SCR 載體尺寸對(duì)背壓及NOx轉(zhuǎn)化效率的影響

摘要：基于發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)研究了不同選擇性催化還原（SCR）載體尺寸的性能差異。結(jié)果表明：SCR 載體尺寸會(huì)顯著影響SCR 系統(tǒng)的性能，載體長(zhǎng)度增加導(dǎo)致排氣背壓明顯增大，但SCR 系統(tǒng)的氮氧化物（NOx）轉(zhuǎn)化效率提升不顯著；增大載體直徑可同時(shí)實(shí)現(xiàn)排氣背壓降低和NOx 轉(zhuǎn)化效率提升；當(dāng)排氣溫度高于尿素起噴溫度時(shí)，加大尿素噴射量后，相比于直徑為118.4 mm 的SCR 載體，直徑為143.8 mm 的SCR 載體性能可提升2 倍。

關(guān)鍵詞：選擇性催化還原；載體尺寸；排氣背壓；NOx轉(zhuǎn)化效率

0 前言

根據(jù)中國(guó)移動(dòng)源環(huán)境管理年報(bào)，2022 年全國(guó)機(jī)動(dòng)車氮氧化物（NOx）排放量為526.7 萬(wàn)t，以柴油貨車為代表的移動(dòng)源，其排放的NOx約占全國(guó)機(jī)動(dòng)車排放總量的60%，嚴(yán)重污染環(huán)境和損害人體健康［1］。為加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，2020 年7 月開(kāi)始，我國(guó)全面實(shí)施國(guó)六排放法規(guī)，NOx 排放限值要求分階段提高了70.7% 和39%［2］。面對(duì)NOx 排放限值大幅提高，僅依靠發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)內(nèi)凈化很難達(dá)到技術(shù)要求，因此需要借助尾氣凈化技術(shù)。選擇性催化還原（SCR）系統(tǒng)是目前一種高效的柴油機(jī)NOx 減排技術(shù)［3-4］。由于SCR 系統(tǒng)在低溫階段的轉(zhuǎn)化效率不高，為解決冷啟動(dòng)階段NOx的排放問(wèn)題，在更靠近發(fā)動(dòng)機(jī)排氣口的位置增加了帶選擇性催化還原的柴油機(jī)顆粒捕集器（SDPF）［5］；同時(shí)，為了提高NOx 轉(zhuǎn)化率，SDPF 中分子篩的涂覆量需要達(dá)到SCR 系統(tǒng)的3 倍左右［6］，這勢(shì)必增大了系統(tǒng)背壓，降低了燃油經(jīng)濟(jì)性。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者從SCR 載體體積［7-8］、噴射策略［9］等方面進(jìn)行了排氣背壓優(yōu)化和性能影響研究，結(jié)果表明，SCR 催化器結(jié)構(gòu)是影響系統(tǒng)背壓及NOx轉(zhuǎn)化效率的關(guān)鍵因素。本文在某國(guó)六輕型柴油機(jī)的基礎(chǔ)上，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)研究SCR 載體尺寸對(duì)背壓和性能影響，旨在為SCR 系統(tǒng)性能優(yōu)化提供參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)裝置與試驗(yàn)方案

1. 1 試驗(yàn)裝置

選用的發(fā)動(dòng)機(jī)為某2.5 L 4 缸增壓中冷柴油機(jī)，其基本參數(shù)見(jiàn)表1。

該發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣后處理系統(tǒng)布置由氧化型催化器（DOC）、SDPF、SCR 系統(tǒng)組成，其中SDPF 前的混合器和SDPF 組成一個(gè)總成，在混合器前安裝有尿素噴射單元，SCR 系統(tǒng)則備有3 套不同尺寸的載體，如圖1 所示。該尾氣后處理主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。