船舶柴油机scr系统反应动力学试验与模拟计算研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文船舶柴油机SCR系统反应动力学试验与模拟计算研究博士研究生：朱元清指导教师：周松教授学科、专业：动力机械及工程哈尔滨工程大学2014年6月分类号：密级：（）UDC：编号：工学博士学位论文船舶柴油机SCR系统反应动力学试验与模拟计算研究博士研究生：朱元清指导教师：周松教授学位级别：工学博士学科、专业：动力机械及工程所在单位：动力与能源工程学院论文提交日期：2014年4月22日论文答辩日期：2014年6月15日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationforthe

2、DegreeofD.EngExperimentalandNumericalStudyontheCatalyticKineticsCharacteristicsofMarineDieselSCRSystemCandidate:ZhuYuanqingSupervisor:Prof.ZhouSongAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:PowerMachineryandEngineeringDateofSubmission:Apr.22,2014DateofOralExamination:Jun

3、.15,2014University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读

4、学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日船舶柴油机SCR系统反应动力学试验与

5、模拟计算研究摘要2016年，国际海事组织（IMO）将强制实施更加严格的氮氧化物（NOx）排放标准，而选择性催化还原（SCR）技术是实现IMOTierⅢ标准最有效的途径。但是，船舶柴油机排气温度低、废气成分复杂，极大地限制了SCR系统的大规模应用。催化剂性能直接关系着SCR系统工作性能，而SCR反应路径直接决定了催化剂活性和选择性。本文选取船舶柴油机SCR系统为研究对象，采用数值模拟与试验相结合的方法，从催化剂理化性质、详细反应路径和反应动力学三个方面，深入分析了柴油机排气条件及关键参数对SCR反应过程的影响规律，以期为船舶柴油机SCR系统的优化设计提供理论参

6、考。本文主要工作及结论有：（1）论述了尿素分解及沉积物形成、SCR反应详细路径及其动力学模型和SCR系统模拟计算的研究现状，并重点分析了SCR系统的船舶应用问题；结合Eley-Rideal反应机理，构建了描述SCR系统工作过程的输运方程，并推导了主要SCR反应相关参数的拟合方程。（2）采用催化剂表征技术及手段，详细分析了V2O5/TiO2型催化剂的元素组成、元素价态、比表面积、孔结构以及表面形貌等物性参数；通过多方案的催化剂小样性能试验，分析了空间速度、废气温度、NH3/NOx、NO2/NO、O2和H2O等关键因素对催化剂5+5+活性的影响规律。研究发现，S

7、CR反应所需活性中心为5价钒基氧化物V-OH和V=O，4+3+而V氧化物和V物质仅作为中间产物参与反应过程；NH3吸附/解附反应会引发SCR反应的时滞效应，而快速SCR反应有助于改善其时滞效应。（3）根据Topsoe双基循环催化机理，将低温反应路径与高温氧化反应路径嵌入到标准SCR反应模型中，构建了适用于V2O5/TiO2型催化剂的SCR详细反应模型；结合传热、传质模型，进行了SCR详细反应过程的模拟计算研究，深入分析了空间速度、废气温度、NH3/NOx、NO2/NO、O2和H2O等关键因素对SCR反应动力学过程的影响规律。研究发现，详细反应模型可以详细描述

8、NH3-NO/NO2-SCR反应动力学特性，并用于分