柴油机选择性催化还原化学反应动力学模型参数化

凌建群，纪晓静

(上海柴油机股份有限公司，上海 200438)

0 引言

随着柴油机排放法规的日趋严格，对选择性催化还原(selective catalytic reduction, SCR)后处理系统的转化效率也提出了更高的要求。在国IV和国V阶段，SCR转化效率大概为60%～80%， SCR的主流控制策略为基于MAP的开环控制策略。对于重型国六应用，SCR转化效率要求达到90%～95%，或以上。由于系统偏差等原因，开环控制策略误差较大，不能满足控制精度要求，因此需要采用闭环控制策略[1]。常见的闭环控制策略有如下几种：(1)基于后NOx传感器的闭环控制策略；(2)基于后氨(NH3)传感器的闭环控制策略；(3)基于NH3存储模型的闭环控制策略。本文的研究是基于SCR化学反应动力学的NH3存储模型闭环控制策略。对于这种策略，最关键的是准确地标定SCR化学反应动力学模型，计算SCR催化剂中的氨存储量。

1 SCR中的化学反应

SCR中的化学反应比较复杂，主要包括尿素热解、水解反应，氨吸附、脱附反应，氨氧化反应，标准还原反应，快速还原反应，慢速还原反应，一氧化二氮(N2O)生成反应等。

尿素热解、水解反应：

NH2(CO)NH2→NH3+HCNO

(1)

HCNO+H2O→NH3+CO2

(2)

氨吸附、脱附反应：

NH3+S→NH3(S)

(3)

NH3(S)→NH3+S

(4)

标准SCR还原反应：

4NH3(S)+4NO+O2→4N2+6H2O

(5)

快速SCR还原反应：

4NH3(S)+2NO+2NO2→4N2+6H2O

(6)

慢速SCR还原反应：

8NH3(S)+6NO2→7N2+12H2O

(7)

氨氧化反应：

4NH3(S)+3O2→2N2+6H2O

(8)

4NH3(S)+5O2→4NO+6H2O

(9)

其它反应：

2NH3(S)+2O2→N2O+6H2O

(10)

2NH3(S)+2NO2→N2O+N2+3H2O

(11)

2NH3(S)+4NO→N2O+2N2+3H2O

(12)

2 SCR化学反应模型及SCR载体温度模型

对于稳态过程的仿真，由于气体温度和载体前后温度偏差均较小，SCR内部各处温度可以视为相等，只需考虑SCR化学反应模型；但对于动态过程的仿真，还需要增加SCR载体温度模型。

由于发生在SCR中的化学反应非常复杂，为简化模型、便于分析计算，在本文的研究中，仅抓取主要影……