一种文丘里管型柴油机SCR教学研究试验台

一种文丘里管型柴油机scr教学研究试验台
技术领域
1.本实用新型属于柴油机尾气后处理的技术领域，具体涉及一种文丘里管型柴油机scr教学研究试验台。


背景技术：

2.随着全球排放与控制法规日趋严格，必须应用柴油机尾气后处理技术，进一步降低nox和颗粒排放。目前，柴油机scr(selective catalyticreduction)技术已成为中重型柴油机企业首选净化方案。此技术的nox转化率高达60％-90％，不影响发动机性能和效率，成本低，改装便利，已日趋成为中重型柴油机尾气nox后处理的主流研究方向。
3.scr装置依据氮氧还原基本原理，将质量分数为32.5％的尿素水溶液作为还原剂，尿素溶液在尾气管内的高温作用下水解成为氨和二氧化碳，在催化剂表面涂层的催化作用下，氨与尾气中的氮氧化物还原反应生成无害的n2 和h2o，从而起到降低排放的作用，满足排放法规要求。
4.现有技术中，尿素溶液与压缩空气混合并雾化进入管道。喷嘴安装于催化器前的排气管道内，位于排气管中心轴线上，喷嘴方向与排气方向平行。在给料过程中，将雾化的尿素溶液喷入发动机排气中。这种混合效果高度依赖于喷嘴的喷雾质量，即喷雾射程、喷雾锥角和雾粒均匀度，以及排气流速的影响，造成尿素溶液与排气的混合效果不理想，尤其当喷嘴堵塞(这种情况比较容易发生，尿素在温度低时很容易结晶)时，常规的喷嘴与排气管的布列方式会造成尿素溶液与排气混合不均匀，无法充分水解出氨。当尾气中没有足够的氨时，氮氧化物难以消除，因而达不到足够的转化率，大大影响后续催化作用的进行，使得尾气的排放到不到标准。
5.但是在教学过程中，学生由于未接触过实物，存在对尿素溶液的特性以及尿素溶液雾化的程度，及不同雾化程度的尿素溶液与柴油机尾气反应结果难以掌握的问题，以及如何提高柴油机scr技术效率的问题；因此，亟需一种试验台供教学研究使用。


技术实现要素：

6.本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种文丘里管型柴油机scr教学研究试验台，用于教学指导学生理解尿素溶液的特性以及尿素溶液雾化的程度，及不同雾化程度的尿素溶液与柴油机尾气反应结果，且能研究如何进一步提升柴油机scr技术效率。
7.本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种文丘里管型柴油机 scr教学研究试验台，包括：
8.试验台架，所述试验台架设有柴油机位、尿素箱位和文丘里管位；
9.柴油机，所述柴油机设在所述柴油机位上，所述柴油机连接有尾气管道；
10.尿素箱，所述尿素箱设有所述尿素箱位上；
11.尿素泵，所述尿素泵与所述尿素箱连通；
12.尿素喷嘴，所述尿素喷嘴的一端与所述尿素泵连通；
13.文丘里管，所述文丘里管设在所述文丘里管位，所述文丘里管的入口段连接所述尾气管道，所述尿素喷嘴的另一端与所述文丘里管的喉道垂直连通；
14.消声器反应室，所述消声器反应室的进气端连通所述文丘里管的扩散段；
15.调节阀，所述调节阀设在所述尿素泵和所述尿素喷嘴之间；
16.流量计，所述流量计设在所述调节阀与所述尿素喷嘴之间；
17.两个氮氧化物检测仪，两个所述氮氧化物检测仪分别设在所述文丘里管的入口段和所述消声器反应室的出气端。
18.本实用新型首先由于其方便观测、参数可调(如调节柴油机与文丘里管的型号、柴油机的排气等量)的特性，可以作为汽车及相关专业的教学实验仪器，然后就是利用文丘里管的文丘里效应，让流过狭窄喉道的柴油机排气，速度显著增大并伴随流体压力降低，而尿素喷嘴垂直设在喉道，喷出的雾化尿素溶液，迎面撞击上速度增大的高速排气流，形成更加破碎的雾化颗粒，将大大增强两者的混合效果，水解氨的效率得到提升；且文丘里管喉道内会产生一个真空度，更好的雾化性能和真空度造成的吸附效果将进一步提高尿素喷嘴的效率，这样空气压缩机的泵气量就可以调的小一些，混入排气的空气量少了，即减少了过多空气对催化效应的稀释，提高了催化效率。
19.进一步地：所述尿素箱的顶部设有空气辅助装置及液位观测窗。
20.采用本步的有益效果：空气辅助装置及液位观测窗可以防止尿素箱由于尿素溶液的排出导致尿素箱内产生真空度导致尿素溶液排出不畅，以及便于观测尿素箱内的尿素溶液的含量。
21.进一步地：所述尿素箱内设有换热器，所述柴油机的冷却液管道与所述换热器形成回路。
22.采用本步的有益效果：柴油机的冷却管道包括冷却液加热管道和冷却液回流管道，将柴油机产生的热量传递给尿素箱，避免尿素箱内的尿素溶液由于温度过低产生结晶。
23.进一步地：所述尿素泵还连通有空气压缩机，所述空气压缩机用于提供压缩空气。
24.采用本步的有益效果：压缩空气能帮助尿素溶液从尿素泵中泵出并雾化。
25.进一步地：所述空气压缩机与所述尿素泵之间还设有空气过滤器。
26.采用本步的有益效果：空气过滤器能过滤空气，避免空气中的杂质影响尿素溶液的纯度，降低催化效率。
27.进一步地：所述尿素泵上还设有加热线束。
28.采用本步的有益效果：加热线束能给尿素泵加热，避免尿素溶液在尿素泵中结晶导致尿素泵被堵塞，影响尿素泵正常使用。
29.本实用新型的有益效果是：
30.1、本实用新型中所提及的试验台能直观地显示整个柴油机scr过程中涉及的部件，及各个部件对scr的作用，便于学生理解柴油机scr技术，且能了解各个部件的工况对柴油机scr的催化效率产生的不同影响；
31.2、本实用新型中的柴油机排气量、文丘里管的大小、尿素溶液的浓度、尿素泵泵出尿素溶液的量等参数都是可调的，可以作为研究提高柴油机scr 催化效率的试验设备使用。
附图说明
32.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本实用新型提供的一种文丘里管型柴油机scr教学研究试验台的原理图。
34.附图标记：
35.1-柴油机；2-尿素箱；3-尿素泵；4-尿素喷嘴；5-文丘里管；6-消声器反应室；7-调节阀；8-流量计；9-氮氧化物检测仪；12-尾气管道；13-空气辅助装置及液位观测窗；14-空气压缩机；15-空气滤清器；16-加热线束； 17-进液管；18-回液管；19-催化剂。
具体实施方式
36.下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
37.需要注意的是，除非另有说明，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。
38.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
39.此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
40.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
41.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
42.实施例
43.如图1所示，本实用新型所提供的一种文丘里管型柴油机scr教学研究试验台，包括：
44.试验台架，所述试验台架设有柴油机位、尿素箱位和文丘里管位；
45.柴油机1，所述柴油机1设在所述柴油机位上，所述柴油机1连接有尾气管道12；
46.尿素箱2，所述尿素箱2设有所述尿素箱位上；
47.尿素泵3，所述尿素泵3通过进液管17与回液管18与所述尿素箱2连通，尿素泵3将尿素溶液从尿素箱2中泵出，并通过管道将尿素溶液运送到尿素喷嘴4；尿素泵3存在两种工作状态：供给和清空。向文丘里管5供给尿素溶液时，电机驱动尿素泵3里面的供给泵，将尿素溶液从尿素箱2中沿进液管17泵出，一部分尿素溶液用于喷射，一部分通过回流管18回到尿素箱；在低温环境下，为了防止尿素结晶造成的管道堵塞，需要清空系统中残余尿素溶液，此时尿素泵3里面的反抽泵将残留尿素溶液抽回尿素箱2中；
48.尿素喷嘴4，所述尿素喷嘴4的一端通过管道与所述尿素泵3连通；
49.文丘里管5，所述文丘里管5设在所述文丘里管位，所述文丘里管5的入口段连接所述尾气管道12，所述尿素喷嘴4的另一端与所述文丘里管5 的喉道垂直连通；
50.消声器反应室6，所述消声器反应室6的进气端连通所述文丘里管5的扩散段，消声器反应室6还设有催化剂19，兼有尾气催化转化和噪音消声两个功能，氮氧化物与氨经催化还原反应最终生成无害的氮气和水；催化剂19 选用催化活性强、反应选择性好和抗硫中毒能力强的五氧化二钒与二氧化钛并行使用；催化剂载体选用蜂窝式载体，其活性物质布涂面大、使用寿命长、耐腐蚀、安全性好，可循环使用；
51.调节阀7，所述调节阀7设在所述尿素泵3和所述尿素喷嘴4之间的管道上，调节阀7用以调节尿素溶液与空气混合物的流量大小；
52.流量计8，所述流量计8设在所述调节阀7与所述尿素喷嘴4之间的管道上，流量计8用以观测流量数据；
53.两个氮氧化物检测仪9，两个所述氮氧化物检测仪9分别设在所述文丘里管5的入口段和所述消声器反应室6的出气端，两个氮氧化物检测仪9检测出各自位置上nox的含量，可对比得出nox转变成n2的催化效率。
54.本实用新型首先由于其方便观测、参数可调(如调节柴油机1与文丘里管5的型号、柴油机1的排气等量)的特性，可以作为汽车及相关专业的教学实验仪器，然后就是利用文丘里管5的文丘里效应，让流过狭窄喉道的柴油机1排气，速度显著增大并伴随流体压力降低，而尿素喷嘴4垂直设在喉道，喷出的雾化尿素溶液，迎面撞击上速度增大的高速排气流，形成更加破碎的雾化颗粒，将大大增强两者的混合效果，水解氨的效率得到提升；且文丘里管喉道内会产生一个真空度，更好的雾化性能和真空度造成的吸附效果将进一步提高尿素喷嘴4的效率，这样空气压缩机14的泵气量就可以调的小一些，混入排气的空气量少了，即减少了过多空气对催化效应的稀释，提高了催化效率。
55.其中，所述尿素箱2的顶部设有空气辅助装置及液位观测窗13。
56.空气辅助装置即空气-蒸汽阀，空气阀用来消除尿素箱2由于尿素消耗造成的真空度，蒸汽阀用来逸出因高温形成的水蒸汽，保持稳定的压强，可以防止尿素箱2由于尿素溶液的排出导致尿素箱2内产生真空度导致尿素溶液排出不畅。液位观测窗便于观测尿素箱内的尿素溶液的，及时添加尿素溶液。
57.其中，所述尿素箱2内设有换热器，所述柴油机1的冷却液管道与所述换热器形成回路。
58.柴油机1的冷却管道包括冷却液加热管道和冷却液回流管道，将柴油机 1产生的
热量传递给尿素箱2，避免尿素箱2内的尿素溶液由于温度过低产生结晶；其中，换热器可以是盘管式、管壳式或板片式，不过在本实用新型中优选盘管式换热器，盘管式换热器可以直接放入尿素箱2内，可以直接将热量传递给尿素溶液，而其他形式的换热器都需要额外的驱动源将尿素溶液泵入其中，进行对流换热，额外的增加了设备成本。
59.其中，所述尿素泵3还连通有空气压缩机14，所述空气压缩机14用于提供压缩空气。
60.空气压缩机14将压缩空气送入尿素泵3外部加装的混合腔。在混合腔内，尿素溶液与压缩空气混合并雾化进入管道。每次工作结束后，持续开启空气压缩机14一段时间，压缩空气会将管道中的尿素溶液吹除干净，以防止尿素在管道中残留结晶阻塞管道。
61.其中，所述空气压缩机14与所述尿素泵3之间还设有空气过滤器15。
62.空气过滤器15能过滤空气，避免空气中的杂质影响尿素溶液的纯度，降低催化效率。
63.其中，所述尿素泵3上还设有加热线束16。
64.加热线束16能给尿素泵3加热，避免尿素溶液在尿素泵3中结晶导致尿素泵3被堵塞，影响尿素泵3正常使用。
65.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。