單泵多噴嘴并聯(lián)尿素噴射系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究

孫樹平 倪俊芳

摘? 要：目前國(guó)內(nèi)外單噴嘴單泵尿素噴射系統(tǒng)已在市場(chǎng)上有廣泛的應(yīng)用，但是單噴嘴單泵的系統(tǒng)不足以滿足大功率柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的后處理還原需求。文章對(duì)單泵多噴嘴并聯(lián)尿素噴射系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究?；赟CR對(duì)噴射性能的要求，對(duì)單泵多噴嘴的各個(gè)噴嘴噴霧性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，單泵多噴嘴的各個(gè)噴嘴性能一致且能滿足要求。該研究為大功率發(fā)動(dòng)機(jī)的后處理系統(tǒng)提供了一種結(jié)構(gòu)布置簡(jiǎn)單并且成本較低的方案。

關(guān)鍵詞：多噴嘴并聯(lián);尿素噴射系統(tǒng);噴霧性能

中圖分類號(hào)：U664.121 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2020）22-0054-02

Abstract： At present， the single injector with single pump is wide use in the market， but it cannot use for the large diesel engine after treatment system. The paper carried out an experiment study on a Multi-Injector Parallel with single pump Urea Dosing System. As the injection performance requirements from SCR， tested the all-parallel injector's performance. The test showed that all injectors had the similar spray performance and met the performance requirements. The study providesone kind of simple in structure and low cost solution for large engine after treatment system.

Keywords： Multi-Injector Parallel; Urea Dosing System; spray performance

前言

非道路移動(dòng)污染源是顆粒物排放的重要來(lái)源之一，是造成大氣區(qū)域灰霾污染和光化學(xué)煙霧污染的重要原因。對(duì)于柴油機(jī)尾氣排放后處理，選擇性催化還原（Selective catalytic Reduction， SCR）能有效去除柴油機(jī)尾氣中的氮氧化合物（NOx），且有催化劑抗硫性強(qiáng)和技術(shù)升級(jí)潛力大等特點(diǎn)，成為控制NOx排放的普遍采用的方法[1-2]。大功率的船用和發(fā)電機(jī)組用的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，排氣管路的背壓要求較高和布置復(fù)雜等特點(diǎn)，使用一個(gè)大流量的泵，同時(shí)滿足多個(gè)噴嘴的噴射需要，并且可以實(shí)現(xiàn)噴嘴噴射的單獨(dú)控制，可以很大的簡(jiǎn)化管路和線路的布置。尿素的噴射精度和噴霧特性直接影響SCR系統(tǒng)的綜合性能，單泵單噴嘴在車機(jī)中得到了廣泛研究[3-5]。但對(duì)多噴嘴并聯(lián)的尿素噴射系統(tǒng)的研究并未開始。因此，本文主要對(duì)多噴嘴并聯(lián)尿素噴射性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

1 測(cè)試設(shè)備和實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置和方法

1.1.1 噴射精度實(shí)驗(yàn)裝置

噴射系統(tǒng)精度是SCR系統(tǒng)的基本要求，尿素噴射過多會(huì)導(dǎo)致氨氣（NH3）泄漏，造成環(huán)境污染，噴射量不足會(huì)造成NOx排放超標(biāo)。實(shí)驗(yàn)采用計(jì)量式噴嘴，泵用來(lái)提供壓力和流量。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，在噴嘴的噴射量程內(nèi)由控制器發(fā)出不同的噴射量要求，按照要求噴射一段時(shí)間，然后利用高精度電子稱稱量實(shí)際噴射量，計(jì)算系統(tǒng)的噴射精度A：

式中Q1為理論噴射量，單位為g;Q2為稱量的噴射量，單位為g。

1.1.2 噴霧特性實(shí)驗(yàn)裝置及方法

噴霧特性是影響NOx排放的重要指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)通過測(cè)量各個(gè)噴嘴的粒徑、速度和角度，來(lái)檢驗(yàn)系統(tǒng)的噴射性能。噴霧粒徑用索特平均直徑（Sauter mean diameter SMD）表示，即

式中， ？駐ni為直徑di被測(cè)量的液滴數(shù)量;K為直徑分檔數(shù);n為被測(cè)液滴總數(shù)。

2 噴射系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 多泵并聯(lián)噴射系統(tǒng)的噴射精度

在單泵單噴嘴噴射精度的基礎(chǔ)上，研究單泵多噴嘴并聯(lián)的噴射精度，研究結(jié)果表明單泵多噴嘴并聯(lián)和單泵單噴嘴噴射精度基本一致，在小噴射量下同樣精度較差。小噴射量時(shí)，噴嘴的開關(guān)響應(yīng)時(shí)間對(duì)噴射量的影響比較顯著，造成精度下降。

2.2 噴霧特性分析

2.2.1 噴霧粒徑分析

尿素噴霧通過噴嘴噴射進(jìn)入排氣管后，水分受高溫蒸發(fā)形成液態(tài)或固態(tài)尿素，后經(jīng)熱解和水解反應(yīng)生轉(zhuǎn)換成氣態(tài)，上述反應(yīng)均為吸熱過程[6-7]。尿素噴霧粒徑的大小對(duì)液滴吸熱和分解速率有直接的影響。實(shí)驗(yàn)表明，在單泵多噴嘴的系統(tǒng)中，SMD的數(shù)值沒有明顯的變化，都在要求的標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)（50-70um）。如表2所示。

2.2.2 液滴初始速度和角度分析

尿素噴霧液滴初始速度過大會(huì)導(dǎo)致尾排超標(biāo)、背壓增加甚至排氣管堵塞等情況;液滴速度太小會(huì)導(dǎo)致NOx超標(biāo)和NH3泄露。角度大了會(huì)形成結(jié)晶。角度小就有NOx就不能被還原。本實(shí)驗(yàn)測(cè)量了單泵單噴嘴和單泵多噴嘴的情況下的噴射速率和角度。多噴嘴并聯(lián)系統(tǒng)的噴射速率和角度沒有明顯的變化，都在噴嘴的設(shè)計(jì)要求內(nèi)，滿足SCR的性能要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文主要對(duì)單泵多噴嘴尿素噴射系統(tǒng)的噴射精度、噴霧特性實(shí)驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明，單泵多噴嘴并聯(lián)系統(tǒng)各個(gè)噴嘴的性能沒有明顯的變化且都能滿足SCR對(duì)噴射的性能要求。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管路和線路布置方便，可以匹配大功率發(fā)動(dòng)機(jī)以及多臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)共用噴射系統(tǒng)的應(yīng)用。該研究對(duì)大功率船機(jī)、發(fā)電機(jī)組用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能具有重要意義。

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