【摘要】：氮氧化物作為一種柴油機(jī)有害排放物,對(duì)大氣環(huán)境、人類(lèi)健康具有巨大危害。隨著國(guó)家環(huán)境法規(guī)升級(jí),對(duì)柴油機(jī)NO_X排放限值要求越來(lái)越嚴(yán)格。SCR技術(shù)作為一種能有效處理NO_X的技術(shù)越來(lái)越受到社會(huì)關(guān)注。本文針對(duì)適用某型大功率發(fā)電用柴油機(jī)的SCR催化器進(jìn)行建模仿真,設(shè)計(jì)了匹配大功率柴油機(jī)SCR催化器的三種尿素混合管方案,三種方案設(shè)計(jì)分別是:空管結(jié)構(gòu)、后置混合器結(jié)構(gòu)、前/后混合器結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)了三種尿素噴霧錐角與混合管方案進(jìn)行耦合,三種噴霧錐角分別是50°、60°、70°。在研究混合管、噴霧錐角對(duì)SCR系統(tǒng)的影響之前,簡(jiǎn)要分析影響SCR性能的各種因素,據(jù)此提出評(píng)價(jià)SCR性能的指標(biāo):分布均勻性、背壓、結(jié)晶風(fēng)險(xiǎn)、NO_X轉(zhuǎn)化效率、NH_3泄漏等。本文選取Star-CCM+軟件作為仿真工具,首先依據(jù)試驗(yàn)條件和實(shí)際工況,選擇合理的物理數(shù)值模型,并設(shè)置合適的邊界參數(shù),最后進(jìn)行CFD仿真計(jì)算。仿真分析了三種混合管方案分別對(duì)SCR系統(tǒng)分布均勻性、背壓、結(jié)晶風(fēng)險(xiǎn)的影響,結(jié)果表明前/后混合器結(jié)構(gòu)中前置混合器可以產(chǎn)生旋流,促進(jìn)尿素液滴與排氣充分混合,NH_3分布均勻性能夠達(dá)到0.95,相比后置混合器結(jié)構(gòu)NH_3分布均勻性提高了約4.0%,背壓增高0.33kPa;相比空管結(jié)構(gòu)NH_3分布均勻性提高了6.7%,背壓增高了0.77 kPa。三種混合管方案的速度分布均勻性相差不大。前/后混合器結(jié)構(gòu)并不會(huì)影響混合管內(nèi)壁液膜分布,但是因?yàn)樾鞯挠绊?促進(jìn)尿素水溶液的蒸發(fā)分解,降低后置混合器表面的液膜分布。耦合分析了混合管和尿素噴霧錐角,發(fā)現(xiàn)50°尿素噴霧錐角SCR系統(tǒng)尿素分解程度低于60°、70°尿素分解程度,50°、60°噴霧錐角SCR系統(tǒng)混合管內(nèi)壁上液膜分布低于70°液膜分布。按照排放法規(guī)要求,結(jié)合實(shí)際試驗(yàn)條件分別制定了排放測(cè)試循環(huán)試驗(yàn)方案和尿素結(jié)晶試驗(yàn)方案,并進(jìn)行試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明,前/后混合器結(jié)構(gòu)SCR系統(tǒng)NO_X比排放為1.14 g·(kW·h)~(-1),相比后置混合器結(jié)構(gòu)NO_X轉(zhuǎn)化效率提高約6.2%,通過(guò)標(biāo)定優(yōu)化使NO_X比排放降低到0.47 g·(kW·h)~(-1);60°噴霧錐角可以降低SCR系統(tǒng)尿素結(jié)晶可能性,在低溫工況點(diǎn)相比70°噴霧錐角發(fā)生結(jié)晶的工況點(diǎn)數(shù)量少,能夠適用更高排放限值且不發(fā)生尿素結(jié)晶。
【學(xué)位授予單位】：青島大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：X701

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本文編號(hào)：2771397