一种SCR后处理系统用管路系统及SCR后处理系统的制作方法

文档序号:11062216阅读:524来源:国知局
一种SCR后处理系统用管路系统及SCR后处理系统的制造方法与工艺

本发明涉及一种SCR后处理系统用管路系统及SCR后处理系统。



背景技术:

柴油机作为一种主要动力装置,凭借其在热效率、动力性和燃油经济性等方面的优势,广泛应用于交通运输、能源动力和农用机械等重要领域。由于柴油机在富氧状态下采用扩散燃烧方式工作,其尾气中的主要污染物是NOx和PM。而NOx和PM在发动机内的生成存在两律悖反关系,使得仅靠机内净化措施很难将两者同时降低。通过采用高压喷射、优化燃烧等措施在机内降低 PM,再通过选择性催化还原(SCR,Selective Catalytic Reduction)技术降低NOx,通过在SCR反应器中加入雾化分解的尿素溶液,尿素溶液在分解后形成氨气,氨气在SCR反应器中再与尾气中NOx反应,生成无污染的氮气和水,实现对尾气中氮氧化物的净化,可满足当前的排放法规。

影响SCR催化还原反应的因素很多,其中对NOx转化效率最主要的影响因素有尾气的流量、温度、催化箱内NH3的浓度和催化剂种类。常采用的研究方法有数值模拟、小样试验、台架试验。由于采用数值模拟方法时所考虑的边界条件及影响因素与实验有一定偏差,导致其计算结果与实验相比偏差较大,并且数值模拟只能反应一种趋势,不能代表真实的反应。采用小样实验方法进行研究时,由于反应物的量与真实反应物相比有一定差距,试验结果不够精确,因此研究时具有一定的局限性。在发动机台架上进行试验时,由于尾气的成分、流量、温度不易做到独立地控制,故无法对某一影响因素进行单独研究。当研究尿素的雾化、分解、氨气在SCR反应器内的分布时,尾气中的氮氧化物会与尿素分解出的氨气发生氧化还原反应,这给研究尿素的雾化、分解、氨气在催化箱内的分布以及NO2和NO气体的含量对催化还原反应的影响带来一定的限制。



技术实现要素:

本发明的目的在于提供一种SCR后处理系统用管路系统,以解决在SCR后处理系统中研究尿素的雾化、分解、氨气在SCR反应器中分布时会受到尾气中氮氧化物影响的技术问题;本发明的目的还在于提供一种SCR后处理系统。

为实现上述目的,本发明一种SCR后处理系统用管路系统的技术方案是:一种SCR后处理系统用管路系统,包括用于连接在柴油机排气管与SCR后处理系统之间的通气管路,通气管路上设有用于除去尾气中氮氧化物的尾气脱硝装置,所述尾气脱硝装置的下游设有除氨装置。

进一步地,所述除氨装置的下游还连接有向通气管路中充入NO2和NO气体的氮氧化物供应装置。

进一步地,所述氮氧化物供应装置的下游还连接有将尾气与氮氧化物混合并加热的气体混合加热装置。

进一步地,SCR后处理系统用管路系统还包括设在所述气体混合加热装置下游、用于抽吸气体混合加热装置中气体的气泵。

进一步地,SCR后处理系统用管路系统还包括设在除氨装置的下游、用于检测除氨装置出口处的气体成分的气体成分检测装置。

进一步地,所述尾气脱硝装置上游连接有旁通支路,旁通支路上设有用于对多余尾气泄压的旁通阀。

本发明一种SCR后处理系统用管路系统的有益效果是:采用本发明一种SCR后处理系统用管路系统,通过设置的尾气脱硝装置,可将尾气中的氮氧化物去除,然后通过出氨装置除去尾气脱硝装置产生的多余氨气,使得通入其后的SCR后处理系统的尾气不再含有氮氧化物和氨气,以避免尾气中的氮氧化物和氨气对SCR后处理系统中尿素的雾化、分解和氨气在SCR反应器中分布的研究造成干涉,提高研究实验的准确性,本发明仅通过具有尾气脱硝装置和除氨装置的管路系统即可实现对尾气中氮氧化物的处理,系统结构简单,无需更改原有SCR后处理系统,直接在柴油机排气管和SCR后处理系统之间增加本发明的管路系统即可,实用性强。

进一步地,通过氮氧化物供应装置定量的向经过脱硝和除氨的尾气中加入NO2和NO气体,实现对尾气中NO2和NO含量的独立控制,以便研究不同含量的NO2和NO气体对催化还原反应的影响。

进一步地,通过气体混合加热装置的设置,可实现尾气与氮氧化物供应装置供应的NO2、NO气体的混合,并且可以实现对混合后气体温度的独立控制,以便研究不同温度下催化还原反应的特性。

进一步地,气体在管路进入气体混合加热装置后,体积变大,气体的压力突然变小,使得从气体混合加热装置下游的气体压力不稳定、流量不确定,通过在气体混合装置下游设置气泵,主动抽吸气体混合加热装置内的混合气体,并将混合气体稳定输出,以实现对进入SCR后处理系统的气体流量的控制,方便研究气体流量对催化还原反应的影响。

进一步地,气体成分检测装置用于检测从除氨装置出口流出的尾气的气体成分,如果气体成分中氮氧化物含量无法达到要求,则需要调整前面的尾气脱硝装置,如增加氨气浓度或调整温度等使氮氧化物反应更充分;若检测到氨气含量较高,则调整前面的氨气通入量或调整除氨装置使其对氨气氧化更充分。气体成分检测装置的设置不仅使实验调整过程十分方便,而且可使实验过程可视化,更精确化。

进一步地,由于尾气向管道中供应时其流量大小不固定,就会导致一部分尾气无法排出,严重时可能导致管道爆裂,通过增加旁通支路及旁通阀,在尾气流量多余时,自动开启或人工开启旁通阀泄压,保证系统的安全运行。

本发明一种SCR后处理系统的技术方案是:SCR后处理系统包括SCR反应器和与SCR反应器的进口相连的尿素供给装置,还包括SCR后处理系统用管路系统,SCR后处理系统用管路系统包括用于连接在柴油机排气管与SCR反应器之间的通气管路,通气管路上设有用于除去尾气中氮氧化物的尾气脱硝装置,所述尾气脱硝装置的下游设有除氨装置。

进一步地,所述除氨装置的下游还连接有向通气管路中充入NO2和NO气体的氮氧化物供应装置。

进一步地,所述氮氧化物供应装置的下游还连接有将尾气与氮氧化物混合并加热的气体混合加热装置。

进一步地,SCR后处理系统用管路系统还包括设在所述气体混合加热装置下游、用于抽吸气体混合加热装置中气体的气泵。

进一步地,SCR后处理系统用管路系统还包括设在除氨装置的下游、用于检测除氨装置出口处的气体成分的气体成分检测装置。

进一步地,所述尾气脱硝装置上游连接有旁通支路,旁通支路上设有用于对多余尾气泄压的旁通阀。

本发明一种SCR后处理系统的有益效果是:采用本发明一种SCR后处理系统,通过设置的尾气脱硝装置,可将尾气中的氮氧化物去除,然后通过出氨装置除去尾气脱硝装置产生的多余氨气,使得通入其后的SCR后处理系统的尾气不再含有氮氧化物和氨气,以避免尾气中的氮氧化物和氨气对SCR后处理系统中尿素的雾化、分解和氨气在SCR反应器中分布的研究造成干涉,提高研究实验的准确性,本发明仅通过具有尾气脱硝装置和除氨装置的管路系统即可实现对尾气中氮氧化物的处理,系统结构简单,无需更改原有SCR 后处理系统,直接在柴油机排气管和SCR后处理系统之间增加本发明的管路系统即可,实用性强。

进一步地,通过氮氧化物供应装置定量的向经过脱硝和除氨的尾气中加入NO2和NO气体,实现对尾气中NO2和NO含量的独立控制,以便研究不同含量的NO2和NO气体对催化还原反应的影响。

进一步地,通过气体混合加热装置的设置,可实现尾气与氮氧化物供应装置供应的NO2、NO气体的混合,并且可以实现对混合后气体温度的独立控制,以便研究不同温度下催化还原反应的特性。

进一步地,气体在管路进入气体混合加热装置后,体积变大,气体的压力突然变小,使得从气体混合加热装置下游的气体压力不稳定、流量不确定,通过在气体混合装置下游设置气泵,主动抽吸气体混合加热装置内的混合气体,并将混合气体稳定输出,以实现对进入SCR后处理系统的气体流量的控制,方便研究气体流量对催化还原反应的影响。

进一步地,气体成分检测装置用于检测从除氨装置出口流出的尾气的气体成分,如果气体成分中氮氧化物含量无法达到要求,则需要调整前面的尾气脱硝装置,如增加氨气浓度或调整温度等使氮氧化物反应更充分;若检测到氨气含量较高,则调整前面的氨气通入量或调整除氨装置使其对氨气氧化更充分。气体成分检测装置的设置不仅使实验调整过程十分方便,而且可使实验过程可视化,更精确化。

进一步地,由于尾气向管道中供应时其流量大小不固定,就会导致一部分尾气无法排出,严重时可能导致管道爆裂,通过增加旁通支路及旁通阀,在尾气流量多余时,自动开启或人工开启旁通阀泄压,保证系统的安全运行。

附图说明

图1为本发明一种SCR后处理系统的具体实施例示意图;

图2为图1的原理流程示意图;

图中:1-旁通阀,2-流量控制阀,3-三通阀,4-尾气脱硝装置,5-除氨装置,6-气体成分检测装置,7-NO2供应装置,8-NO供应装置,9-气体混合加热装置,10-气泵,11-尿素供给装置,12-温度计,13-流量计,14-SCR反应器,15-氨气传感器,16-温度检测器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明的一种SCR后处理系统的具体实施例,如图1至图2所示,SCR后处理系统包括设置在柴油机进气管路上的流量控制阀2,可控制尾气进入系统的流量大小。在流量控制阀2进气口前面设有旁通支路,旁通支路上设有旁通阀1,在柴油机尾气供应太快或者流量控制阀2调节小流量进入系统时,会有多余的尾气需要泄压,即可打开旁通阀1,使多余的柴油机尾气从旁通支路排走。

流量控制阀2的出口后端通过管路连通有对尾气中NO和NO2进行反应以将尾气中的NO和NO2消除的尾气脱硝装置4,尾气脱销装置由氨气供应装置和SCR催化箱构成,在其他实施例中,也可采用其他方式消除尾气中的氮氧化物。尾气脱硝装置4的后端出口连接有除氨装置5,以便将尾气脱硝装置4中未反应的多余氨气氧化掉,即除去多余的氨气。除氨装置5出口后端的管路上连接有气体成分检测装置6,以便分析从除氨装置5的出口中流出的气体的成分,主要是分析气体中的NO、NO2、CO和CO2,并将分析到的数据信息反馈给系统或供工作人员查看。

流量控制阀2与尾气脱硝装置4之间的管路上还设置有三通阀3,三通阀3的其中两通道连接在流量控制阀2与尾气脱硝装置4之间的管路上,其第三通道通过管道连接在除氨装置5和气体成分检测装置6之间的主管道上,以便在进行其他无需脱硝处理的实验时,可以将尾气直接经过三通阀3的第三通道和管道、绕过尾气脱硝装置4导入后面的管路中。在其他实施例中,三通阀3及与其第三通道相连的管路可撤掉,不影响SCR后处理系统的性能研究。

除氨装置5后端出口后面的管道、且位于气体成分检测装置6之后还连接有气体混合加热装置9,气体混合加热装置9的前端还连接有NO2供应装置7和NO供应装置8,从除氨装置5出口流出的气体以及NO2供应装置7和NO供应装置8供应的NO2、NO气体在气体混合加热装置9中混合并被加热,气体混合加热装置9后端出口相连的管路上还设有温度计12,用来检测管路中混合气体的温度并将温度信息反馈给控制系统或供工作人员查看,根据温度计12显示的温度,通过调整柴油机的运行工况及气体混合加热装置9对通向SCR后处理系统的尾气温度进行控制。

气体混合加热装置9包含有陶瓷电加热器、温度传感器、温度调控器、保温箱,陶瓷电加热器是由耐高温的陶瓷电热圈采用陶瓷条穿丝的方式制作而成,陶瓷电加热器的发热体采用圆丝陶挠成弹簧状穿入陶瓷条圈的方式制作而成,其外罩采用不锈钢,中间用高温隔热保温棉(硅酸铝纤维板)进行隔热。陶瓷条具有传热快、散热快,发热均匀、高温稳定、坚硬不易碎、高温不变形、不易老化等特点,可长时间在600-800℃下使用。在其他实施例中,也可采用其他加热方式的加热装置,不限于采用陶瓷电加热器以及相应的发热器的布置方式。

氮氧化物供应装置采用NO和NO2分开独立供气的方式,即采用NO2供应装置7和NO供应装置8,两个供应装置的出口处均设有控制阀和流量计13,起到定量控制并能读取流量的目的,NO和NO2分开独立供气可很方便的调节最佳气体比,以调控气体反应效率,且可根据不同的NO和NO2比值绘制特性曲线,通过控制NO2供应装置7和NO供应装置8可很方便准确的研究NO和NO2气体含量对催化还原反应的影响。在其他实施例中,也可将NO和NO2气体按照一定的比例混合后供气,也可控制尾气中氮元素的含量。

气体混合加热装置9的后端出口的管路上连接有SCR反应器14,SCR反应器14的前端进口连接有尿素供给装置11,经气体混合加热装置9加热后的混合气体与尿素供给装置11喷出的水雾接触后,在高温情况下使尿素水解为氨气,氨气和混合气体中的氮氧化物反应生成氮气和水,实现尾气中氮氧化物的消除。

气体混合加热装置9和SCR反应器14之间的管路上连接有耐高温的气泵10,由于管路中的气体在进入气体混合加热装置9后,体积骤然变大,气体压力降低,很可能会导致流量变小,因此增设气泵10对其抽吸以保证流入SCR反应器14中的气体流量可控。在其他实施例中,如果在系统中气体充满或者气体经过气体混合加热装置9后其压力不受损失的情况下也可不设置气泵10;也可将气泵10更换为阀门,当前面的气体流量足够大时再打开阀门。

气泵10和SCR反应器14之间还设有流量计13,用于检测进入SCR反应器14的气体流量,如图1所示,气泵10、尿素供给装置11、温度计12和流量计13依次布置在气体混合加热装置9和SCR反应器14之间的管道上。

SCR反应器14后端出口相连的管路上设置有氨气传感器15和温度检测器16,分别用于检测是否有氨气泄露和检测排出气体的温度。在其他实施例中,也可不设置氨气传感器15和温度检测器16。

本发明的一种SCR后处理系统使用时:

1、在不发生催化还原反应时,研究尿素的雾化、分解及储氨特性。

调整发动机到达某一工况,通过控制流量控制阀2提供一定量的尾气,转动三通阀3让尾气通向尾气脱销装置进行NOx的去除,再将处理后的气体通向除氨装置5去除多余的氨气,接着通过气体成分检测装置6对尾气进行分析,最后尾气通入气体混合加热装置9,在气泵10的作用下将尾气供给SCR后处理系统(SCR反应器14等),通过调整尿素供给装置11供给一定量尿素,由于尿素的蒸发、雾化与管路中气体的温度有一定关系,通过温度计12读数及相关换算即可了解尿素的蒸发、雾化情况和氨气在SCR反应器14中的分布情况等。

2、研究NO2和NO气体含量对催化还原反应的影响

调整发动机到达某一工况,通过控制流量控制阀2提供一定量的尾气,转动三通阀3让尾气通向尾气脱销装置进行NOx去除,再将处理后的气体通向除氨装置5去除多余的氨气,接着通过气体成分检测装置6对尾气进行分析,最后尾气通入气体混合加热装置9,由NO2供应装置7和NO供应装置8提供一定量的NO2和NO气体并通入气体混合加热装置9进行混合加热,在气泵10的作用下将尾气通向SCR后处理系统(SCR反应器14),通过调整尿素供给装置11供给一定量尿素,研究NO2和NO气体含量对催化还原反应的影响。利用本发明的装置可以实现尾气的成分不完全依赖于发动机的工况,更加详细的分析NO2和NO气体含量对催化还原反应的影响。

3、研究不同流量、不同温度的尾气对SCR后处理系统的影响。

通过调整发动机工况、流量控制阀2、气体混合加热装置9、气泵10,可以对尾气的流量、温度进行控制。使尾气的流量、温度不完全依赖于发动机的工况,并且可以分别进行独立控制,更加方便研究尾气流量、温度对SCR催化还原反应的影响。利用本发明还可以研究SCR反应器14内温度场的分布。

4、本发明还可实现在一种发动机提供气源的条件下,对SCR后处理系统中不同型号的SCR反应器14进行研究,由于本发明的尾气成分、流量和温度均可单独控制,因此可更换不同型号的SCR反应器14进行测试,并可获取与SCR系统最匹配的SCR反应器14。

本发明一种SCR后处理系统用管路系统的具体实施例与本发明一种SCR后处理系统各具体实施例中的SCR后处理系统用管路系统的各具体实施例相同,不再赘述。

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