基于模型的柴油机SCR 系统尿素喷射优化文献综述
2020-04-22 07:04
在柴油机中，由于燃烧温度非常高，使空气中的N2在高温作用下氧化生成各种氮氧化合物。NOX被吸入人体后会与水结合形成硝酸，继而引起咳嗽、气喘，甚至肺气肿和心肌损伤等疾病,而且NOX是在地面附近形成含有毒臭氧的光化学烟雾的主要因素之一[1-2]。欧洲最新的排放法规欧Ⅵ对三类柴油车的排放限值最高是125mg/km，国内的国Ⅵ标准对两类车NOX排放限值最高为82mg/km，N2O排放限值最高为30mg/km[3]。因此对NOX的排放控制是国内外排气后处理中的重要研究方向。
表1.国Ⅵ排放限值
表2.欧Ⅵ排放限值
理论上NOX的净化有两个途径，一种是机内净化，即使用EGR、燃烧系统优化等技术，但是使用EGR技术净化时PM排放会显著增加，需要加装DPF。另一种是机外净化（即后处理），主要方法是利用不同的还原剂，在一定温度和催化剂的作用下将NOX还原为无害的氮气和水。由于机内净化只能满足国Ⅲ标准，为了满足更高的排放法规，必须采用后处理技术。目前后处理技术有直接催化分解技术、非选择性催化还原技术(Selective Non-Catalytic Reduction,SNCR)、选择性催化还原技术(Selective Catalytic Reduction,SCR)、存储还原催化技术(NOX Storage Reduction,NSR)以及用等离子体辅助催化还原NOX技术(Plasma-Facilitated Catalysis System,PFC)。[4-6]
应用SCR技术净化NOX时，需使用氨气为还原剂。但氨气在储存和运输方面并不方便，容易发生泄露，而尿素具有无毒、洁净、无味、不易燃、无爆炸危险及低腐蚀性的特点，因此目前普遍使用尿素水溶液来代替氨，产生了尿素选择性还原技术(Urea-SCR)。Urea-SCR作为最成熟的NOX后处理技术已经在世界范围内得到广泛应用。
Urea-SCR通过喷射尿素在催化器内生成氨气并使其吸附在催化剂表面，然后对排气中的NOX进行净化。由于排气温度和空速等影响，氨在催化剂表面发生吸附的同时也会发生脱附现象，一部分氨随废气排出，这种泄露又形成新的污染。由于日益严格的排放法规，要求进一步提高SCR技术对NOX的转化效率，我的毕业论文就是研究柴油机SCR系统基于模型的尿素喷射量优化，使其在符合国家排放法规的标准下达到最大NOX转化效率的同时提高转化精度，避免二次污染。
