一种串联型柴油机选择性催化后处理装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种柴油机尾气处理技术中的柴油机选择性催化后处理装置，具体地，涉及一种串联型柴油机选择性催化后处理装置。
【背景技术】
[0002]与汽油机相比，等排量的柴油机尾气排放有显著的缺点。其中，氮氧化物(NOx)和颗粒物(PM)的排放过高限制了柴油机的应用并加重了尾气处理的压力。众所周知，氮氧化物是形成酸雨的最主要原因；而颗粒物容易导致雾霾和光化学烟雾。近年中国城市最严重和最头疼的环境问题莫过于雾霾的产生，高颗粒物的排放也必将阻碍柴油车的发展和普及。随着车辆尾气排放所造成的大气污染对人们生活和生产影响的加剧，各国的法规对柴油机的排放限制日趋严格。在国III标准当中，氮氧化物的排放限制为5g/kW*h，颗粒物排放限制为0.lg/kff.ho在国IV标准当中，氮氧化物的排放限制降为3.5g/kff.h,颗粒物排放限制降为0.02g/kff.ho到国V标准当中，氮氧化物的排放限制进一步降为2g/kW.h。从国III到国V标准，氮氧化物和颗粒物的排放限制分别下降60%和80%。标准的大幅度提高，能够有效地降低柴油车污染物的排放，促进柴油车的发展和普及。但是另外一方面，严格的排放法规，对整车厂和柴油机公司提出了新的挑战。
[0003]柴油机上选择性催化还原(Selective Catalytic Reduct1n, SCR)技术通常指将氨气作为还原剂，将尾气中的NOx还原成氮气。SCR技术被认为能够满足未来氮氧化物排放法规的最有前途的一种技术。首先，氨气的来源比较广泛且价格不是很高，有尿素溶液也有固态尿素颗粒；其次，SCR技术比废弃再循环技术能够提高燃油的经济性，适当补偿尿素溶液的成本；再次SCR技术对燃油本身的品质要求不是很高，尤其适用于我国这种燃油含硫量过高的国情。由于SCR技术的突出优点，该项技术必将成为未来满足柴油机，尤其是重型柴油机氮氧化物排放法规的最主要方法。
[0004]基于尿素溶液的SCR系统的基本原理为:(I)在催化剂罐进气口的前方喷射尿素溶液；(2)尿素溶液在高温(180°C以上)的尾气环境中转化为气态的氨气；(3)气态氨气进入催化剂罐并被催化剂吸附；(4)吸附的氨气与尾气中的氮氧化物反应生成氮气和水。
[0005]如果喷射的尿素溶液量合适，尾气中的绝大部分氮氧化物都能被转化为无害的气体；如果喷射的尿素溶液量不够，氮氧化物不能最大限度地被转化，排放法规也许就不能满足；如果喷射的尿素溶液量过多，过剩的氨气将逃逸到大气当中，由于氨气属于温室气体并且有毒，逃逸的氨气不但造成尿素的浪费，而且形成二次污染。
[0006]经过对现有技术文献检索发现，现有技术中的SCR设备均为单级催化剂罐，很难同时满足较高的氮氧化物转化率和较低的氨气逃逸率。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型的目的是提供一种用于柴油机尾气处理中的柴油机选择性催化后处理装置，一方面提供了一种串联型的催化剂罐布置方式；另外一方面提供了相应的传感器布置方式，以解决氮氧化物转化率和氨气逃逸率之间的矛盾问题。
[0008]为了达到上述目的，本实用新型提供了一种串联型柴油机选择性催化后处理装置，其中，该装置包含尿素喷射嘴、尿素混合器、氨气传感器、氮氧化物传感器，以及依次连接的尿素混合管、一级选择性催化还原的催化剂罐、二级选择性催化还原的催化剂罐和排气管；所述的尿素混合管的一端设有尿素喷射嘴，另一端与一级选择性催化还原的催化剂罐连接；所述的尿素喷射嘴和一级选择性催化还原的催化剂罐之间的尿素混合管处设有尿素混合器；所述的氨气传感器设置在一级选择性催化还原的催化剂罐与二级选择性催化还原的催化剂罐之间；所述的氮氧化物传感器分别设置在二级选择性催化还原的催化剂罐之后，以及一级选择性催化还原的催化剂罐与二级选择性催化还原的催化剂罐之间。
[0009]上述的串联型柴油机选择性催化后处理装置，其中，所述的一级选择性催化还原的催化剂罐与二级选择性催化还原的催化剂罐之间通过连接管道串联。即，一级选择性催化还原的催化剂罐与二级选择性催化还原的催化剂罐相串联，构成串联SCR后处理系统。该连接管道的长度优选为10厘米左右。
[0010]上述的串联型柴油机选择性催化后处理装置，其中，所述的一级选择性催化还原的催化剂罐能够去除柴油机尾气中的氮氧化物，所述的二级选择性催化还原的催化剂罐能够吸附一级选择性催化还原的催化剂罐中逃逸出来的氨气。一级选择性催化还原的催化剂罐与二级选择性催化还原的催化剂罐中分别装有催化剂，其能够吸附气态氨气，然后与尾气中的氮氧化物反应生成氮气和水。所述的催化剂优选地采用铜基沸石材料。
[0011]上述的串联型柴油机选择性催化后处理装置，其中，所述的氮氧化物传感器，包括设在一级选择性催化还原的催化剂罐与二级选择性催化还原的催化剂罐之间的连接管道上的第一氮氧化物传感器，以及设置在二级选择性催化还原的催化剂罐之后的排气管上的第二氮氧化物传感器。
[0012]上述的串联型柴油机选择性催化后处理装置，其中，所述的第一氮氧化物传感器和氨气传感器分别能够检测一级选择性催化还原的催化剂罐与二级选择性催化还原的催化剂罐之间的氮氧化物浓度和氨气浓度；所述的第二氮氧化物传感器能够检测二级选择性催化还原的催化剂罐之后的排气管内的氮氧化物浓度。优选地，氨气传感器设在连接管道的上部，第一氮氧化物传感器和第二氮氧化物传感器分别设在连接管道的下部和排气管的下部。
[0013]上述的串联型柴油机选择性催化后处理装置，其中，所述的装置能够通过第一氮氧化物传感器、第二氮氧化物传感器和氨气传感器的检测值调整尿素喷射嘴的尿素喷射量。优选地，传感器的信号通过CAN总线传递给控制器，再通过所述控制器对尿素喷射嘴的控制，实现尿素喷射量的调整。为了同时实现较高的氮氧化物转化率和较低的氨气逃逸率，一级选择性催化还原的催化剂罐的氨气覆盖率必须较高，二级选择性催化还原的催化剂罐的氨气覆盖率必须较低。为了实现两级催化剂罐中不同的氨气覆盖率，尿素喷射量必须根据催化剂罐中间的氨气浓度、氮氧化物浓度和排气尾管中的氮氧化物浓度进行自动调节。所述的装置提供了相应的传感器，能够实现尿素喷射量的调节需求。
[0014]上述的串联型柴油机选择性催化后处理装置，其中，所述的尿素喷射嘴倾斜地设置在尿素混合管的上部，其能够将液态尿素由上向下倾斜射入尿素混合管内部。
[0015]上述的串联型柴油机选择性催化后处理装置，其中，所述的尿素混合管设有尿素喷射嘴一端的管口为进气端，能够接收柴油机尾气。柴油机尾气所带高温能够将尿素喷射嘴射入的液态尿素转为气态氨气。所述的尿素喷射嘴为尖端向下的空芯锥型，所述锥型的轴线与尿素混合管进气端的外壁成锐角。
[0016]上述的串联型柴油机选择性催化后处理装置，其中，所述的尿素混合管，其所设的尿素混合器能够将射入尿素混合管内部的尿素与由进气端进入的柴油机尾气混合均匀。所述的尿素混合器优选为以旋转搅拌的方式进行混合。
[0017]上述的串联型柴油机选择性催化后处理装置，其中，所述的能够同时实现较高的氮氧化物转化率(95%以上)和较低的氨气逃逸率(峰值30ppm,均值1ppm)。
[0018]本实用新型提供的串联型柴油机选择性催化后处理装置具有以下优点:
[0019]本实用新型由于有串联型的选择性催化剂罐，第一个催化剂罐用于转化氮氧化物，第二个催化剂罐用于吸附氨气。在无额外设备辅助下，能够同时实现较高的氮氧化物转化率和较低的氨气逃逸量。
[0020]由于有传感器的反馈信息，尿素喷嘴的喷射量能够根据运行状态变化调整，实现不同情况下的一致性目标。
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型的串联型柴油机选择性催化后处理装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步地说明。
[0023]如图1所示，本实用新型提供的串联型柴油机选择性催化后处理装置，包含尿素喷射嘴1、尿素混合器8、氨气传感器3、氮氧化物传感器，以及依次连接的尿素混合管9、一级选择性催化还原的(S