柴油发电机组SCR催化转换器方案设计及仿真研究开题报告

 2021-08-08 12:08

1. 研究目的与意义

当今时代,国家对环境保护越来越重视,为严格控制机动车污染,国家决定从2018年元旦开始,对轻型柴油车全面实施国Ⅴ排放标准。

SCR(选择性催化还原技术)是实现柴油机NOX排放达标的有效技术,SCR催化转换器是SCR系统的重要组成部分,其性能直接影响到SCR系统的转化效率,通过对SCR催化转化器进行结构优化研究,为SCR系统应用提供支持。

2. 国内外研究现状分析

国外研究现状

目前国外的净化路线大致有两条:一条是欧洲地区所推崇的路线,人们称之为欧洲路线;而另一条是美国所倡导的路线,人们称之为美国路线。NOx和PM的生成量是跷跷板"的关系,两条技术路线都是在机内控制一种有害排放物的生成,然后在机外对另外一种有害排放物进行转化。欧洲路线是通过优化燃烧的条件,控制PM的生成量,同时允许Ⅳp生成量的增加,然后在排气道上使用选择性催化还(Selective Catalytic Reduction.SCR)技术来转化生成的NOx;美国路线则相反,首先是通过使用废气再循环(Exhaust Gas Recirculation.EGR)技术在机内抑制NO的生成量,然后再使用微粒捕集器(rDiesel ParticulateFilter.DPF)来过滤略有增加的颗粒物引,达到控制排放的目的。

与美国路线相比,欧洲路线的SCR技术具有很多的技术优势。首先采用SCR系统的发动机燃油经济性要好一些,有较高的功率密度并且冷却系统的热负荷比较低;再次,SCR对燃油的含硫量并没有那么敏感,燃油的含硫量要求比较宽松。

国内研究现状

近年来,由于利用SCR技术来满足国IV甚至国V排放法规的技术路线为人们所认可,国内的许多相关研发机构也将SCR技术的开发工作提上日程。玉柴、潍柴等柴油机企业与国外的SCR系统供应商进行合作,引进或者合作开发了适用于国产重型柴油机的SCR技术。

国内SCR系统的应用研究主要分为三大部分:

1)主机厂如玉柴、潍柴动力、上柴、福田康明斯等主机厂和一汽解放、东风商用车等整车厂,通过和国外的公司如博世,天纳克等合作开发了适用于国4标准的产品,并进行了试制;

2)高等院校如清华大学帅石金教授领导的团队建立了SCR系统的一维与三维模型,并进行了相关模型的相关计算,分析总结了催化器内的流场、温度场和浓度场的分布规律,并进行了相关的实验验证;北京理工大学姜磊博士进行了SCR系统中硬件部分的设计以及匹配研究,并分析了影响催化器转化效率的因素,分析了SCR催化剂对微粒排放的影响以及对VOC排放特性的影响;上海交通大学卓斌教授团队对等离子体辅助SCR降低NOX的排放技术进行了相关的实验研究,并取得了很好的研究结果,同时对于采用新型的二甲醚作为还原剂的处理技术也进行了相关的研究;武汉理工大学吕林教授领导的团队对于SCR系统在我国城市公交线路上的应用做了大量的研究,主要分析了稳定工况下以及变工况下SCR技术应用遇到的问题及解决办法;山东大学陶建忠、佟德辉二位博士主要就SCR技术应用与柴油机上时遇到的一系列的应用问题进行了分析,并提出了切实可行的解决办法;江苏大学王谦教授领导的团队主要就尿素SCR系统中的流场的优化以及控制策略的制定进行了相关的研究。此外,还有很多高校及研究机构对新型催化剂,载体,以及催化器相关技术进行了研究。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容: 在SCR系统中,混合气体在混合反应器中的混合程度决定着氨的逃逸率、催化剂的寿命和脱硝性能等,优化设计SCR催化转化器系统内部结构可以改善速度场和浓度场的分布

研究计划:第1周--第4周 仔细研究相关论文的研究方案,去图书馆借阅相关书籍,对其SCR催化转化器进行总体方案设计及相关部件的选型。

第5周--第7周 学习FLUENT仿真软件及Gambit模型软件

第8周--第11周利用Gambit软件建立SCR催化转化器的二维模型,采用Fluent软件对SCR催化转化器内流场进行二维稳态流动的数值模拟,通过仿真方法来分析典型SCR催化转化器内部流动特征。第12周--第16周 撰写论文并进行审核修改,准备答辩。

4. 研究创新点

建立入口扩张管角度、出口收缩管角度、载体长度、载体间的间隙等不同的计算模型,通过Fluent数值模拟来研究不同结构参数下SCR催化转化器的内部流动规律。

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