一种Urea-SCR喷射系统的制作方法

本发明涉及一种柴油机排气后处理装置，尤其涉及一种Urea-SCR喷射系统，属于柴油机技术领域。

背景技术：

以柴油为燃料的发动机所产生的废气排放已成为主要污染源，控制柴油机的排放污染已刻不容缓。Urea-SCR技术是有效降低柴油机氮氧化物排放的后处理技术之一，其原理是将尿素水溶液雾化喷入柴油机排气管道中，尿素水溶液经热解生成氨气，氨气在催化剂的作用下与烟气中的氮氧化合物反应生成无害的氮气和水，从而去除烟气中的NOx。在上述过程中，喷入的尿素水溶液的雾化程度越好，反应就越充分，因而，喷射系统是Urea-SCR的核心。

检索发现，现有Urea-SCR喷射系统主要有无空气辅助尿素喷射系统和空气辅助尿素喷射系统。

无空气辅助喷射系统因只有单路液体喷射，流量与喷射压力的平方根成正比，要想将流量提高一倍，喷射压力就必须提高四倍，因而主要缺点是实际应用的流量范围窄。

现有的空气辅助的尿素喷射系统，采用定气压的空气辅助雾化，当流量在大范围内调节时，液体的压力根据流量的变化而变化，当气压和液压相差太多时必然影响雾化效果。同时，喷嘴的流量范围比一般在1:5左右，因而当所需流量调节比超过该值时，也会影响喷射的雾化效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提出一种Urea-SCR喷射系统，该系统从小流量调节比到大流量调节比都能达到良好的雾化效果。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：

一种Urea-SCR喷射系统，采用模块化结构，包含控制系统、尿素水溶液供给单元、气动单元和若干喷枪喷嘴单元模块；所述控制系统同时连接和控制所述尿素水溶液供给单元、气动单元和喷枪喷嘴单元；所述气动单元包括空气吹扫冷却单元、气动球阀控制单元和空气辅助雾化单元；所述喷枪喷嘴单元分别与所述尿素水溶液供给单元和气动单元连接，包括喷枪喷嘴以及控制该喷枪喷嘴入口通断的气动球阀；

所述尿素水溶液供给单元和空气辅助雾化单元在所述控制系统的控制下，使尿素水溶液通过所述喷枪喷嘴单元喷射达到良好的雾化效果；所述空气吹扫冷却单元在所述控制系统的控制下，在所述尿素水溶液供给单元开始工作前和结束工作时，对所述喷枪喷嘴进行吹扫冷却，防止结晶堵塞该喷枪喷嘴；所述气动球阀控制单元为各气动电磁球阀开启提供力矩。

进一步，所述的尿素水溶液供给单元、气动单元和喷枪喷嘴单元模块的数量能够根据所需的流量和调节比进行扩展，以实现尿素喷射的最佳雾化效果。

进一步，所述的尿素水溶液供给单元包括第一变频电机、第二变频电机和液体流量计，所述控制系统通过给定流量与液体流量计检测的流量进行对比，通过PID闭环控制调节第一变频电机或第二变频电机的转速，从而使液体流量计检测的流量与给定流量相等。

进一步，所述的尿素水溶液供给单元还包括第一容积式定量泵和第二容积式定量泵，该第一容积式定量泵和第二容积式定量泵为容积式泵。

进一步，所述的喷枪喷嘴单元包括第三压力传感器、第四压力传感器和比例减压阀，所述控制系统以第三压力传感器的值为目标值来调节比例减压阀，使第四压力传感器的值与第三压力传感器的值相等。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、大的流量调节比：整个系统为模块化结构，可根据所需流量大小，配置单个或多个的喷枪喷嘴单元，以保证在流量在大范围内调节时都能达到良好的雾化效果。

2、空气辅助雾化单元采用气体比例阀控制不同气体压力输出，压力传感器和比例阀形成闭环反馈控制；同时，在不同尿素水流量下，液路的压力不同，而气路的压力值以液路的压力值为目标值进行匹配，从而达到最佳的雾化效果。

附图说明

图1是本发明的结构原理图。

图2是尿素水溶液供给单元的结构原理图。

图3是气动单元的结构原理图。

图4是喷枪喷嘴单元的结构原理图。

图中：

1第一手动球阀，2第一过滤器，3第一变频电机，4第一容积式定量泵，5第一单向阀，6第一压力传感器，7第二过滤器，8液体流量计，9第二手动球阀，10第三手动球阀，11两位两通电磁换向阀，12压力表，13溢流阀，14第四手动球阀；15第二单向阀，16第二变频电机，17第二容积式定量泵，18第三过滤器，19第五手动球阀，20消音器，21两位三通手动换向阀，22空气过滤器，23气体流量计，24第六手动球阀，25第七手动球阀，26第八手动球阀，27第九手动球阀，28第十手动球阀，29第十一手动球阀，30气体流量调节阀，31气体比例减压阀，32气体减压阀，33第二压力传感器，34第一气动电磁球阀，35第三压力传感器，36第三单向阀，37第四单向阀，38第五单向阀，39喷枪喷嘴，40第四压力传感器，41第六单向阀，42第五压力传感器，43第二气动电磁球阀，44第三气动电磁球阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所述的Urea-SCR喷射系统做进一步的详细阐述，但不应以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，所述Urea-SCR喷射系统采用模块化结构，包含控制系统、尿素水溶液供给单元、气动单元和若干喷枪喷嘴单元模块；所述控制系统同时连接和控制所述尿素水溶液供给单元、气动单元和喷枪喷嘴单元；所述气动单元包括空气吹扫冷却单元、气动球阀控制单元和空气辅助雾化单元；所述喷枪喷嘴单元分别与所述尿素水溶液供给单元和气动单元连接，包括喷枪喷嘴以及控制该喷枪喷嘴入口通断的气动球阀。

所述Urea-SCR喷射系统的尿素水溶液供给单元和空气辅助雾化单元在控制系统的控制下，使尿素水溶液通过喷枪喷嘴单元达到良好的雾化效果；空气吹扫冷却单元在控制系统控制下，在尿素水溶液供给单元开始工作前和结束工作时，对喷嘴进行吹扫冷却，防止喷嘴的结晶堵塞；气动球阀控制单元为各路气动电磁球阀开启提供力矩；同时可根据流量的大小和调节比的范围扩展喷枪喷嘴单元，以实现最佳的雾化效果。

所述的尿素水溶液供给单元的容积式定量泵将尿素灌中的尿素水溶液输入到喷枪喷嘴；变频电机驱动容积式定量泵，管路中并联流量计，控制系统通过给定流量与流量计检测的流量进行对比，通过PID闭环控制调节变频电机的转速，从而使流量计流量与给定流量相等；同时，到喷枪喷嘴单元的接口可进行扩展，接口数量与喷枪喷嘴单元数量相等；压力传感器检测系统压力，回路配有溢流阀和两位两通电磁阀，确保系统超压和紧急情况下能自动卸荷，对系统起超压保护。

尿素水溶液供给单元如图2所示，包括并联的第一手动球阀1和第五手动球阀19的入口连接到尿素溶液灌出口；第一手动球阀1出口依次与第一过滤器2、第一容积式定量泵4和第一单向阀5连接；第一容积式定量泵4由第一变频电机3驱动；第五手动球阀19出口依次与第三过滤器18、第二容积式定量泵17和第二单向阀15连接；第二容积式定量泵17由第一变频电机16驱动；第一单向阀5与第二单向阀15的出口连接并依次与第一压力传感器6、压力表12、第二过滤器7、液体流量计8、第二手动球阀9连接；溢流阀13上游连接到第一单向阀5与第二单向阀15的出口，下游与第四手动球阀14连接后，接到尿素溶液灌；两位两通电磁换向阀11与溢流阀13并联连接；第三手动球阀10与第二手动球阀9并联连接；根据需求可扩展多路与第二手动球阀9并联连接；其中，第一变频电机16与第二容积式定量泵17为备用泵组。

气动单元由空气吹扫冷却单元、气动球阀控制单元、空气辅助雾化单元三路并联组成；各个单元接口数量也可根据喷枪喷嘴的数量进行扩展；空气吹扫冷却单元在尿素水溶液供给单元开启和结束后，对喷嘴进行吹扫冷却，以防止喷嘴的堵塞；气动电磁球阀回路提供喷枪喷嘴单元中尿素水溶液供给路的气动电磁球阀、空气吹扫冷却路的气动电磁球阀和空气辅助雾化路的气动电磁球阀的开启力；空气辅助雾化单元采用比例减压阀来控制到喷嘴前的压力，控制系统以喷嘴前尿素水溶液的压力传感器的值为目标值来调节比例减压阀，使喷嘴前空气辅助雾化路的压力传感器的值与喷嘴前尿素水溶液的压力传感器的值相等。

如图3所示，气动单元包括与气源出口连接的两位三通手动换向阀21，消音器20连接于该两位三通手动换向阀21的另一个入口，两位三通手动换向阀21的出口依次与空气过滤器22、气体流量计23、第二压力传感器33、气体减压阀32、第八手动球阀26连接；第九手动球阀27以及扩展接口与第八手动球阀26并联连接；第六手动球阀24连接到空气过滤器22的出口；第七手动球阀25以及扩展接口与第六手动球阀24并联连接；气体比例减压阀31的上游连接到空气过滤器22出口之后，下游依次与气体流量调节阀30、第十手动球阀28连接；第十一手动球阀29以及扩展接口与第十手动球阀28并联连接。

喷枪喷嘴单元由控制尿素水溶液路通断的气动电磁球阀、空气吹扫冷却路通断的气动电磁球和空气辅助雾化路的气动电磁球阀并联后与喷枪喷嘴相连，同时包括控制气动电磁球阀开启力的管路；喷枪喷嘴前安装单向阀以防止回流。

如图4所示，喷枪喷嘴单元包括第一气动电磁球阀34及其依次连接的第三压力传感器35、第三单向阀36、第四单向阀37和喷枪喷嘴39的液体接口；第三气动电磁球阀44依次连接第五压力传感器42、第六单向阀41后并联接入第三单向阀36的出口；第二气动电磁球阀43连接第四压力传感器40后连接到喷枪喷嘴39的气体接口；为第一气动电磁球阀34、第二气动电磁球阀43、第三气动电磁球阀44提供开启力矩的管路。

图2、图3与图4按图1所示用管路连接到相应的接口。

控制系统同时控制图2、图3与图4所示的单元。

本发明所述的喷射系统运行过程如下：

(1)打开第一手动球阀1、第二手动球阀9、第三手动球阀10、第四手动球阀14、第五手动球阀19、第六手动球阀24、第七手动球阀25、第八手动球阀26、第九手动球阀27、第十手动球阀28、29第十一手动球阀以及扩展口的手动球阀；两位三通手动换向阀处于图3所示的位置，开启气源，第二压力传感器33输出16bar压力。

(2)启动尿素喷射系统，第三气动电磁球阀44得电，压缩空气经气体减压阀32(调整压力使其稳定在6～8bar)，开启第三气动电磁球阀，与此同时压缩空气经吹扫冷却管路、第三气动电磁球阀44、第六单向阀41、第四单向阀37进入喷枪喷嘴39进行吹扫；此过程若气体流量计23或第五压力传感器42超过设定值，系统报警，第三气动电磁球阀44失电。停气源，检查，待故障排除后，重新启动。

(3)正常运行10分钟后，第三气动电磁球阀44失电；启动第一变频电机3或第二变频电机16，第一气动电磁球阀34、第二气动电磁球阀43得电开启；控制系统通过给定流量与液体流量计8检测的流量进行对比，通过PID闭环控制调节第一变频电机3或第二变频电机16的转速，从而使体流量计8与给定流量相等；同时，控制系统以第三压力传感器35的值为目标值来调节比例减压阀31，使第四压力传感器40的值与第三压力传感器35的值相等；在此过程，若传感器的值超过设置，系统报警，同时两位两通电磁换向阀11，使系统压力卸荷，待故障排除后，重新启动。

(4)正常运行时，系统会根据不同的工况给定不同的给定流量，控制系统通过给定流量与液体流量计8检测的流量进行对比，通过PID闭环控制调节第一变频电机3或第二变频电机16的转速，从而使体流量计8与给定流量相等；同时，控制系统以第三压力传感器35的值为目标值来调节比例减压阀31，使第四压力传感器40的值与第三压力传感器35的值相等。

(5)尿素喷射系统停止时，停止第一变频电机3或第二变频电机16，第一气动电磁球阀34、第二气动电磁球阀43失电关闭；第三气动电磁球阀44得电，压缩空气经气体减压阀32开启第三气动电磁球阀，与此同时压缩空气经吹扫冷却管路、第三气动电磁球阀44、第六单向阀41、第四单向阀37进入喷枪喷嘴39进行吹扫，10分钟后第三气动电磁球阀44失电,停止吹扫冷却。