江门柴油发电机组SCR系统设计及性能研究

柴油发电机组作为各场所的备用电源应用日益广泛,但是其尾气中氮氧化物(NOx)的含量远超国家排放标准限值。SCR(selective catalytic reduction,选择性催化还原技术)技术是降低柴油发电机组尾气中氮氧化物的主要技术路线。本文以康明斯C1400D5型柴油发电机组为对象,进行SCR系统匹配柴油发电机组的减排研究。本文对柴油发电机组SCR系统进行原理分析,从尿素喷射系统、SCR催化转化器、SCR系统连接管路这三个方面对康明斯C1400D5型柴油发电机组进行SCR系统的选型设计,并阐述了SCR系统性能的评价指标。SCR催化转化器是柴油发电机组SCR系统的关键部件,本文根据C1400D5型柴油发电机组的排量特点初步设计了它的结构参数。在ANSYS的Workbench平台建立SCR催化转化器的三维模型并进行网格划分,利用计算流体动力学软件Fluent对SCR催化转化器内部流场进行仿真研究,模拟其内部速度场和压力场的分布情况,并计算出初步设计的SCR催化转化器载体前端面气体速度均匀性指数为83.15%。在ANSYS的workbench平台建立不同结构参数下SCR催化转化器的计算模型,利用Fluent软件对这些模型进行模拟仿真,研究结构参数(扩张管角度、收缩管角度、载体长度、载体简的间隙、是否安装导流板)对催化转化器内部气体流动规律的影响。并基于Nelder-Mead算法从扩张管角度、收缩管角度、载体长度、载体间的间隙这四个因素对SCR催化转化器的结构做了优化设计,得出一组最优结构参数的SCR催化转化器,其载体前端面气体流动均匀性指数超过了88%。对设计的SCR系统进行匹配康明斯C1400D5型柴油发电机组的减排试验研究。结合柴油发电机组SCR系统的安装特点,研究了在柴油发电机组排气尾管上安装保温棉、在SCR系统前段弯管处安装导流板、缩短尿素喷射管的长度、改变SCR催化转化器布置形式对转化效率的影响,结果表明排气尾管上安装保温棉、在SCR系统前段弯管处安装导流板、缩短尿素喷射管的长短、改变SCR催化转化器布置形式都有利于提高柴油发电机组SCR系统的转化效率。试验结果表明加装SCR系统后,柴油发电机组各工况下NOx大幅下降,能满足国家排放标准。