SCR 尾氣后處理系統(tǒng)尿素結(jié)晶成因及風(fēng)險(xiǎn)試驗(yàn)分析

摘要：通過分析柴油機(jī)選擇性催化還原（SCR）尾氣后處理系統(tǒng)尿素結(jié)晶成因，提出尿素結(jié)晶風(fēng)險(xiǎn)評估方法，并在此基礎(chǔ)上采用臺架試驗(yàn)的方法進(jìn)行SCR 尾氣后處理系統(tǒng)性能和抗結(jié)晶性能的仿真驗(yàn)證。結(jié)果表明：流速均勻性和NH3 均勻性的仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果接近，仿真結(jié)果對SCR 尾氣后處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有一定參考作用。對優(yōu)化前后混合器進(jìn)行穩(wěn)態(tài)尿素結(jié)晶試驗(yàn)，結(jié)果表明優(yōu)化后混合器結(jié)晶量明顯減少，與仿真計(jì)算結(jié)果吻合較好，優(yōu)化后的抗結(jié)晶效果明顯提升，驗(yàn)證了所提出的尿素結(jié)晶風(fēng)險(xiǎn)評估標(biāo)準(zhǔn)具有一定的工程實(shí)踐參考價(jià)值，可以幫助提高SCR 尾氣后處理系統(tǒng)抗結(jié)晶設(shè)計(jì)的工作效率。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī)；選擇性催化還原；尿素結(jié)晶；風(fēng)險(xiǎn)評估

0 前言

選擇性催化還原（SCR）尾氣后處理系統(tǒng)的尿素結(jié)晶也稱尿素沉積物，是指尿素結(jié)晶物和尿素副產(chǎn)物聚積從而形成的沉積物。尿素水溶液（UWS）通過尿素噴嘴霧化噴射后，與高溫排氣混合；由于UWS 中水分的蒸發(fā)速度大于尿素的蒸發(fā)速度，因此固體尿素顆粒從UWS 中析出，并形成了尿素結(jié)晶物［1］。尿素結(jié)晶物易溶于水，溫度在300 ℃以上時(shí)會發(fā)生分解，因此這部分沉積物對SCR 尾氣后處理系統(tǒng)產(chǎn)生的影響較?。?］。此外，尿素可在一定條件下發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，生成尿素副產(chǎn)物。尿素副產(chǎn)物不易溶于水，且分解溫度比尿素高，一旦形成將很難通過柴油機(jī)排氣溫度消除，影響SCR尾氣后處理系統(tǒng)性能，還會造成排氣背壓增加，影響柴油機(jī)性能。

現(xiàn)階段主要依靠臺架試驗(yàn)對SCR 尾氣后處理系統(tǒng)排放水平進(jìn)行測試評價(jià)，但是對驗(yàn)證柴油機(jī)抗尿素結(jié)晶性能的工況和試驗(yàn)方法還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。常嘯天［3］ 提出使用世界統(tǒng)一瞬態(tài)循環(huán)（WHTC）工況來評價(jià)柴油機(jī)的抗結(jié)晶性能；王建東等［4］提出采用低溫、低流量、高尿素噴射量的單一穩(wěn)態(tài)工況來評價(jià)柴油機(jī)在惡劣工況下的抗結(jié)晶性能。本文通過均勻性試驗(yàn)及穩(wěn)態(tài)結(jié)晶試驗(yàn)方法來驗(yàn)證SCR 尾氣后處理系統(tǒng)的性能，基于計(jì)算流體動力學(xué)（CFD）分析結(jié)果提出評估尿素結(jié)晶風(fēng)險(xiǎn)方法，并驗(yàn)證該方法的可行性和準(zhǔn)確度。

1 尿素結(jié)晶成因

1. 1 尿素結(jié)晶機(jī)理

SCR 尾氣后處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。多種化學(xué)反應(yīng)在SCR 尾氣后處理系統(tǒng)工作過程中發(fā)生，這些化學(xué)反應(yīng)主要可分為兩部分：霧態(tài)的UWS噴入排氣管中，為催化還原反應(yīng)提供作為還原劑的NH3；在催化劑的作用下，NH3 和有害的氮氧化物（NOx）轉(zhuǎn)化為對環(huán)境無害的N2和H2O。

在SCR 尾氣后處理系統(tǒng)工作的過程中，常伴隨著一些副反應(yīng)發(fā)生，生成的副產(chǎn)物會造成催化劑中毒［5］，使得NOx 催化效率下降，還會形成一些塊狀結(jié)晶物質(zhì)，對SCR 尾氣后處理系統(tǒng)正常工作造成危害。這些副產(chǎn)物中就有危害較大的SCR 尿素沉積物。

當(dāng)尿素噴嘴霧化UWS 并將其噴入高溫排氣時(shí)，霧化后UWS 小液滴的狀態(tài)會隨著液滴運(yùn)動、水分蒸發(fā)及尿素?zé)峤獾纫蛩匕l(fā)生變化；同時(shí)，尿素?zé)峤馀c異氰酸水解的速率也受環(huán)境溫度變化的影響。當(dāng)柴油機(jī)排氣溫度過低時(shí)，縮二脲、三聚氰酸等副產(chǎn)物會隨著尿素?zé)峤膺^程生成，這些副產(chǎn)物聚積后形成較大的沉積物，產(chǎn)生嚴(yán)重的尿素結(jié)晶風(fēng)險(xiǎn)。

BERNHARD 等［6］使用TiO2 作為催化劑，對UWS 的熱解產(chǎn)物進(jìn)行了傅里葉變換紅外光譜（FTIR）分析和高效液相色譜（HPLC）分析，獲得了沉積物組分隨溫度變化的分布結(jié)果，進(jìn)一步提出了產(chǎn)物水解機(jī)理框架，參與反應(yīng)的組分包含脲基產(chǎn)物、三聚氰酸及其同系物。

為進(jìn)一步探究尿素沉積物的成分，紅外光譜分析法（IR）、熱重分析法（TGA）和質(zhì)譜分析法（MS）等分析方法被廣泛應(yīng)用于尿素沉積物的組成分析。EBRAHIMIAN 等［7］通過TGA 和FTIR 證明了尿素、縮二脲、三聚氰酸、三聚氰酸一酰胺存在于柴油機(jī)SCR 尾氣后處理系統(tǒng)的沉積物中。采用化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)軟件Chemkin 建立了包括14 種組分和12 步基元反應(yīng)的尿素?zé)峤饽Ｐ?，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比。結(jié)果表明，該模型可在低溫段（≤700 K）準(zhǔn)確地反映尿素結(jié)晶在尿素?zé)峤膺^程中的質(zhì)量變化。

除SCR 尾氣后處理系統(tǒng)沉積物的成分外，國外一些學(xué)者在尿素?zé)峤夂统练e物生成的反應(yīng)路徑等方面展開了大量的研究。WAY 等［8］在柴油機(jī)SCR 尾氣后處理系統(tǒng)不同位置采集了沉積物樣品，并通過HPLC 分析樣品成分。結(jié)果表明，沉積物主要由未分解的尿素（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～15%）、縮二脲（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～15%）和三聚氰酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%～90%）組成。

通過上述學(xué)者對尿素結(jié)晶機(jī)理的研究，可將尿素結(jié)晶成分按照物質(zhì)的分解溫度分為軟結(jié)晶和硬結(jié)晶。軟結(jié)晶以尿素縮二脲為主，分解溫度較低；硬結(jié)晶以三聚氰酸為主，分解溫度較高。大多數(shù)情況下，SCR 尾氣后處理系統(tǒng)的沉積物為軟、硬結(jié)晶共同存在的混合物。

1. 2 尿素結(jié)晶影響因素

基于尿素結(jié)晶的生成機(jī)理，從SCR 尾氣后處理系統(tǒng)邊界條件出發(fā)，將尿素結(jié)晶生成影響因子歸結(jié)為排氣溫度、排氣量、尿素噴射量和混合器結(jié)構(gòu)4 個(gè)關(guān)鍵因素的綜合作用結(jié)果。本文分別對這4 個(gè)關(guān)鍵因素進(jìn)行試驗(yàn)，研究其對尿素結(jié)晶的影響規(guī)律。試驗(yàn)采用透明石英管，以便于觀察。將石英管一端與燃燒器出氣端相連，燃燒器用于模擬柴油機(jī)高溫尾氣；在石英管上安裝尿素噴嘴，噴嘴與尿素泵等噴射系統(tǒng)相連，可控制尿素噴射量。對排氣溫度、排氣量、尿素噴射量及混合器結(jié)構(gòu)4 個(gè)因素進(jìn)行控制，每個(gè)試驗(yàn)進(jìn)行2 h。

1. 2. 1 排氣溫度的影響

石英管中不放入混合器，即不考慮混合器的情況下，保持排氣質(zhì)量流量110 kg/h、尿素噴射質(zhì)量流量114 mg/s 不變，僅改變排氣溫度，分別調(diào)節(jié)排氣溫度為200 ℃、280 ℃、360 ℃，記為工況1、工況2、工況3，試驗(yàn)2 h 后得到的尿素結(jié)晶如圖2 所示。表1 為不同排氣溫度下尿素結(jié)晶及液膜生成情況。

從圖2 和表1 可以看出：當(dāng)排氣溫度為200 ℃時(shí)，石英管表面可以看到有一層明顯的白色結(jié)晶物質(zhì)，其主要分布在噴霧范圍的邊緣，靠近噴嘴一端及噴霧范圍內(nèi)存在明顯的液膜。當(dāng)排氣溫度為280 ℃時(shí)，石英管表面有輕微的液膜存在，但無白色結(jié)晶物質(zhì)產(chǎn)生。當(dāng)排氣溫度為360 ℃時(shí)，石英管表面只有一些輕微的已經(jīng)蒸發(fā)的液膜痕跡，無濕潤的液膜存在，也沒有白色結(jié)晶物質(zhì)。由此可以看出排氣溫度對尿素結(jié)晶有非常大的影響，排氣溫度越高，越不容易產(chǎn)生尿素結(jié)晶。3 種排氣溫度下均會形成液膜，但排氣溫度越高，液膜形成量越少，液膜區(qū)域越小，液膜蒸發(fā)速度越快，因此可以判斷，尿素結(jié)晶易發(fā)生在排氣溫度低于280 ℃的工況。

1. 2. 2 尿素噴射量的影響

不考慮混合器，保持排氣質(zhì)量流量130 kg/h、排氣溫度230 ℃ 不變，僅改變尿素噴射質(zhì)量流量（分別為114 mg/s 和322 mg/s，持續(xù)噴射），進(jìn)行2 次試驗(yàn)。圖3 為2 h 試驗(yàn)結(jié)束后管內(nèi)尿素結(jié)晶情況。表2 為不同尿素噴射量下尿素結(jié)晶情況。

從圖3 和表2 可以看出：在保持排氣溫度、排氣量、混合器結(jié)構(gòu)不變的情況下，尿素噴射質(zhì)量流量為114 mg/s 時(shí)，管內(nèi)結(jié)晶情況較少，結(jié)晶位置主要出現(xiàn)在管壁上方，且隨氣流吹掃形成條狀結(jié)晶痕跡，結(jié)晶質(zhì)量為2.0 g；尿素噴射質(zhì)量流量為322 mg/s 時(shí)，管內(nèi)尿素結(jié)晶情況明顯增多，結(jié)晶位置主要出現(xiàn)在管壁四周，尤其是管底部，結(jié)晶質(zhì)量為6.0 g，管底部結(jié)晶主要是因?yàn)閁WS 噴射量較大，液滴沿濕潤管壁較多聚集于管底部，進(jìn)而在管底部形成較多液膜，最終形成尿素結(jié)晶。由此可以看出尿素噴射量也是影響尿素結(jié)晶的重要因素，在其他條件相同的情況下，尿素噴射量越大，尿素結(jié)晶風(fēng)險(xiǎn)越高，尿素結(jié)晶量越大。

1. 2. 3 排氣量及混合器的影響

在石英管中安裝葉片狀混合器，將噴嘴以45°安裝至混合器前方約10 cm 位置，并保持排氣溫度230 ℃、尿素噴射質(zhì)量流量322 mg/s 不變，僅改變排氣量，每個(gè)排氣量進(jìn)行2 h 試驗(yàn)，尿素持續(xù)噴射。排氣質(zhì)量流量分別為90 kg/h、130 kg/h、160 kg/h、190 kg/h 時(shí)混合器部分尿素結(jié)晶情況如圖4 所示。表3 為不同排氣量下尿素結(jié)晶情況。

由圖4 和表3 可以看出：當(dāng)其他條件保持不變時(shí)，混合器部分尿素結(jié)晶量隨著排氣量的增加而減少。當(dāng)排氣質(zhì)量流量為90 kg/h 時(shí)，混合器葉片上結(jié)晶量較多，總結(jié)晶質(zhì)量為6.7 g，尤其是迎著噴霧方向的葉片上有相當(dāng)多的白色結(jié)晶物生成；當(dāng)排氣質(zhì)量流量提高至130 kg/h 和160 kg/h 時(shí)，總結(jié)晶質(zhì)量下降至2.1 g 和1.6 g，混合器葉片上白色結(jié)晶物質(zhì)明顯減少，只在葉片根部及尖端部，以及一些沖壓凹陷部位存在少許結(jié)晶物質(zhì)；當(dāng)排氣質(zhì)量流量繼續(xù)提高至190 kg/h 時(shí)，混合器葉片僅在邊緣有極少數(shù)白色粉狀結(jié)晶，其他部位未見明顯的尿素結(jié)晶現(xiàn)象，總結(jié)晶質(zhì)量為0.4 g。

對比表2 和表3，排氣質(zhì)量流量為130 kg/h、排氣溫度為230 ℃ 、尿素噴射質(zhì)量流量為322 mg/s時(shí)，相同進(jìn)氣和尿素噴射條件下，增加混合器后尿素結(jié)晶質(zhì)量從6.0 g 下降至2.1 g，可以看出混合器可以有效提高排氣和尿素液滴的混合效果，提高尿素分解，降低尿素結(jié)晶的生成量。

根據(jù)文獻(xiàn)［9］和上述試驗(yàn)可以得出，將SCR 尾氣后處理系統(tǒng)尿素結(jié)晶生成影響因子歸結(jié)為排氣溫度、排氣量、尿素噴射量和混合器4 個(gè)關(guān)鍵因素的綜合作用結(jié)果具有一定的可行性，后續(xù)研究可以從這4 個(gè)關(guān)鍵因素入手。

2 SCR 尾氣后處理系統(tǒng)結(jié)晶風(fēng)險(xiǎn)試驗(yàn)

2. 1 均勻性試驗(yàn)方法

流速均勻性是評價(jià)流經(jīng)載體的氣流分布是否合理的重要指標(biāo)之一，其對催化劑使用壽命及催化轉(zhuǎn)化效率影響巨大［10］。流速分布不均勻，會導(dǎo)致載體的利用率偏低，載體局部過熱、流速過高，導(dǎo)致部分區(qū)域催化劑劣化速度加劇，縮短使用壽命，同時(shí)也會導(dǎo)致載體徑向溫度分布不均勻，溫度梯度過大，產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力梯度，易發(fā)生熱疲勞破壞。NH3 均勻性是保障NOx 高效脫除的關(guān)鍵［1，6-7］，NH3均勻性分布不均，會導(dǎo)致局部NH3 濃度過高，不能完全消耗，造成NH3泄漏，污染環(huán)境，而NH3濃度局部過低，會導(dǎo)致NOx轉(zhuǎn)化效率低，NOx排放超標(biāo)。

目前，對于SCR 尾氣后處理系統(tǒng)流速均勻性和NH3均勻性的臺架測試還沒有統(tǒng)一的方法，因此本文使用自制采集工裝對SCR 尾氣后處理系統(tǒng)進(jìn)行均勻性測試。測試設(shè)備主要有柴油機(jī)、尿素噴射系統(tǒng)、采集裝置、氣體分析儀、流速分析儀等，其中采集裝置如圖5 所示。有4 根采樣管從采集裝置端部伸入裝置內(nèi)部，4 根采樣管均可沿軸線向內(nèi)或向外伸縮移動，改變采樣管頭部在裝置內(nèi)部的位置，且采集裝置可繞系統(tǒng)軸線360°旋轉(zhuǎn)，因此可以對所在截面進(jìn)行多點(diǎn)數(shù)據(jù)測試，測點(diǎn)布置如圖6 所示。

試驗(yàn)時(shí)將采集裝置安裝在距離第1 級SCR 載體（以下簡稱“SCR1”）后端面10 mm 處。以NH3均勻性試驗(yàn)為例，試驗(yàn)安裝布置如圖7 所示（圖中DOC 為氧化型催化器，DPF 為柴油機(jī)顆粒捕集器，SCR2 為第2 級SCR 載體）。流速均勻性試驗(yàn)與NH3 均勻性試驗(yàn)步驟一致，只需要將流速分析儀代替氣體分析儀連接至采樣裝置上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集即可。

2. 2 穩(wěn)態(tài)結(jié)晶試驗(yàn)方法

對SCR 尾氣后處理系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)結(jié)晶試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證其結(jié)晶程度，觀察SCR 尾氣后處理系統(tǒng)在一定流量和溫度下的結(jié)晶現(xiàn)象。本文采用的穩(wěn)態(tài)結(jié)晶試驗(yàn)方法如下：

（1） 試驗(yàn)前保持SCR 尾氣后處理系統(tǒng)內(nèi)部潔凈，并對混合器進(jìn)行稱重，記錄試驗(yàn)前質(zhì)量。

（2） 稱重完畢進(jìn)行測試設(shè)備的安裝、臺架布置，完成試驗(yàn)前各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，包括調(diào)節(jié)尿素噴射裝置至目標(biāo)流量等。

（3） 確保實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)環(huán)境要求滿足測試要求。

（4） 運(yùn)行柴油機(jī)，使得排氣溫度和排氣量達(dá)到測試工況要求，要求排氣溫度在15 min 內(nèi)變化不超過±2 K，排氣質(zhì)量流量偏差不超過±10 kg/h。

（5） 當(dāng)柴油機(jī)穩(wěn)定后，開啟尿素噴射系統(tǒng)，并開始記錄試驗(yàn)時(shí)間。

（6） 每個(gè)工況進(jìn)行8 h 穩(wěn)態(tài)結(jié)晶試驗(yàn)，要求結(jié)晶質(zhì)量lt;30 g。

（7） 單個(gè)工況試驗(yàn)結(jié)束后，首先停止尿素噴射，然后讓柴油機(jī)回到怠速狀態(tài)，保持2～3 min 后停機(jī)，待SCR 尾氣后處理系統(tǒng)冷卻后進(jìn)行混合器部分拆解，并重新稱重，記錄質(zhì)量，試驗(yàn)前后質(zhì)量差即為該工況下的尿素結(jié)晶量。

（8） 進(jìn)行下一工況試驗(yàn)前，需要清理SCR 尾氣后處理系統(tǒng)內(nèi)的尿素結(jié)晶，并運(yùn)行排氣溫度550 ℃、運(yùn)行時(shí)間30 min 的工況來清理混合器中殘留結(jié)晶物，二次清理后進(jìn)行試驗(yàn)前稱重并記錄。

（9） 重復(fù)步驟（2）～（8），直至完成所有工況點(diǎn)測試。

2. 3 均勻性試驗(yàn)結(jié)果

本文對優(yōu)化前的SCR 尾氣后處理系統(tǒng)在工況1～3 下進(jìn)行流速均勻性和NH3均勻性試驗(yàn)，現(xiàn)場布置如圖8 和圖9 所示，得到DOC、DPF 和SCR1 后端面的流速均勻性，以及SCR1 前端面的NH3 均勻性結(jié)果。

工況1～3 的均勻性試驗(yàn)結(jié)果與仿真計(jì)算結(jié)果對比見表4。由表4 可以看出，SCR 尾氣后處理系統(tǒng)仿真值與試驗(yàn)值非常接近，仿真結(jié)果具有較高的可信度，說明仿真方法具有一定適用性。

2. 4 混合器尿素結(jié)晶試驗(yàn)

對優(yōu)化前混合器方案進(jìn)行穩(wěn)態(tài)結(jié)晶試驗(yàn)，工況1 的試驗(yàn)結(jié)果如圖10 所示。由圖10（a）可以看出：破碎板兩端焊耳處存在塊狀結(jié)晶，中間部分存在尿素結(jié)晶痕跡，但未形成塊狀結(jié)晶，由于氣流對液膜存在吹掃作用，因此出現(xiàn)結(jié)晶痕跡屬于正?，F(xiàn)象，破碎板結(jié)晶試驗(yàn)結(jié)果與分析結(jié)果較為接近。由圖10（b）可以看出：在W 形混合腔與后擋板之間的混合器殼體處，塊狀結(jié)晶較為嚴(yán)重，此處堆積的液膜在氣流吹掃作用下，從W 形混合腔壁面吹到混合器殼體上，由于無孔后擋板的阻擋，形成大量塊狀結(jié)晶，另一部分尿素液滴經(jīng)擋板阻礙，沿兩側(cè)壁面向外擴(kuò)散，形成大量結(jié)晶。此處由于計(jì)算時(shí)間只有1 s，因此與實(shí)際試驗(yàn)稍有區(qū)別，但混合器殼體處的結(jié)晶趨勢與試驗(yàn)一致。各工況下結(jié)晶量見表5，各工況下的結(jié)晶質(zhì)量均遠(yuǎn)超30.0 g要求。

為減少尿素結(jié)晶，根據(jù)以下思路進(jìn)行混合器優(yōu)化：① 調(diào)整流動死區(qū)結(jié)構(gòu)，提高該區(qū)域內(nèi)的氣流流速；② 增加尿素液滴在破碎路徑上的滯留時(shí)間，提高尿素液滴的破碎和蒸發(fā)分解的效果。

具體優(yōu)化方案為：① 增大破碎板開孔尺寸，調(diào)整孔位，減小破碎板焊耳附近未開孔面積，以消除破碎板與中心管壁面形成的流動死區(qū)問題，提高該區(qū)域氣流流速；② 在原破碎板上方再增加1 塊破碎板，并且2 塊破碎板呈一定夾角布置，以增加破碎能力，同時(shí)增加尿素液滴的滯留時(shí)間，提高尿素蒸發(fā)分解的效果；③ 后擋板開孔處理，使氣流可以流經(jīng)后擋板，消除流動死區(qū)，提高流動速度，增加熱交換。

對優(yōu)化后混合器方案進(jìn)行同樣的結(jié)晶試驗(yàn)，除混合器結(jié)構(gòu)變化外，其他邊界均保持一致，工況1試驗(yàn)結(jié)果如圖11 所示。由圖11 可以看出：優(yōu)化后的破碎板上已經(jīng)沒有了明顯的塊狀結(jié)晶，僅有小部分孔板邊緣有輕微的結(jié)晶痕跡，與仿真計(jì)算結(jié)果吻合較好。優(yōu)化后，混合器殼體處的塊狀結(jié)晶也明顯減少，僅有焊縫和后擋板開孔處有輕微的結(jié)晶痕跡，與仿真計(jì)算結(jié)果吻合較好。

混合器優(yōu)化后各工況結(jié)晶量測試結(jié)果見表6，各工況下的總結(jié)晶質(zhì)量為40.9 g，各工況結(jié)晶質(zhì)量均小于30.0 g。由此可見，優(yōu)化后的抗結(jié)晶效果明顯提升，尿素結(jié)晶風(fēng)險(xiǎn)評估標(biāo)準(zhǔn)具有一定的工程實(shí)踐指導(dǎo)作用，可以有效提高SCR 尾氣后處理系統(tǒng)抗結(jié)晶設(shè)計(jì)的效率。

3 結(jié)論

（1） 基于尿素結(jié)晶的生成機(jī)理，將影響尿素結(jié)晶的復(fù)雜因素簡化為排氣溫度、排氣量、尿素噴射量和混合器結(jié)構(gòu)4 個(gè)關(guān)鍵因素。針對4 個(gè)關(guān)鍵因素分別進(jìn)行結(jié)晶試驗(yàn)，結(jié)果表明將尿素結(jié)晶復(fù)雜因素簡化為4 個(gè)關(guān)鍵因素的方法具有一定的可行性。

（2） 按照均勻性試驗(yàn)方法和要求，對SCR 尾氣后處理系統(tǒng)進(jìn)行流速均勻性、NH3 均勻性試驗(yàn)，試驗(yàn)測得工況1 時(shí)DOC 后流速均勻性為0.981，DPF后流速均勻性為0.987，SCR1 后端面流速均勻性為0.984，SCR1 前端面NH3 均勻性為0.980；工況2 時(shí)DOC 后流速均勻性為0.977，DPF 后流速均勻性為0.981，SCR1 后端面流速均勻性為0.980，SCR1 前端面NH3 均勻性為0.953；工況3 時(shí)DOC 后流速均勻性為0.970，DPF 后流速均勻性為0.983，SCR1 后端面流速均勻性為0.984，SCR1 前端面NH3均勻性為0.946。結(jié)果表明，SCR 尾氣后處理系統(tǒng)仿真值與試驗(yàn)值非常接近，仿真結(jié)果對SCR 尾氣后處理系統(tǒng)流速均勻性和 NH3 均勻性的設(shè)計(jì)與優(yōu)化具有一定參考。

（3） 按照穩(wěn)態(tài)尿素結(jié)晶試驗(yàn)驗(yàn)證方法，對混合器優(yōu)化前后的SCR 尾氣后處理系統(tǒng)進(jìn)行尿素結(jié)晶試驗(yàn)。試驗(yàn)測得優(yōu)化前在破碎板焊耳附近及W 形混合腔與后擋板之間的混合器殼體上存在大量結(jié)晶，結(jié)晶位置與結(jié)晶風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域相吻合，3 個(gè)工況結(jié)晶質(zhì)量依次為143.2 g、125.4 g、92.1 g，結(jié)晶質(zhì)量均大于30.0 g，不滿足結(jié)晶試驗(yàn)要求?；旌掀鲀?yōu)化后在破碎板焊耳附近沒有了明顯的塊狀結(jié)晶，僅有輕微的結(jié)晶痕跡，混合器殼體上也沒有明顯的塊狀結(jié)晶，僅有輕微結(jié)晶痕跡，3 個(gè)工況結(jié)晶質(zhì)量依次為18.6 g、13.7 g、8.6 g，均小于30.0 g，滿足結(jié)晶試驗(yàn)要求。試驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)化后的混合器抗結(jié)晶效果提升明顯，尿素結(jié)晶風(fēng)險(xiǎn)低，與仿真計(jì)算結(jié)果吻合較好，驗(yàn)證了所提出的尿素結(jié)晶風(fēng)險(xiǎn)評估標(biāo)準(zhǔn)具有一定的工程實(shí)踐參考，可以有效提高SCR 尾氣后處理系統(tǒng)抗結(jié)晶設(shè)計(jì)的工作效率。

參考文獻(xiàn)

［ 1 ］ 莫春蘭，龍華林，莫益濤，等.SCR 系統(tǒng)尿素沉積物重要組分試驗(yàn)研究[J]. 車用發(fā)動機(jī)，2021（2）：76-81.

［ 2 ］ 王謙，張鐸，王靜，等. 車用柴油機(jī)Urea-SCR系統(tǒng)數(shù)值分析與參數(shù)優(yōu)化[J]. 內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)，2013，31（4）：343-348.

［ 3 ］ 常嘯天. 基于國六標(biāo)準(zhǔn)的柴油機(jī)SCR 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化及試驗(yàn)研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2020.

［ 4 ］ 王建東，譚治學(xué)，李云剛，等. 基于反應(yīng)動力學(xué)方程的尿素結(jié)晶風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測模型[J]. 內(nèi)燃機(jī)與動力裝置，2021，38（1）：7-14.

［ 5 ］ 于津濤，滿恒孝，張瑜，等.SCR 催化劑鉑中毒對DeNOx 性能影響的研究[J]. 車用發(fā)動機(jī)，2022（1）：1-6.

［ 6 ］ BERNHARD A M， CZEKAJ I， ELSENER M，et al. Adsorption and catalytic thermolysis ofgaseous urea on anatase TiO2 studied by HPLCanalysis， DRIFT spectroscopy and DFTcalculations[J]. Applied Catalysis B：Environmental，2013，134-135： 316-323.

［ 7 ］ EBRAHIMIAN V，NICOLLE A，HABCHI C.Detailed modeling of the evaporation andthermal decomposition of urea-water solutionin SCR systems[J].AIChE Journal，2012，58（7）：1998-2009.

［ 8 ］ WAY P，VISWANATHAN K，PREETHI P，et al. SCR performance optimization throughadvancements in aftertreatment packaging[C]//SAE World Congress amp; Exhibition. Washington：SAE International，2009.

［ 9 ］ 韓峰，張曉麗，王意寶，等. 逆流式混合器的設(shè)計(jì)及尿素結(jié)晶風(fēng)險(xiǎn)評估方法研究[J]. 汽車工程，2019，41（12）：1370-1376.

［10］ 佟德輝，李國祥，陶建忠，等. 基于CFD 技術(shù)的重載車用柴油機(jī)SCR 催化轉(zhuǎn)化器[J]. 內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)，2008，26（增刊1）：20-25.