一种带有多孔隔板设计的SCR混合器研究

王 杰，张 强

(佛吉亚排气控制技术开发(上海)有限公司，上海 201107)

0 引言

随着国内排放法规[1]越来越严格，SCR(Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原器)已经成为汽车、工程机械、船舶等柴油机动力系统的标配关键零部件之一[2]。而SCR混合器对排气及喷射尿素的混合均匀性至关重要[3]，它不但影响SCR的反应效率及氮氧化物排放的多少，而且对尿素结晶问题的改善也相当关键[4]，是国内外行业研究的关键点之一[5]。

本文介绍了一种SCR混合器的优化设计方法。首先对SCR混合器增加多孔隔板，并对孔板位置和尺寸进行设计；然后对优化设计与原设计的CFD(Computational Fluid Dynamics, 计算流体动力学)流场进行对比分析;最后通过实验验证说明优化设计方法的可行性。

1 优化方法介绍

1.1 氨气分布均匀性的定义

为应对日益严苛的排放法规要求，主流的后处理系统方案采用DOC(Diesel Oxidation Catalyst, 氧化型催化器)+DPF(Diesel Particulate Filter, 柴油颗粒捕集器)+SCR的结构，尿素热解水解产生的氨气在催化剂的作用下同废气中的氮氧化物(NOx)进行化学反应，生成无害物氮气(N2)和水(H2O)，化学反应如下:

CO(NH2O)2+热量→HCNO+NH3.

HCNO+H2O→NH3+CO2.

NOx+NH3→H2O+N2.

为满足国六排放法规中严苛的降氮氧化物的要求，需要有很高的氮氧化物转化效率。在进入SCR载体前氨气与废气混合均匀性指数称为氨分布均匀性指数，氨分布均匀性指数(Uniformity Index,本文简称UI)的计算公式如下：

(1)

目前柴油发动机后处理要求的氨分布均匀性指数不低于0.95。催化剂涂层已均匀地涂抹在载体的表面，若想达到较高的氮氧化物转化效率，需要到达选择性催化还原载体面的氨气、氮氧化物废气混合气体具有很高的均匀性分布指数。……