第5期（总第238期） 2018年10月
车用发动机 VEHICLE ENGINE
No 5(Serial No 238)
Oct2018
重型柴油机SCR催化器优化设计和试验研究
石代龙’，傅松”，白书战’，杨婷”，张晓丽”，王意宝”
(1山东大学能源与动力工程学院，山东济南250061;2潍柴动力股份有限公司发动机研究院，山东潍坊261205）
摘要：为解决传统SCR(SelectiveCatalyticReduction）催化器在排气温度较低的低负荷工况下出现在尿素喷嘴或混合器壁面形成尿素结晶等问题，运用CFD方法对传统SCR催化器进行结构优化，设计出了一种新型SCR 混合器，并提出了新的尿素喷嘴布置方案。仿真结果表明：优化后的SCR催化器能够促进尿素溶液和尾气的充分混合，尿素热解率和载体前端面NH：分布均匀性指数分别提高了976%和606%。对优化后的SCR催化器进行稳态点性能验证试验、解态ETC排放测试试验以及30h发动机台架尿素结晶验证试验。试验结果表明：新结构在氨氮比为07.09和12时的N0转化率分别提高089%，176%和061%；与传统结构相比，新结构N0，排放明显降低；新结构混合器壁面未出现尿素结晶。
关键词：内燃机选择性催化还原；优化设计；尿素结晶仿真
DOI: 10 3969/j issn 1001-2222 2018 05 012 中图分类号：TK4215
文献标志码：B
文章编号：1001-2222(2018)05-0065-06
选择性催化还原（SelectiveCatalyticReduc-tion,SCR)是减少柴油机尾气中NO，的标准方法门。但是，SCR技术中也存在一些严重的问题2-5]。比如在排气温度较低的低负荷工况下，喷入发动机尾气中的尿素溶液不能及时蒸发分解，未分解的尿素和一些分解中间产物会在尿素喷嘴或 SCR混合器壁面产生结晶1-8]。尿素结晶会产生一系列严重问题。比如，降低催化剂还原效率,甚至影响催化剂便用寿命：同时，还会对排气管路产生一定程度的堵塞，导致排气压力损失增大，从而降低发动机经济性,甚至影响发动机使用耐久性，
针对传统SCR催化器在排气温度较低的低负荷工况下在尿素喷嘴或混合器壁面形成尿素结晶的间题，本研究以某重型柴油机SCR催化器为研究对象，对该SCR催化器进行结构优化，设计出了一科新型SCR混合器结构，并提出了新的尿素喷嘴布置方案。运用CFD方法分析了载体前端面速度分布均勾性和NH3分布均勾性等，结果显示，优化设计的新型SCR催化器未出现尿素结晶，同时NO：转化效率比传统结构显著提高，氨泄漏明显降低。最后，进行了发动机性能试验、台架耐久试验和道路结晶验证试验。试验结果表明，优化后的新型SCR催化器有助于尿素喷雾和发动机尾气的充分混合，促
收稿日期：2018-06-03；修回日期：2018-07-31
基金项目：国家重点研发计划项目（2017YFC0211305）
使尿素水溶液进一步雾化蒸发，最终降低尿素喷嘴和混合器壁面的尿素结晶风险。
混合器结构及尿素喷嘴布置方案优化设计 1.1传统SCR混合器结构及尿素喷嘴布置方案
传统SCR混合器结构及尿素喷嘴布置方案见图1。该SCR催化器的混合器仅包括一个多孔混合管及其底部的开孔挡流板，喷嘴布置在混合管上部。尾气进人混合管，与混合管上方喷人的尿素溶液混合。由于低负荷工况下排气温度较低，气体流速也很低，且混合器几乎对气流无扰动作用，尿素溶液滴落在混合器下壁面以及底部挡流板上，不能充分蒸发热解，从而产生大量尿素沉积，形成尿素结晶9-12]（见图2）。
祥气人口
混合器
尿素喷嘴载体位置
图1传统SCR催化器结构示意
作者简介：石代龙（1991一），男，硕士，主要研究方向为内燃机排放控制及结构优化；1483090207@qqcom。
通讯作者：白书战（1979—），男，副教授，博士，主要研究方向为案油机燃烧及排放控制技术；baishuzhan@sdueduen。