混合器对国六柴油机选择性催化还原系统尿素结晶的影响

李江飞，牛雨飞,朱海艳，王龙飞，薛红娟，张 强

(1.无锡亿利环保科技有限公司，无锡 214000；2.河北亿利科技股份有限公司，邢台 054800；3.一汽解放大连柴油机有限公司，大连 116600；4.山东大学 能源与动力工程学院，济南 250061)

0 概述

中国已连续十年成为世界机动车产销第一大国，柴油机因转矩大、热效率高、油耗低等优点成为运输业的主要动力源，也成为大气污染的重要来源[1]。选择性催化还原(selective catalytic reduction，SCR)技术是降低柴油车尾气中NOx排放的主要技术[2-4]，即在催化剂的作用下，通过尿素喷射系统向SCR上游喷入质量分数为32.5%的车用尿素水溶液，把尾气中NOx还原成N2和H2O。国六柴油机后处理总成如图1所示，发动机尾气从入口进入，经柴油氧化催化器(diesel oxidation catalyst，DOC)、柴油颗粒捕集器(diesel particulate filters，DPF)后进入混合器，在混合器中与尿素喷雾混合，进入SCR系统内，最后通过出口排出净化后的尾气[5-7]。其中，DOC通过氧化反应降低尾气中的HC、CO等，DPF主要作用为降低尾气中的颗粒物(particulate matter，PM)排放，SCR通过还原反应降低尾气中的NOx排放，氨进逸催化器(ammonia slip catalyst，ASC)主要作用为捕捉多余的NH3。

图1 国六后处理总成示意图

排放法规的升级对SCR性能提出新的挑战。国六排放标准要求SCR系统具有更高的NOx转化率，尿素喷射量更大，如果混合器结构设计不合理易发生尿素结晶、氨泄漏、可靠性降低等问题，严重者会堵塞排气管路，严重影响整车动力性及经济性[8-12]，但目前关于国六柴油机SCR尿素结晶问题的研究却鲜有报道。

针对国六柴油机SCR尿素结晶问题，本文中设计了两种不同的混合器结构，采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法对不同混合器方案进行了仿真分析和对比，并进行了排放和结晶试验验证，为国六柴油机SCR混合器的设计提供参考。……