柴油機SCR尿素沉積物模擬分析

段磊磊，莫春蘭，黃文君，莫益濤，龍華林

（廣西大學機械工程學院，廣西 南寧 530004）

0 引言

隨著排放法規的進一步提升，柴油機的排放面臨著越來越嚴苛的指標。選擇性催化還原（SCR）技術廣泛用于柴油機NOx排放法規。當SCR系統中的尿素水溶液噴入排氣系統時，除形成分解生成氨氣外，還會生成副產物。副產物的出現可能會導致氨的泄漏還可能堵塞排氣管，從而增加排氣背壓。因此在SCR產品開發的初期，有必要通過模擬來評估SCR的性能和沉積物的風險。以往研究中，Vahid等[1]構建了尿素水溶液（UWS）的液滴多項蒸發模型和尿素熱分解的半詳細動力學模型，模擬了UWS蒸發、熱解、固相副產物形成的物理化學過程。Andreas等[2]通過試驗研究利用涂覆有TiO2的惰性堇青石，構建了SCR系統包含尿素分解副產物形成和分解的14步反應網絡框架。國內陳悅等[3]忽略了三聚氰酸同系物成分對尿素噴嘴內部沉積物進行了分析與模擬。

以往研究的動力學模型[4]主要基于已有的機理。這些機理受實驗條件的限制存在機理不全的問題。本文比較全面的構建了尿素分解的沉積物生成機理模型，并利用STAR CCM+軟件進行沉積物生成計算研究，并通過模擬對柴油機尿素噴射段沉積物的生成規律進行了初步預測。

1 尿素反應機理構建

在理想的狀態下，尿素分解過程由兩步反應組成，即尿素的熱解和異氰酸的水解，即尿素分解的總包反應，總包反應見表1。總包反應過于簡單，只涉及到HN3和HNCO等基本產物。

表1 尿素分解總包反應的化學動力學參數