柴油车尾气NOX综合处理装置的制作方法

本实用新型涉及一种综合运用碱性燃烧技术和SCR技术处理柴油车尾气的处理装置和处理方法，特别是能够减少车尾气中氮氧化合物的排放量。并通过检测传感器控制机外SCR装置的开启时间达到节能高效的目的。

背景技术：

传统柴油车的四大问题：油耗大、污染大、噪声大和体型大，但随着科技的发展，已使柴油车成为油耗低，可靠性好的交通运输工具，以优良的燃油经济性和动力性能在车辆领域广泛使用，可以说汽车柴油化将是未来汽车发展的主要方向。但目前困扰世界的难题是柴油机污染排放问题，因而降低柴油机尾气中的污染物的排放迫在眉睫。由于柴油车尾气中CO和HC的排放量极少，主要污染物是NO_X和PM，并且NO_X的危害不容小觑。国内虽采用一些柴油车尾气处理技术，但对NO_X处理效果不佳。

技术实现要素：

为了降低柴油机尾气中氮氧化合物的排放量和完善碱性燃烧技术与SCR技术的综合运用，本实用新型在发动机气缸内和/或气缸外采用两种形式对发动机燃烧产生的气体进行清洁以提高柴油发动机的燃烧性能并减少氮氧化物等有害污染气的排放。在柴油车发动机的进气通道上利用雾化装置，将特定浓度的碱性溶液雾化成碱性空气气溶胶，使空气改性为具有一定比例的碱性空气并由进气门进入到气缸内部参与燃烧，实现碱性空气介质参与发动机气缸内燃烧。同时在发动机外利用选择性催化还原法(即SCR技术)，在催化剂的作用下，使NH₃在高温环境下有选择的将NO和NO₂还原为氮气，并且用NO_X检测传感器检测碱性燃烧处理的程度并控制SCR装置的开启时间。两种技术综合使用达到节能减排的目的。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种柴油车尾气NO_X综合处理装置，包括碱性燃烧装置，所述碱性燃烧装置具体包括：

伺服器单元，所述伺服器单元包括碱性溶液箱和碱性溶液雾化装置，该雾化装置输出端与所述发动机进气端连通，用于将碱性溶液雾化成碱性空气气溶胶提供给所述发动机；

发动机，用于柴油在碱性气溶胶环境下发生燃烧，减少NO_X含量；

检测单元，连接于发动机出气端，检测尾气中NO_X的含量。

所述雾化装置包括气溶胶生成单元、气溶胶输送单元和雾化电控单元，该雾化电控单元电连接于所述气溶胶生成单元和所气溶胶输送单元，并控制二者碱性气溶胶的生成与输送。

所述碱性溶液为K₂CO₃、KHCO₃、Na₂CO₃或NaHCO₃水溶液，该碱性水溶液浓度(重量比)为1-4％。

送入发动机的所述碱性溶液与柴油的比例(重量比)为，碱性溶液:柴油＝0.2-0.5：100。

柴油车尾气NO_X综合处理装置还包括SCR装置，所述SCR装置连接于发动机排气端并向发动机排气端喷射浓度30％～35％的尿素水溶液喷雾，用于将尾气中的NO_X氧化还原成氮气和水，所述检测单元根据尾气中NO_X的含量控制SCR装置的开启和停止。

所述SCR装置具体包括：催化转化装置，连接于发动机排气端；尿素喷射单元，连接于所述催化转化装置前端，用于向催化转化装置喷射尿素溶液；尿素溶液箱，连接于尿素喷射单元，和尿素喷射控制单元，根据检测单元的检测信号，控制所述尿素喷射单元的喷射。

一种柴油车尾气NO_X综合处理方法，包括以下步骤；

a,将浓度1-4％的碱性水溶液雾化成碱性空气气溶胶；

b,将所述碱性空气气溶胶送入发动机进气端，与发动机中柴油进行碱性燃烧，送入发动机的碱性溶液与柴油重量比为0.2-0.5：100。所述碱性溶液可为K₂CO₃、KHCO₃、Na₂CO₃或NaHCO₃水溶液，该碱性水溶液浓度(重量比)为1-4％。

本实用新型的柴油车尾气NO_X综合处理方法，其特征在于还包括以下步骤:

c,检测排出的尾气中NO_X含量并根据检测结果控制SCR装置的开启，由SCR装置向尾气中喷射尿素溶液喷雾，进行氧化还原反应对排出的尾气进一步处理，去除尾气中NO_X，其反应式为：

NH₂CONH₂+H₂O→2NH₃+CO₂ 4NH₃+NO₂→3N₂+6H₂O

4NH₃+2NO+O₂→4N₂+6H₂O 8NH₃+6NO₂→7N₂+12H₂O。

本实用新型所述碱性燃烧属于催化燃烧，其机理与传统催化相同。碱性燃烧就是在燃烧反应中加入碱性金属氧化物和水一样发挥催化作用，由于碱性金属氧化物的路易斯碱性大、配位性强，催化效果大幅提高。换言之，传统燃烧是碳酸为过渡态的催化燃烧，而碱性燃烧(如果用钠碱催化)则是碳酸钠为过渡态的催化燃烧。碳酸与碳酸钠的化学性质差距颇大。因此说，碱性燃烧与传统燃烧相比在化学热力学上有巨大的改变。在柴油燃烧过程中，通过将碱性物质添加到进入发动机燃烧室的空气当中，也就是让碱性空气参与缸内燃烧。由于碱性物质在燃烧过程中对NO_X化物具有催化氧化作用，并能抑制空气中的N₂转化成NO_X，改变NO_X生成的条件。促进燃烧，一定程度降低颗粒物的产生。可达到清洁燃烧的目的。

SCR装置：SCR技术的基本原理是在氨气作为还原剂的条件和催化剂作用下，把柴油机尾气中的有害物质氮氧化合物转化为无害的氮气和水蒸气，在这里催化还原剂我们一般选用质量百分比为31.8％～33.2％尿素的水溶液，因为尿素的价格低廉、低毒、容易存放等特点，具备了可以广泛应用的特点。同时，尿素可以与水发生反应可以分解生成氨气和二氧化碳，为SCR催化系统提供了还原剂NH₃。SCR技术反应方程式如下：

NH₂CONH₂+H₂O→2NH₃+CO₂ 4NH₃+NO₂→3N₂+6H₂O

4NH₃+2NO+O₂→4N₂+6H₂O 8NH₃+6NO₂→7N₂+12H₂O

本实用新型的有益效果是：

采用本实用新型的碱性燃烧技术，能大幅度减少柴油发动机尾气中氮氧化物的排放量。实验表明，采用浓度(重量比)为1-4％的K₂CO₃、KHCO₃、Na₂CO₃或NaHCO₃水溶液，对NO_X处理效果最明显，NO_X减少量能达到正常燃烧的40％—45％。人们在此之前单独使用SCR技术，虽能在一定程度上减少NO_X的排放，但是难以达到理想的效果，并且SCR装置护理费使用费高，且存在NH₃泄漏造成二次污染，原料尿素需要不断补充的缺点。本实用新型将二者结合进行，对柴油发动机同时采用碱性燃烧技术和SCR技术，既能减少运行成本，减少尿素的用量，而且能准确充分的降低氮氧化合物的含量，结构简单，节能高效。

附图说明

图1是本实用新型的碱性燃烧装置中伺服器单元示意图。

图2是本实用新型的SCR装置示意图。

图3是伺服器单元和SCR装置与发动机的连接顺序及位置示意图。

图中

1.支架 2.雾化装置输出端 3.气溶胶生成装置 4.碱性溶液箱 5.基座 6.塑料管道 7.气溶胶输送单元 8.雾化电控单元 9.尿素喷射单元 10.发动机排气管 11.催化转换装置 12.尿素喷射控制单元 13.尿素溶液箱 14.发动机进气端 15.柴油发动机 16.检测单元 17.SCR装置 18.伺服器单元 19.发动机排气端

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步说明。

如图3所示，本实用新型是一种柴油车尾气NO_X的综合处理装置，包括NO_X检测单元16，SCR装置17，伺服器单元18，发动机15。伺服器单元18设置在发动机进气端14，与发动机一起构成碱性燃烧装置。检测单元16和SCR装置17设置在发动机排气端19，对碱性燃烧后排放的尾气进行二次处理，检测单元16检测尾气中NO_X含量，确定SCR装置17开启和停止。

所述伺服器单元18如图1所示，包括支架1，钢性喷头2，气溶胶生成装置3，碱性溶液箱4，基座5，塑料管道6，气溶胶输送单元7，雾化电控单元8。其中气溶胶输送单元7可以使用风扇、风机等气体输送装置。伺服器单元18固定于发动机前端的进气管附近，车载电源与雾化电控单元8连接，将特定的碱性化合物溶液盛放在碱性溶液箱4中，当发动机开启时雾化电控单元8同时控制气溶胶输送单元7和气溶胶生成装置3开启，碱性溶液在塑料管道6中被雾化成一定比例的碱性空气气溶胶在气溶胶输送单元7的助力下通过钢性喷头2喷出并与发动机进气门的空气混合一起进入发动机参与燃烧。

所述NO_X检测单元16固定于发动机末端排气管10附近，发动机开启时同时开启该装置，用于检测碱性燃烧对NO_X的处理程度并控制后端的SCR装置的开启时刻和开启时间的长短。

所述SCR装置17如图2所示，包括尿素喷射单元9，发动机排气管10，催化转换装置11，尿素喷射控制单元12，尿素溶液箱13。SCR装置17固定于发动机后端的排气管10附近，车载电源与尿素喷射控制单元12连接，将一定比例的尿素溶液盛放在尿素溶液箱13中，并通过尿素喷射控制单元12控制尿素喷射单元9的开启，将尿素喷到发动机排气管10中并在排气管分解出NH₃进入后端的催化转换装置11发生一系列的反应，将产生的NO_X进一步处理转化成N₂排出。

实施例1

实验车辆采用小型柴油机动车，伺服器，德图烟气测试仪，自动烟尘气测试仪作为实验设备。碱性溶液使用2％的Na₂CO₃和1％NaHCO₃的混合水溶液。实验时，将实验用柴油机动车停在实验场地，启动发动机并保持怠速状态10分钟，然后在发动机怠速的状态下，分别进行普通空气燃烧，加入Na₂CO₃和NaHCO₃的混合水溶液燃烧。测定各种性质的空气对发动机尾气排放的影响，并做对比，具体步骤如下：(1)预热伺服器十分钟；(2)在不加任何助剂的情况下怠速运转十分钟；(3)开启碱性燃烧气体发生装置，采用2％的Na₂CO₃和1％NaHCO₃的混合水溶液，按照碱性溶液与柴油重量比为0.3：100比例送入发动机，并使发动机怠速运转十分钟。碱性溶液添加前时隔5分钟然后开始测量，加碱性溶液与不加碱性溶液交替进行转换状态间隔5分钟。每组溶液实验测10次，每次时隔5分钟，并做详细记录。

通过实验，我们得出NO排放数据，得表1。

表1

实施例2

实验车辆采用小型柴油机动车，小型柴油车载SCR装置(用NH₃选择催化还原装置)，伺服器，德图烟气测试仪，自动烟尘气测试仪作为实验设备。碱性溶液使用2％的Na₂CO₃和 1％NaHCO₃的混合水溶液。实验时，将实验用柴油机动车停在实验场地，启动发动机并保持怠速状态10分钟，然后在发动机怠速的状态下，分别进行普通空气燃烧，加入Na₂CO₃和NaHCO₃的混合水溶液燃烧。测定各种性质的空气对发动机尾气排放的影响，并做对比，具体步骤如下：(1)预热伺服器和SCR装置十分钟；(2)在不加任何助剂的情况下怠速运转十分钟；(3)开启碱性燃烧气体发生装置，采用2％的Na₂CO₃和1％NaHCO₃的混合水溶液，按照碱性溶液与柴油重量比为0.3：100比例送入发动机，同时将经过碱性燃烧处理的尾气通到SCR装置的进气管，并使发动机怠速运转十分钟。碱性溶液添加前时隔5分钟然后开始测量，加碱性溶液和SCR装置处理与不加碱性溶液交替进行转换状态间隔5分钟。每组溶液实验测10次，每次时隔5分钟，并做详细记录。

通过实验，我们得出NO排放数据，得表2。

表2

NO含量随时间变化(单位mg/m³)

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。