SCR 載體尺寸對背壓及NOx轉化效率的影響

摘要：基于發動機臺架試驗研究了不同選擇性催化還原（SCR）載體尺寸的性能差異。結果表明：SCR 載體尺寸會顯著影響SCR 系統的性能，載體長度增加導致排氣背壓明顯增大，但SCR 系統的氮氧化物（NOx）轉化效率提升不顯著；增大載體直徑可同時實現排氣背壓降低和NOx 轉化效率提升；當排氣溫度高于尿素起噴溫度時，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。

關鍵詞：選擇性催化還原；載體尺寸；排氣背壓；NOx轉化效率

0 前言

根據中國移動源環境管理年報，2022 年全國機動車氮氧化物（NOx）排放量為526.7 萬t，以柴油貨車為代表的移動源，其排放的NOx約占全國機動車排放總量的60%，嚴重污染環境和損害人體健康［1］。為加強環境保護，2020 年7 月開始，我國全面實施國六排放法規，NOx 排放限值要求分階段提高了70.7% 和39%［2］。面對NOx 排放限值大幅提高，僅依靠發動機機內凈化很難達到技術要求，因此需要借助尾氣凈化技術。選擇性催化還原（SCR）系統是目前一種高效的柴油機NOx 減排技術［3-4］。由于SCR 系統在低溫階段的轉化效率不高，為解決冷啟動階段NOx的排放問題，在更靠近發動機排氣口的位置增加了帶選擇性催化還原的柴油機顆粒捕集器（SDPF）［5］；同時，為了提高NOx 轉化率，SDPF 中分子篩的涂覆量需要達到SCR 系統的3 倍左右［6］，這勢必增大了系統背壓，降低了燃油經濟性。

國內外學者從SCR 載體體積［7-8］、噴射策略［9］等方面進行了排氣背壓優化和性能影響研究，結果表明，SCR 催化器結構是影響系統背壓及NOx轉化效率的關鍵因素。本文在某國六輕型柴油機的基礎上，通過發動機臺架試驗研究SCR 載體尺寸對背壓和性能影響，旨在為SCR 系統性能優化提供參考依據。

1 試驗裝置與試驗方案

1. 1 試驗裝置

選用的發動機為某2.5 L 4 缸增壓中冷柴油機，其基本參數見表1。

該發動機的尾氣后處理系統布置由氧化型催化器（DOC）、SDPF、SCR 系統組成，其中SDPF 前的混合器和SDPF 組成一個總成，在混合器前安裝有尿素噴射單元，SCR 系統則備有3 套不同尺寸的載體，如圖1 所示。該尾氣后處理主要技術參數見表2。