2015年第5期试验研究
国外内燃机
-
43
大型柴油机高氮氧化物转化率的排放控制系统的研发
【美】M.NaseriR.ConwayH,HessC.AydinS.Chatterjee
摘要：选择性催化还原(SCR)系统已被证明是大型荣油机控制氨氧化物(NO,)排放的有效方案。未来的大型柴油机被设计为有更高的NO,排放量，以提高燃油经济性，这需要越来越高的NO,转化效率以满足排放法规要求。为此，未来的后处理设计可采用先进的技术，如选择性催化转化(SCR)涂覆颗粒滤清器（SCRF）和涂覆在高孔腺度直通式载体上的SCR，以获得高转化效率。评价了不同的高NO,转化效率系统。首先，通过使用SCRF单元和附加的涂覆在高孔隙度载体的SCR涂层，设计了高性能的NO,控制催化剂。第二，评价了不同的控制策略，以了解还原剂剂量策略和热管理对 NO，转化效率的影响。在1台大型柴油机上进行瞬态循环试验。提高氢投入量而不是尿素可进一步提高转化效率，尤其是在低温下无法喷入尿素的时候。此外，实施热管理改善了低温时的NO,转化效率。结果证明，这种系统加上发动机控制策略的改进可以使瞬态FTP测试循环中的NO,转化效率达到95%以上，从而可使柴油机满足未来排放法规和燃油经济性的目标。
关键词：冷态循环预饱和处理热管理尿素转化效率
0前言
为满足针对大型柴油机的氮氧化物（NO,)排放要求和法规，选择性催化还原（SCR）被证明是一种有效的解决方案。随着改善燃油经济性的需求增加，人们要求提高SCR系统对NO,的减排能力，可以允许发动机排出更多的NO，。这将挑战当前的后处理设计，包括柴油机氧化催化器（DOC)、催化碳烟过滤器（CSF)和SCR单元。一种方法是采用涂覆 SCR的柴油机颗粒滤清器（SCRFS）代替CSF，保持直通式SCR。通过使用高孔隙度直通载体，涂覆比当今标准涂覆量更高的活性涂料，下游SCR工作也可以获得改善。该设计不仅可以改善低温时的NO 转化效率（因为SCRF单元接近涡轮出口)，而且增加了SCR活性位可以置于整个系统内，而无需增加外形尺寸，从而获得很高的NO,转化效率。SCRF 技术需要高孔隙度过滤装置，以便获得更高的催化剂涂覆量来提高催化性能和耐久性。这些高孔隙度过滤器须具有良好的热机械性能，能经受整个寿命期系统多次主动再生过程。
前期研究表明，SCRF催化剂具有很高的NO,转化能力[1~5)。研究下游直通SCR催化器，以证明高 NO,还原效率可以通过将大量活性催化材料置于高孔隙度和高孔道密度的直通式载体上来获得("。本研
①为了符合原著本意，本文仍沿用原著中的非法定单位——编注，万方数据
究中把SCRF单元与下游高孔隙度SCR催化剂相结合以实现NO,高转化效率，并对此给出评价结果。在 NO，原始排放较高的发动机上评价了性能。在标准的瞬态FTP循环中对这些系统的NO,转化能力进行了评估。同时，评价了不同的控制策略以了解还原剂投
放策略和热管理对NO,转化效率的影响。 1试验
本研究使用了4个系统，包括将DOC、CSF和 SCR置于2个标准载体（基准系统）上，将DOC、涂有SCR的DPF(SCRF单元)和SCR置于1个标准载体上，将DOC、SCRF单元和1份高孔隙度、高孔道密度SCR催化剂置于1个标准载体上，最后将 DOC、SCRF单元、1份高孔隙度、高孔道密度SCR 催化剂和1份氨泄漏催化剂（ASC)置于1个标准载体上。采用铜-沸石SCR催化剂技术，用于SCRF、标准SCR和高孔度高孔道密度SCR系统。系统配置如图1所示。不同载体的细节和时效条件如表1所示。SCR试验使用了2个孔道密度不同的高孔隙度载体（HPS)。
如表1所示，用作基准系统的CSF载体为1块 NGK董青石，孔道密度每平方英寸200cpsi、壁厚 12mil?，而本研究采用的SCRF组件载体为1块