本文以国家自然科学基金项目“基于脉谱映射SCR闭环控制策略的尿素分解自可调机理研究”(51306025)为依托,针对选择性催化还原法(SCR,Selective Catalytic Reduction)技术的特点和移动源尿素水解制氨机理的分析,开展了基于脉谱映射尿素水解SCR脱硝反应器的研究。通过尿素水解器的模拟仿真优化、脱硝催化器的近似模型优化算法计算、控制系统的软硬件设计及台架性能试验,系统地研究了尿素水解器、脱硝催化器及其控制系统在不同的结构设计下对脱硝过程的影响规律,探索移动源尿素水解制备氨气和选择性催化还原反应过程控制的有效途径,以达到高效脱硝的目标,为移动源尿素水解SCR技术的工程应用奠定理论基础。由于污染严重,柴油机尾气氮氧化物(NOx,俗称:硝)排放的减量化迫在眉睫。以尿素热解制氨为主的SCR系统广泛应用于脱除柴油机所排放的氮氧化物,但其存在尿素液滴易形成沉积等缺点,且核心技术都在国外公司手里,因此急需开发适合我国国情的高效且脱硝成本低、具有自主知识产权的SCR脱硝技术。与尿素热解SCR相比,尿素水解SCR具有机理简单、不产生沉积、脱硝成本低廉等优点,是一种极具开发潜力的SCR脱硝反应器。本文以JX493ZLQ3车用柴油机为样机,从控制柴油机的尾气排放出发,设计一种基于脉谱映射的尿素水解SCR脱硝反应器,该反应器由两部分串联组成,尿素水解器(生成氨气)和脱硝催化器(去除NOx)。首先,在研究尿素水解反应机理基础上,提出了移动源用尿素水解制氨方法,进行了移动源用SCR尿素水解器结构设计。运用CATIA建立实体模型,运用FLUENT软件,建立SCR尿素水解器的三维结构模型,对水解器内温度场、压力场、尾气流场进行数值模拟。根据JX493ZLQ3柴油机负荷下的NOx排放浓度、尾气温度等尾气参数脉谱,以及反应器的脱硝能力、氨逃逸率等要求设计尿素水解反应器结构。为满足流速均匀性要求,根据仿真结果对尿素水解反应器结构进行优化。其次,在研究氨气催化还原反应机理基础上,采用仿真和遗传算法进行SCR脱硝催化器结构设计。采用单孔道模型对催化器进行模拟计算,在AVL BOOST平台中建立催化器计算模型,研究催化器的相关影响因素。在拉丁超立方样本点基础上建立Kriging近似模型,采用NSGA-Ⅱ(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm)算法对催化器载体结构参数进行优化计算。采用该计算结果对催化器进行结构设计。综合考虑催化器应用的广泛性、适用性、成本等因素,选择催化剂,然后用浸渍法对堇青石载体加载催化剂。再次,提出了一种调整氨气量和尿素量的二级控制方法,研究开发了移动源用水解制氨脱硝反应器的控制系统,实现了选择性催化还原反应过程控制。通过对水解机理和催化机理的分析,开展了尿素水解SCR控制策略设计。尿素水解SCR的控制策略基本框架包括基本参数模块、溶液质量浓度检测模块、产品气需求模块和尿素水解模块。在此基础上,使用Renesas的UPD70F3380单片机设计控制电路。制定合理的软件架构,分别进行了主程序设计、CAN通讯程序设计和AD采集程序设计。最后,建立尿素水解SCR脱硝反应器试验台架。进行尿素水解器的结构性能和脱硝反应器的控制机理试验验证,在此基础上,进行物料平衡校核试验和热平衡试验,确定尿素水解器运行的稳定性。通过ESC试验和ETC试验,使NOx脱除结果和氨气生成结果达到目标值,满足稳态瞬态的法规要求,实现高效脱硝的目的。