无空气辅助SCR尿素喷射系统方案对比研究

SCR无空气辅助尿素喷射系统

方案对研究

方案对比研究

Bosch DeNOx Bosch DeNOx

Series

Tenneco XNOx Tenneco XNOx Airless

Emitec NoNOx Airless Emitec NoNOx Airless

Delphi SCR Doser

Delphi SCR Doser

?喷嘴和高压泵集成，电磁计量泵，喷射压力达到20bar，喷射精度高

?UDM，低压泵集成到尿素箱中，用于将尿素传输到Doser 低集素箱中将素输

前国际上无气喷射系统主要有两种方案国外无气喷射系统分析

?目前国际上无气喷射系统主要有两种方案：–以Bosch 、Emitec 、Tenneco 为代表的动力单元和计量单元分开方案，泵提供压力，喷嘴计量喷射。–以Delphi 为代表的泵喷嘴一体化方案。

?Bosch 的动力源为膜片泵，Tenneco 的动力源为电磁齿轮泵，Emitec 的动力源为电磁柱塞泵?喷射压力在5‐9bar 之间。

?尿素箱和尿素泵集成是目前的趋势。

尿素泵与尿素箱集成在起基本思路及方案建议?

尿素泵与尿素箱集成在一起。?

系统一致。尿素喷嘴的接口及安装与Bosch 系统致。?

尿素喷射压力5bar ‐7bar 。?动力单元与计量单元分开。

尿素SCR系统对柴油车NOx排放控制的进展

尿素SCR系统对柴油车NOx排放控制的进展 [来源：本网讯 2007/02/05] [美] Tennison P Lambert C Levin M 【摘要】与相同技术的汽油车相比，柴油车具有工作效率高、燃油经济性好、HC、CO和CO2排放低等明显优势，但柴油机的NOx排放控制难度较大，这是因为排气中的O2浓度较高，传统的三效催化器无法解决。目前有2种车载系统能降低NOx的排放：以尿素水溶液作为还原剂的选择性催化还原（SCR）系统和稀NOx捕集器（LNT）。研究探讨了SCR的应用。用氨作还原剂的SCR多年来一直用于固定源的排放控制，而尿素水溶液便于车载中制氨，且NOx的高效还原已在Ford车和其他使用尿素的场合得到了验证。在改进的欧洲Ford Focus 1.8 L TDCi柴油机上采用绿色催化系统后，NOx尾气排放可降到超低排放（ULEV Ⅱ）水平NOx 0.05 g/mile①）。排放也达到美国联邦试验规程（SFTP US06）第二阶段（Tier 2）标准（非甲烷碳氢化合物（NMHC）+ NOx 0.14 g/mile）范围内。尿素SCR上游由发动机排出的HC和CO通过氧化催化器来转化，尿素水溶液由Ford公司开发的空气辅助喷射系统喷入废气流中，添加的尿素还原剂用作SCR金属沸石基的催化剂，在稀燃状态下将NOx还原为N2。 1 前言 为了满足未来的排放标准，柴油车的NOx和颗粒（PM）排放是最受关注的问题。柴油车的CO2排放比现今的汽油车约低20%，而燃油经济性有可能高出40%。但是，由于排气中缺少还原物质，因此在稀薄（富氧）废气中去除NOx成了关键问题。用氨作还原剂的SCR技术一直被广泛用于固定源排放的NOx治理[1]。在富氧环境下氨与NOx的反应有较高的选择性，使SCR系统对轻型柴油车具有一定吸引力。与氨相比，尿素水溶液喷射装置更便于车载使用，其可行性已被Ford[2]、Volkswagen[3]、Mack Truck[4]及Daimler-Chrysler[5]公司的应用所证实。 个人用车配装尿素SCR系统需具备以下条件： （1）在加油站和维修点应有尿素水溶液供给设施； （2）尿素水溶液的添加方式应便于司机操作。 尿素水溶液供给设施的使用期限已有相关论述[6~8]。其费用由Ford公司基于市场销售情况评估为0.50～3.00美元/gal，由此得出，轻型车中轿车的尿素消耗为4 000 mile/gal，较重的多功能运动车（SUV）为1 000mile/gal，其寿命周期（12万mile）成本约为15～360美元，或小于柴油成本的5%。 添加尿素最好是在汽车加油时通过常规喷油嘴和加油管口同时进行，尿素的这种添加方式较为适宜。个人在这方面无需过多的知识和技巧，只要根据分配器上的提示和标价操作即可[9]。车载中混合添加尿素的方法已在轻、重型车运用上得到验证[10]。 本研究旨在对改进的欧洲Ford Focus 1.8 1TDCi柴油机排气系统，包括氧化催化器、尿素水溶液SCR系统和柴油机颗粒催化过滤器（CDPF）的转化效率进行评估，目的是论证其排放与ULEVⅡ排放标准NOx 0.05 g/mile、PM 0.01 g/mile、NMOG 0.040 g/mile和CO 1.7 g/mile）的可比性。同时也表明其排放达到Tier 2 SFTP US06工况标准（NMHC+NOx 0.14 g/mile）的可行性。试验采用含硫量约5×10-6的低硫柴油。全部车辆试验在美国密执安州迪尔伯恩市的Ford汽车研究和先进工程部的排放控制研究室中进行。 2 试验 2．1 化学试验 一旦与高温废气相遇，尿素水溶液就能迅速分解成氨（NH3）。特别采用摩尔比NH3/NOx＝1（或略低于化学计量比），以避免NH3在流经SCR时“逸出”并随尾气排放进入大气中。另外，在速度和负荷

一汽解放-尿素喷射系统售后培训课件]

尿素喷射系统 售后培训课件
发动机部 附件室 2014-3-20
1

培训内容
1 2 3 4
SCR系统原理 FAW尿素喷射系统列举 尿素喷射系统维修保养 典型故障排查、解决
2

1. SCR系统原理
1.1 SCR系统-应用必要性 环境 法规 技术解决方案
NOx危害
OBD要求
SCR技术优势 SCR技术优势
EGR
为了改善环境，满足法规要求，目前国Ⅳ阶段，一汽的国Ⅳ车大多采用SCR技术方案。
3

1. SCR系统原理
1.2 SCR系统-反应原理
1、SCR选择性催化还原反应中，最终需要外界提供的反应物为NH3。 2、常规的尿素消耗量约为柴油的2%~5% ，要看车辆具体的运行工况及排气温度。
4

1. SCR系统原理
1.3 尿素喷射系统-后处理器（不只是消声器）
1、预热腔将排气引入后处理器，并对SCR载体进行预热。 2、NH3扩散腔将氨均匀分散在SCR载体表面上，使NH3在 SCR涂层的作用下与NOx进行催化还原反应的化学过程。 3、消声腔用于消除发动机的排气噪声。
5

1. SCR系统原理
1.4 尿素水溶液-优点
移动源-柴油车
固定源-燃煤电厂
1、32.5%的尿素水溶液结冰点最低(-11.5℃)，适合移动的柴油车辆使用。 2、冬季，尿素喷射系统在完成解冻功能之前，系统不喷射尿素水溶液。
6

柴油机SCR系统尿素喷射的CFD分析

柴油机SCR系统尿素喷射的CFD分析 王毓琨 （潍柴动力股份有限公司技术中心，山东省潍坊市民生东街26号）摘要：采用FIRE软件对柴油机SCR系统尿素喷射过程进行了三维数值模拟，简单介绍了数值仿真过程，对尿素喷射设角度进行了分析和优化，并对尿素喷射设位置的选择进行了研究。 关键词：SCR；CFD 主要软件：A VL FIRE 1. 前言 全球环境的不断恶化，使各国对汽车废气排放法规日益严格，目前我国已经实施国III 排放法规，随着时间的推移，国IV排放法规的实施也将提上日程，这样极大推进了柴油机SCR系统的研发，本文将简单介绍一下CFD方法在SCR系统的设计开发中的应用。 2. 计算模型 图1为某国IV柴油机SCR系统示意图，SCR系统包括增压器至催化转化器之间的整个排气管路和SCR催化转化器，本文中计算模型只选取增压器至催化转化器之间的整个排气管路；在排气管上有两个尿素喷射位置可以选择，设为位置1、位置2。CFD的计算目的是：观察喷雾雾化情况，选择合适的喷射位置，优化喷射角度。 图1 国4柴油机SCR系统示意图 网格划分采用FAME技术，自动生成Fame Advanced Hybrid网格，网格的质量、大小直接影响计算的正确性和收敛性，因此采用3D Objects的Ogl_Line对尿素喷射区域进行了网格细化，如图2所示，并对网格依赖性进行了研究，选择最合适的网格尺寸。

位置1计算模型如下图3所示： 位置2计算模型如下图4所示： 图4 位置2 计算模型

3. 边界条件 计算分析选取A25、B50、C100三个典型工况进行计算。部分边界条件设置见表1。 表1 对于尿素喷射的仿真，边界条件如：液滴喷射速度，喷雾锥角，液滴直径数量百分比分 布等，均按零部件供应商提供数据进行设置。 4. 计算分析 尿素溶液喷入排气管的废气中，对于其入射角度的选择非常关键，入射角度定义下图5所示，箭头为尿素喷雾锥角的中心线（Spray axis ）。 图5 入射角度定义 排气管中，废气温度很高，尿素溶液喷入废气中，直径小的液滴会很快气化，直径大的液滴则需要一段时间才能气化，排气管中，废气气流速度很高，直径小的液滴很容易受废气气流速度影响而改变运动轨迹，直径大的液滴受影响程度小一些。 当入射角度过大时如图6所示，直径较大的液滴受废气气流速度小影响，容易撞到对面弯管上；管壁温度相对较低，部分液滴在管壁上吸热气化使管壁温度进步降低，容易形成结晶如图6左下角，蓝色圈内为形成结晶的位置，两个蓝色圈是同一个位置，不同之处是一个是仿真结果一个是实物。图6的右边为排气管中尿素喷射位置处实物照片，其中的铁杆表示尿素喷雾锥角的中心线（Spray axis ），在实际工作中不存在铁杆。 图6 入射角度过大导致的结晶 工况点 出口压力 bar 温度 ℃ 喷射持续 时间ms A25 1.02 257 36 B50 1.07 338 113 C100 1.18 544 153

尿素热解制氨系统方案

1主要设计原则及技术要求 3.1 主要设计原则 1)脱硝工艺采用 SCR法。 2)本方案脱硝系统运行的锅炉负荷 (MCR) 设计条件下限为 ~60% (即60~100% BMCR)。 3)采用尿素SCR工艺的烟气脱硝技术，若锅炉已有低NOx燃烧技术(LNB)，烟气脱硝技术应与之配合使用； 4)吸收剂采用尿素。使用50%尿素水溶液（wt%）作为SCR烟气脱硝系统的还原剂；按氨流量要求每台炉167kg/hr来设计； 5)脱硝反应器布置在锅炉省煤器和空预器之间。 6)脱硝设备年利用小时暂按6000小时考虑，年运行时间暂按 8000小时考虑。 7)脱硝系统整套装置的可用率在正式移交后的一年中大于98% 8)装置服务寿命为30年。 3.2 主要技术要求 1)本工程采用尿素热解法制备脱硝还原剂，全厂2台锅炉共用一个还原剂储存与供应系统。 2)尿素热解制氨工艺和设备具有可靠的质量和先进的技术，能够保证高可用率和低物耗，完全符合环境保护要求，便于运行维护。 3)所有的设备和材料应是新的和优质的。 4)机械部件及其组件或局部组件应有良好的互换性。 5)确保人员和设备安全。 6)观察、监视、维护简单。 7)运行人员数量少。 8)在设计上要留有足够的通道，包括施工、检修所需要的吊装与运输通道及消防应急通道。 3.3规范、规程和标准 参考和规章要求 - 中国工作根据适合中国法规的设备

GB8978－1996《污水综合排放标准》 GB13223－2003《火电厂大气污染物排放标准》 DB11/139-2002《北京市锅炉污染物综合排放标准》 GBZ2－2002《作业环境空气中有害物职业接触标准》 DL5033－1996《火力发电厂劳动安全和工业卫生设计规程》 GB50187－93《工业企业总平面设计规范》 DL5028－93《电力工程制图标准》 SDGJ34－83《电力勘测设计制图统一规定：综合部分（试行）》 DL/T5032－94《火力发电厂总图运输设计技术规程》 DL5000－2000《火力发电厂设计技术规程》 DL/T5121－2000《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》 YB9070－92《压力容器技术管理规定》 GBl50－98 《钢制压力容器》 GB50260－96 《电力设施抗震设计规范》 DL5022－93 《火力发电厂土建结构设计技术规定》 GB4272-92 《设备及管道保温技术通则》 DL/T630－2001 《火力发电厂保温材料技术条件》 DL/T5072－1997 《火力发电厂保温油漆设计规程》 GB12348－90 《工业企业厂界噪声标准》 GBJ87－85 《工业企业噪声控制设计规范》 DL/T5054－96 《火力发电厂汽水管道设计技术规定》 SDGJ6－90 《火力发电厂汽水管道应力计算技术规定》 GBJ16－1987（2002）《建筑设计防火规范》 GB50160－92（1999）《石油化工企业设计防火规范》 GB50229－1996 《火力发电厂与变电所设计防火规范》 GB50116－98 《火灾自动报警系统设计规范》 DL/T5041－95 《火力发电厂厂内通信设计技术规定》 GBJ42－81 《工业企业通讯技术规定》 NDGJ16－89 《火力发电厂热工自动化设计技术规定》 DL/T657－98 《火力发电厂模拟量控制系统在线验收测试规程》 DL/T658－98 《火力发电厂顺序控制系统在线验收测试规程》 DL/T659－98 《火力发电厂分散控制系统在线验收测试规程》 NDGJ92－89 《火力发电厂热工自动化内容深度规定》 DL/T5175－2003 《火力发电厂热工控制系统设计技术规定》 DL/T5182－2004 《火力发电厂热工自动化就地设备安装、管路及电缆设计技术规定》

基于开环和闭环控制策略的柴油 SCR 尿素喷射控制系统设计与开发_2009

SCR 胡静帅石金张云龙王建昕李伟明 （清华大学汽车安全与节能国家重点实验室，北京100084） ：本文设计开发了一种基于开环和闭环控制策略的用于重型柴油机SCR后处理系统的尿素喷射控制系统，包括硬件平台与软件平台的设计开发。重点介绍了该系统的总体设计思路，硬件系统相关模块的功能及设计，基于NO X传感器的开环控制策略，以及基于NO X和NH3传感器的闭环控制策略。 ：重型柴油机，SCR，尿素喷射，控制 汽车排放问题引起了世界范围内的广泛关注。 随着未来排放法规的不断推出，对柴油车排出的 NOx和PM限制越来越严格。尿素选择催化还原 （SCR）技术是一条解决重型柴油车NOx排放的 较为成熟的技术路线，在欧洲已经得到了广泛应用 [1]，在我国也处于推广应用阶段。本文针对自主开 发的重型柴油机尿素SCR后处理系统，综合考虑 开环及闭环控制的需要，开发了一种基于开环和闭 环控制策略的尿素水溶液喷射控制系统，并设计了 控制系统的软硬件。 目前产品化的SCR系统几乎都采用开环控制 策略，考虑到将来欧Ⅴ及以上排放法规的需要，本 系统在硬件及控制策略设计上同时集成了开环及 闭环控制的要求。图1为SCR尿素喷射控制系统 的一个总体设计框图，它包括了采用开环控制时需 要的发动机油门踏板和转速等信号，同时也包括了 采用闭环控制时所用到的NH3传感器和NO X传感 器信号。 其中流量、油门踏板、转速、进气温度、催化剂前 排气温度和催化剂后排气温度信号采用AD接口 与ECU连接。而尿素AdBlue位置和质量传感器、 NH3传感器和NO X传感器采用CAN总线通讯技术 与ECU连接。另外，控制尿素喷射的计量泵执行 器也采用CAN总线进行通讯。 图1系统总体设计框图 根据系统总体设计要求，把尿素喷射控制系统 分为电源管理电路、主芯片基本外围电路、上位机 通讯电路、计量泵通讯电路和传感器信号处理电路 等功能模块。 该模块的主要功能是向单片机以及其它芯片 提供稳定的5V稳压电源及系统所需的12V电源。 由于该SCR系统用于柴油机，因此，蓄电池电压 为24V，所以需要电源管理电路输入电压的范围上 限要足够高。另外，该模块要求能够在各种负载情 况下保持电压稳定，同时，需要足够大的电流通过 能力以满足电路需要。 本文选用智能芯片L9741为系统提供一路5V 稳压电源，该芯片还具有一路转速信号处理电路， 一路CAN总线收发器，考虑到其多功能性，提高 了集成度，因此，整体上使得设计更加紧凑。而且 从成本考虑，一个L9741可以取代3个芯片，是比 较经济的选择。采用LM2576芯片提供一路12V 稳压电源，该芯片具有输出电压12V，最大输入电 压上限可以达到45V，满足柴油机24V电池系统 的要求，并且具有最高达3.0A带自保护的输出电 流通过能力。 该模块的主要功能是使单片机能够正常的运 转，包括提供外部晶振、下载程序的BDM接口， 对单片机进行上电复位等。 系统主芯片要满足以下要求：具有一定的计算 能力以满足与计量泵进行10ms一次通讯的要求； 有至少两路的高速CAN通讯模块；一路串口通讯； 至少6路A/D转换通道；成本低。 综合以上考虑，本文选用Freescale公司的16 位单片机MC9S12DG256，其结构图如图2所示。 CSICE09I004 903

SCR排气处理系统简介

实现国四排放主流技术路线 SCR系统简介 国IV排放标准是国家第四阶段机动车污染物排放标准，汽车排放污染物主要有HC （碳氢化合物）、NOx（氮氧合物）、CO（一氧化碳）、PM（微粒）等，通过更好的催化转化器的活性层、二次空气喷射以及带有冷却装置的排气再循环系统等技术的应用，控制和减少汽车排放污染物到规定数值以下的标准。 国内的汽车排放标准主要是参考欧洲的标准。国III，国IV排放标准污染物排放限值上与欧III、欧IV标准完全相同，从上面的表格中我们可以看到，国四标准比国 三对NOX和PM要求更为严格。 国四排放标准技术路线 在国四时代也有两种主要的升级方案，一类是通过使用选择性催化还原(SCR)技术，利用尿素溶液对尾气中的氮氧化物进行处理；还有一类是通过微粒捕集器（DPF）或微粒催化转换器（DOC），针对燃烧产生的微粒进行处理的EGR(废气再循环)技术。 EGR和SCR两种技术路线在欧美等国家都有被采用，它们都能够实现欧IV以及欧V 的排放标准，那他们到底有什么区别呢？小编在这里做个简单的介绍。 1.原理不同

先给大家简单介绍一下两者的原理吧。由于NOX和PM是可以产生互逆反应，在一定的条件下可以相互转换，EGR和SCR两者之间也可以从它们处理这两种物质的方法上看出区别来。 图为EGR+DPF系统图 EGR的工作原理是少部分废气经EGR阀进入进气系统，将一部分排气循进气管与新鲜空气混合后进入汽缸燃烧，废气中的CO2可以增加混合气的热容量，降低燃烧时的最高温度，抑制NOx的生成，从而降低了废气中的NOx的含量，同时，对于产生的PM （固体微粒）则通过DPF（微粒捕集器）或DOC等后处理方法过滤掉。