船舶柴油机Urea-SCR系统催化反应动力学分析(2012年)

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２０１２年１月

Ｊａｎ．２０１２

第３３卷　第１期

Ｖｏｌ．３３　Ｎｏ．１

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－７７７５．２０１２．０１．００８

船舶柴油机ＵｒｅａＳＣＲ系统催化反应动力学分析

朱元清

１

，周　松

１

，刘　淼

１

，王金玉

２

（１．哈尔滨工程大学动力与能源工程学院，黑龙江哈尔滨１５０００１；２．潍柴动力股份有限公司应用工程部，山东潍坊２６１０４１）

摘要：针对ＵｒｅａＳＣＲ系统的工作特点，利用计算流体动力学耦合化学反应动力学的方法，对某型

船舶柴油机ＵｒｅａＳＣＲ系统的高负荷性能进行了计算，得到了脱硝率（ＤｅＮＯ

ｘ

率）、ＮＨ

３

逃逸率和尿

素消耗量的关系，探讨了快速

ＳＣＲ反应对脱硝率和ＮＨ

３

逃逸率的影响，分析了催化过程中各组分

质量分数的空间分布．结果表明：假定尿素溶液均匀混合在废气中，当（ＮＨ

２

）

２

ＣＯ与ＮＯ

ｘ

摩尔比为

０４７５时，即ＮＨ

３

与ＮＯ

ｘ

摩尔比为０９５，脱硝率和ＮＨ

３

逃逸率的匹配最佳，且脱硝率的计算值与试

验值的误差保持在５％以内；高负荷时，快速ＳＣＲ反应可使系统脱硝率进一步提高，并可以明显降

低系统ＮＨ

３

逃逸率，避免造成二次污染．

关键词：船舶柴油机；ＵｒｅａＳＣＲ系统；脱硝率；ＮＨ

３

逃逸率；催化过程

中图分类号：ＴＫ４２１

＋

．５　　文献标志码：Ａ　　文章编号：１６７１－７７７５（２０１２）０１－００３４－０５

收稿日期：２０１１－０５－１３

基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１０７９０３５）

作者简介：朱元清（１９８６—），男，山东临沂人，博士研究生（ｚｈｕｙｕａｎｑｉｎｇ＠ｈｒｂｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ），主要从事内燃机排放与控制技术研究．

周　松（１９６７—），男，黑龙江哈尔滨人，教授，博士生导师（ｓｏｎｇｚｈｏｕ＠ｈｒｂｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ），主要从事内燃机燃烧、排放控制、工作过

程及可靠性研究．

Ｋｉｎｅｔｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃａｔａｌｙｔｉｃｐｒｏｃｅｓｓｅｓｆｏｒｍａｒｉｎｅ

ｄｉｅｓｅｌＵｒｅａＳＣＲｓｙｓｔｅｍ

ＺｈｕＹｕａｎｑｉｎｇ

１

，ＺｈｏｕＳｏｎｇ

１

，ＬｉｕＭｉａｏ

１

，ＷａｎｇＪｉｎｙｕ

２

（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＰｏｗｅｒ＆ＥｎｅｒｇｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ１５０００１，Ｃｈｉｎａ；２．ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＥｎｇｉ

ｎｅｅｒｉｎｇＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ，ＷｅｉｃｈａｉＰｏｗｅｒＣｏｍｐａｎｙＬｉｍｉｔｅｄ，Ｗｅｉｆａｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ２６１０４１，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＵｒｅａＳＣＲｓｙｓｔｅｍ，ｋｉｎｅｔｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃａｔａｌｙｔｉｃｐｒｏｃｅｓｓｅｓ

ｆｏｒｍａｒｉｎｅｄｉｅｓｅｌＵｒｅａＳＣＲｓｙｓｔｅｍｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｂｙｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓ

（ＣＦＤ）ｃｏｕｐｌｅｄｗｉｔｈ

ｃｈｅｍｉｃａｌｒｅａｃｔｉｏｎｋｉｎｅｔｉｃｓ．Ｂａｓｅｄｏｎ３ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｔｒａｎｓｉｅｎｔｍｏｄｅｌ，ＤｅＮＯ

ｘ

ｒａｔｅｓａｎｄＮＨ

３

ｓｌｉｐｓｕｎｄｅｒ

ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｕｒｅａｓｏｌｕｔｉｏｎｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｒａｔｅｓ，ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｆａｓｔＳＣＲｒｅａｃｔｉｏｎｏｎｔｈｅｃａｔａｌｙｔｉｃｐｒｏｃｅｓｓｅｓａｎｄｄｉｓｔｒｉ

ｂｕｔｉｏｎｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｐｅｃｉｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｈｉｇｈＤｅＮＯ

ｘ

ｒａｔｅａｎｄｌｏｗ

ＮＨ

３

ｓｌｉｐａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄａｔｏｐｔｉｍａｌ（ＮＨ

２

）

２

ＣＯ／ＮＯ

ｘ

ｒａｔｉｏｏｆ０．４７５ｆｏｒｈｉｇｈｌｏａｄｏｆｍａｒｉｎｅｄｉｅｓｅｌ．Ｔｈｅｅｘ

ｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＤｅＮＯ

ｘ

ｒａｔｅｉｓｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｃａｌｃｕｌａｔｅｄｖａｌｕｅｗｉｔｈｅｒｒｏｒｌｅｓｓｔｈａｎ５％．ＤｅＮＯ

ｘ

ｒａｔｅａｔｈｉｇｈ

ｌｏａｄｃａｎｂｅｆｕｒｔｈｅｒｅｎｈａｎｃｅｄｂｙｉｎｃｒｅａｓｉｎｇＮＯ

２

／ＮＯｒａｔｉｏｔｏ１∶１ｗｉｔｈｏｂｖｉｏｕｓｄｅｃｒｅａｓｅｏｆＮＨ

３

ｓｌｉｐ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｒｉｎｅｄｉｅｓｅｌ；ＵｒｅａＳＣＲｓｙｓｔｅｍ；ＤｅＮＯ

ｘ

ｒａｔｅ；ＮＨ

３

ｓｌｉｐ；ｃａｔａｌｙｔｉｃｐｒｏｃｅｓｓｅｓ

随着柴油机排放标准的日趋严格，ＵｒｅａＳＣＲ技

术得以在船舶、汽车领域大规模应用

［１－２］

．由于船

舶、汽车的空间限制，柴油机排气系统的体积不能过

大，以及船舶、汽车柴油机排气流速较高，导致

Ｕｒｅａ

ＳＣＲ

系统内空间速度远大于电站ＳＣＲ，降低了Ｕｒｅａ

ＳＣＲ系统的脱硝率（以下称：ＤｅＮＯ

ｘ

率）．在柴油机

的负荷频繁变化时，该问题尤为明显

［３］

．

ＵｒｅａＳＣＲ

（ＵｒｅａＳｅｌｅｃｔｉｖｅＣａｔａｌｙｔｉｃＲｅｄｕｃｔｉｏｎ）反

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