[01385714]船舶柴油机SCR处理系统优化匹配与控制策略研究

本研究针对船用柴油机的工作特点,以一船用柴油机作为SCR反应器的匹配对象,建立发动机排气特性计算模型,以及 SCR催化反应器模型,并对SCR反应器结构参数、尿素喷射结构参数、混合器结构参数进行了仿真优化;建立SCR系统控制模型,通过实验数据进行了模型参数修正;通过仿真和实验开展了基于模型的尿素喷射控制策略和优化标定方法研究,基本实现了船用柴油机NOx排放SCR处理系统的优化匹配与控制。匹配设计的SCR系统经试验满足Tire III法规的NOx排放控制要求。项目研究结果如下： （1）利用所建模型,对某船用柴油机匹配的SCR反应器仿真优化结果为：SCR催化反应器的体积为0.036m3,横截面积为0.069m2,催化剂长度为0.592mm,孔密度为22/cm2,涂层厚度和载体壁厚分别为0.01mm和0.15mm,SCR反应器进口扩张管锥角为90°。 （2）在建立的SCR反应器结构参数基础上,对尿素喷射结构参数优化的结果为：喷嘴至催化剂入口距离为7倍排气管直径（889mm）,喷孔孔径为0.5mm,喷射角度为45°,喷孔数目4个;对混合器结构参数优化结果为：混合器叶片角度为15°、安装位置离喷嘴下游75mm时,可使催化剂进口截面的NH3分布均匀性系数提高4.5%,NOX转化率提高6%。 （3）利用MATLAB/simulink建立了包括NOx模型、NH3模型、储氨模型、温度模型, SCR化学反应动力学模型。通过台架试验数据对模型进行了参数修正,修正结果为： =15.0432,kSCR=2.5852m2/s,Ea,SCR=31283J/mol。 （4）根据研究的尿素喷射闭环控制策略,匹配设计的SCR系统在发动机试验台架上按D2试验循环进行测试,性能测试结果为：柴油机各工况点NOX的比排放均低于单工况的排放限值3.12g/（kW.h）,NOX加权比排放为0.96g/kWh,满足TireIII的NOX排放限值要求。但SCR反应器压降超过2KPa设计要求。