SCR系统的控制策略也在不断更新和优化。
传统的开环控制策略虽然简单易行，但难以适应柴油机工况的复杂变化。
闭环控制策略能够根据实时排放数据调整尿素喷射量，实现更精确的NOx减排。
基于模型的预测控制策略以及基于机器学习的智能控制策略也在逐步应用于SCR系统中，以提高系统的鲁棒性和自适应性。
本文将对现有的SCR系统控制策略进行梳理和分析，针对柴油机不同工况下的NOx排放特点，提出一种基于实时排放数据和催化剂活性预测的闭环控制策略。
通过仿真和实验验证，评估该控制策略在降低柴油机NOx排放方面的性能和效果，为实际应用提供理论依据和技术支持。
1. 柴油机NO排放问题的严重性《降低柴油机NO排放的SCR系统控制策略研究》文章段落：柴油机NO排放问题的严重性柴油机作为重要的动力源，在各类车辆及非道路机械领域发挥着举足轻重的作用。
随着工业化进程的加快，柴油机排放问题日益凸显，其中氮氧化物（NOx）的排放尤为引人关注。
柴油机排放的NOx中，NO占据绝大多数，虽然NO本身无色无味且毒性相对较小，但其在高浓度时仍会对人体神经中枢造成损害，甚至导致瘫痪和痉挛。
题目重卡柴油机SCR系统设计及分析学生姓名 xxxxx 学号 xxxx所在学院机械工程学院专业班级 xxx指导教师 xx 完成地点 xxxx2015年5月20日重卡柴油机SCR系统设计及分析作者：xxx（xxx机械学院xxxxxx班，xxxx xxx）指导教师：xxxx[摘要]尿素选择性催化还原系统（SCR）在高催化效率下的正常运行是柴油机满足排放法规的关键因素。
本文利用计算流体力学方法CFD模拟混和管中尿素水溶液的喷雾情况，对不同排气温度和排气流量下液滴的运动，水溶液蒸发后水蒸气的浓度分布进行了计算，优化排气管道形状以及优化喷射位置和喷射角度，从而避免尿素水溶液撞壁出现沉积，堵塞管路。
同时对 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，以此来保证SCR实现高的催化效率。
[关键词]: 柴油机 SCR 优化设计Heavy diesel engine SCR system design and analysisThe Author :xxxx(Grade xx,Class 1,Major Testing and Monitoring Technology and InstrumentationxxxxUniversity of Technology xxxxxxxxxxxxxTutor:xxxxxAbstract:The selective catalytic reduction (SCR) based on urea water- solution is an effective technique to reduce NO x emitted from diesel engines. However, there are two issues have to be resolved to ensure high NO x conversion efficiency with SCR. The first one is to have a uniform distribution on both the exhaust velocity and the ammonia concentration at the entrance of the SCR catalyst. And the second one is to minimize the urea deposition on the exhaust pipe wall caused by urea water impingement. In this paper, CFD code is applied to simulate the urea water injection in the exhaust pipe and the flow field in the SCR system for a heavy duty engine. After optimization, urea water impingement with exhaust pipe can be avoided and a relatively uniform flow field can be attained in the SCR converter.Key words: Diesel engine, SCR, Optimization目录1概述 (1)1.1选题意义 (1)1.2 SCR系统概述 (3)1.2.1 SCR 系统的基本工作原理 (3)1.2.2 SCR系统的构成 (3)1.2.3 SCR系统的优点 (6)1.2.4 SCR系统的缺点 (6)1.3 本章小结 (7)2 柴油机尾气处理对SCR技术的要求 (8)2.1 SCR技术在国内外的应用现状 (8)2.2 柴油机尾气处理系统的功能要求 (8)2.3 本章小结 (9)3 基于 SCR 技术尾气处理系统的设计方案 (10)3.1 SCR 系统设计原则 (10)3.2 SCR 系统的总体设计方案 (10)3.2.1系统的总体设计 (11)3.2.2 基于 SCR 技术的柴油机尾气处理系统的组成 (12)3.3 SCR系统模块、材料的选取 (13)3.3.1 还原剂和硬件材料选取 (13)3.3.2 存储模块选型 (14)3.3.3 计量喷射模块 (14)3.3.4 催化反应模块 (16)3.4 本章小结 (16)4 计算结果及边界条件 (17)4.1 催化剂表面反应 (18)4.2 边界条件 (18)4.3计算结果及分析 (19)5 结语 (29)致谢 (30)1概述1.1选题意义随着社会的发展，人们生活水平越来越高，同时人们对环境大气越来越注重保护。
车用柴油机SCR喷射系统的设计及研究车用柴油机SCR喷射系统是一种通过尿素水溶液喷射来实现经济性和环保性的技术，可以大幅度降低氮氧化物（NOx）的排放量。
本文将介绍车用柴油机SCR喷射系统的设计及研究。
首先，该系统由SCR催化剂、尿素水溶液喷嘴、尿素水溶液储存罐及电控系统组成。
其中，SCR催化剂位于尾气处理系统的后段，主要作用是将NOx与尿素水溶液在恰当的温度下催化还原为无害的氮气和水蒸气。
其次，尿素水溶液喷嘴安装在SCR催化剂的前沿，由电控系统控制喷嘴的喷射时间和量。
这样，当发动机运行时，在SCR催化剂中形成了一定量的NOx后，系统便能够根据车辆的运行状态和路况实时供应适量的尿素水溶液，使其在SCR催化剂上与NOx发生反应。
最后，尿素水溶液储存罐是尿素水溶液的存储和供应装置，储存罐的大小和容量因车型和制造商而异。
电控系统则可以自动检测尿素水溶液的容量和质量，为车主提供及时的提醒。
该系统的研究包括喷嘴设计、尿素水溶液的热稳定性、尿素水溶液对系统组件的腐蚀性以及系统对发动机性能的影响等方面。
为了实现技术上的进步和推广应用，需要解决系统的稳定性和可靠性问题，并提高系统的制造工艺和设计水平。
综上所述，车用柴油机SCR喷射系统是一项十分有用的技术，其能够在不影响发动机性能的情况下大幅度降低氮氧化物的排放量。
未来，我们可以通过更加精细的设计和更高的制造水平来不断推进该技术的发展，为更加环保的出行提供更好的保障。
在车用柴油机SCR喷射系统的研究和设计中，喷嘴的设计显得尤为重要。
合适的喷嘴能够确保尿素水溶液均匀地分散到催化剂表面，从而保证反应的充分进行。
此外，喷嘴的尺寸和形状也会直接影响到喷射效率和稳定性，因此在设计时需要进行全方位的考虑和测试。
尿素水溶液的热稳定性也是研究的重点，因为该溶液需要在高温下被喷射出来。
在气候闷热或者高海拔环境下，高温会导致溶液分解，产生悬浮在空气中的尿素晶体。
这种情况不仅会降低喷射效率，还会对发动机的性能产生负面影响。
