一種柴油機尾氣選擇催化還原劑添加裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種結(jié)構(gòu)形式簡單的柴油機尾氣選擇催化還原劑添加方法與裝置。本發(fā)明一種柴油機尾氣選擇催化還原劑添加裝置，包括：常閉的還原劑貯存容器，位于貯存容器內(nèi)的霧化裝置，位于貯存容器頂部的霧化后氣體出口，柴油機尾氣管道的負壓管與霧化后氣體出口相通。一種柴油機尾氣選擇催化還原劑添加方法，過程為：霧化裝置將還原劑形成小尺寸霧化液滴，液滴遇到通向柴油機尾氣管道的負壓管被吸入并一通到達柴油機尾氣，實現(xiàn)對尾氣中的氮氧化物選擇催化還原。本發(fā)明無需如電動泵和壓縮氣源等等目前常用的還原劑壓力驅(qū)動裝置和霧化噴嘴，與還原劑接觸的部件只有超聲波霧化器，系統(tǒng)低溫冷凍性能優(yōu)越，整套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成簡單，工作部件數(shù)量少，提高了系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟性。
【專利說明】一種柴油機尾氣選擇催化還原劑添加裝置及方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)動機尾氣處理方法和裝置，進一步涉及一種柴油機尾氣選擇催化還原劑添加方法與裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]柴油機以其較高的熱效率和較低的廢氣排放在各行各業(yè)得到了廣泛的應用，但其較高的氮氧化物(NOx)排放是長期困擾人們的一個問題。選擇催化還原技術(shù)(SCR)是控制柴油機氮氧化物排放的有效方法，該技術(shù)通常使用一定濃度的還原劑(例如車用尿素溶液、無水乙醇等)經(jīng)過高壓噴射霧化在排氣管中，與柴油機排放出來的氮氧化物混合進入催化器完成催化還原反應，最終生成氮氣和水。在現(xiàn)有的SCR選擇催化還原后處理系統(tǒng)中，主要包括2個關鍵技術(shù):還原劑的高壓噴射及其霧化。而且還原劑的噴射壓力直接影響其霧化質(zhì)量，甚至影響下游的SCR催化器對氮氧化物的轉(zhuǎn)化效率。
[0003]發(fā)動機SCR后處理系統(tǒng)一般由還原劑供給單元、霧化噴嘴、電控單元3部分組成。還原劑供給單元通常配有電動泵(8?IObar)或者壓縮氣源(大約8bar)驅(qū)動還原劑的添加噴射。在霧化階段，通常采用高壓直接噴射霧化和壓縮空氣輔助霧化兩種形式，經(jīng)過霧化噴嘴將還原劑在一定壓力下霧化成細小微粒(粒徑一般在50 μ m?200 μ m)，還有電控單元控制各種傳感器(如壓力傳感器、液位傳感器)、計量單元、電磁閥等部件。
[0004]對于還原劑供給單元，由于電動泵輸送的是有一定腐蝕性的還原劑，而且是車載裝置，因此，對其材料和結(jié)構(gòu)要求耐腐蝕、抗振、壓力穩(wěn)定；還有使用壓縮氣源的供給單元，雖然避免了電動泵輸送過程中的腐蝕和振動，但是需要保證氣源的壓力穩(wěn)定和連續(xù)供應。
[0005]對于還原劑霧化質(zhì)量(液滴直徑)，其與介質(zhì)壓力、霧化形式、噴嘴結(jié)構(gòu)有直接關系，是影響霧化的還原劑與尾氣均勻混合，尤其是加大還原劑受熱面積，縮短還原劑蒸發(fā)、熱解和水解時間的主要因素。一般情況下，發(fā)動機尾氣氮氧化物凈化還原劑采用空氣輔助霧化的形式，霧化的液滴直徑一般在50μπι以上，嚴重影響了 SCR系統(tǒng)還原劑供給精度和SCR催化器的轉(zhuǎn)化效率，極易形成過量噴射，而使霧化后的還原劑未能及時參與催化還原反應就隨著發(fā)動機尾氣進入環(huán)境大氣中，最終造成二次污染。
[0006]因此，為提高SCR系統(tǒng)的還原劑供給精度和SCR催化器的轉(zhuǎn)化效率以及減少(或避免)還原劑的泄露，需要采用一種新型柴油機SCR后處理系統(tǒng)還原劑添加霧化方法與裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)形式簡單的柴油機尾氣選擇催化還原劑添加方
法與裝置。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種柴油機尾氣選擇催化還原劑添加裝置，包括:常閉的還原劑貯存容器，位于貯存容器內(nèi)的霧化裝置，位于貯存容器頂部的霧化后氣體出口，柴油機尾氣管道的負壓管與霧化后氣體出口相通。
[0009]所述負壓管包括:變徑管道，兩端管道直徑大于中部管道直徑，管道中部開有通孔，與還原劑貯存容器連通；位于變徑管道一端的風機，從外部引入空氣；變徑管道另一端與柴油機尾氣管道相連。
[0010]作為進一步優(yōu)選方案，還包括:位于風機與通孔之間的蝶閥，所述蝶閥可以為電動蝶閥；所述霧化裝置可以為超聲波霧化器。
[0011]一種柴油機尾氣選擇催化還原劑添加方法，過程為:霧化裝置將還原劑形成小尺寸霧化液滴，液滴遇到通向柴油機尾氣管道的負壓管被吸入并一通到達柴油機尾氣，實現(xiàn)對尾氣中的氮氧化物選擇催化還原。
[0012]所述負壓管可以是由兩端粗、中間細的變徑管道實現(xiàn)。
[0013]作為進一步優(yōu)選方案，所述負壓管是由兩端粗、中間細的變徑管道實現(xiàn)，依靠風機將空氣吸入變徑管道；在風機與變徑管道之間安裝電動蝶閥，控制負壓的大??；所述霧化過程由超聲波霧化方法來實現(xiàn)。
[0014]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下優(yōu)點:
(一)系統(tǒng)無需如電動泵和壓縮氣源等等目前常用的還原劑壓力驅(qū)動裝置和霧化噴嘴，與還原劑接觸的部件只有超聲波霧化器，系統(tǒng)低溫冷凍性能優(yōu)越，整套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成簡單，工作部件數(shù)量少，提高了系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟性。
[0015](二)霧化液滴直徑小于ΙΟμπι，能夠增大液滴的比表面積，加快還原劑的蒸發(fā)、水解和熱解速度，提高還原劑的添加精度和SCR催化器的轉(zhuǎn)化效率，減少還原劑的泄露和二次污染。
[0016](三)當超聲波霧化器采用防水變頻電源時，可以根據(jù)發(fā)動機工況改變還原劑添加
霧化量。
[0017](四)當風機與通孔之間安裝閥門時，可以控制霧化的添加劑的流量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是柴油機SCR后處理系統(tǒng)還原劑添加霧化裝置的布置圖，
圖中:11為柴油發(fā)動機，12為排氣管，13為SCR還原劑添加裝置，14為SCR催化器；
圖2是本發(fā)明實施例裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，
圖中:1為還原劑，2為風機，3為蝶閥，4為負壓管，5為霧化還原劑出口，6為還原劑加注口，7為還原劑忙存容器，8為霧化裝置，9為通孔；
圖3是實施例中柴油機歐洲瞬態(tài)測試循環(huán)(ETC)工況中原機與添加霧化還原劑后氮氧化物排放對比曲線。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0020]柴油機SCR后處理系統(tǒng)還原劑添加霧化裝置的布置如圖1所示，柴油發(fā)動機11的排氣管12與SCR催化器14之間設置SCR還原劑添加裝置13。
[0021]一種柴油機尾氣選擇催化還原劑添加裝置，如圖2所示，包括:
常閉的還原劑I貯存容器7，還原劑貯存容器頂部設置還原劑加注口 6，位于貯存容器下方或底部的霧化裝置8，與霧化裝置相連的防水變頻電源，位于貯存容器頂部的霧化還原劑出口 5，柴油機尾氣管道的負壓管4與霧化還原劑出口相通。
[0022]所述負壓管包括:變徑管道，兩端管道直徑大于中部管道直徑，管道中部開有通孔9，與還原劑貯存容器連通；位于變徑管道一端的風機2，從外部引入空氣；變徑管道另一端與柴油機尾氣管道相連；位于風機與通孔之間的蝶閥3 ；
超聲波霧化器將還原劑形成10 μ m霧化液滴,防水風機從外部向排氣管引入空氣，遇到變徑管道在其中部形成負壓區(qū)，正好將霧化后的液滴吸入，一同到達尾氣管道，實現(xiàn)催化還原。
[0023]超聲波霧化器采用防水變頻電源，可以根據(jù)發(fā)動機工況改變還原劑添加霧化量；電動蝶閥控制霧化的添加劑的流量。
[0024]本發(fā)明在一臺重型高壓共軌柴油機上按照國家排放法規(guī)要求進行了標準測試工況試驗，其中還原劑貯存容器容積為20 L，柴油機原機NOx排放測試結(jié)果為:歐洲穩(wěn)態(tài)測試循環(huán)(ESC) 8.71g/kff.h和歐洲瞬態(tài)測試循環(huán)(ETC) 9.85g/kff.h，使用還原劑添加霧化裝置后，柴油機NOx排放測試結(jié)果為:歐洲穩(wěn)態(tài)測試循環(huán)(ESC)為1.59g/kff.h和歐洲瞬態(tài)測試循環(huán)(ETC)為1.41g/kff.h，還原劑泄露量低于6.3ppm。柴油機歐洲瞬態(tài)測試循環(huán)(ETC)工況中原機與添加霧化還原劑后氮氧化物排放對比曲線見圖3。
【權(quán)利要求】
1.一種柴油機尾氣選擇催化還原劑添加裝置，其特征在于，包括:常閉的還原劑貯存容器，位于貯存容器內(nèi)的霧化裝置，位于貯存容器頂部的霧化后氣體出口，柴油機尾氣管道的負壓管與霧化后氣體出口相通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種柴油機尾氣選擇催化還原劑添加裝置，其特征在于，所述負壓管包括: 變徑管道，兩端管道直徑大于中部管道直徑，管道中部開有通孔，通過通孔與還原劑貯存容器連通， 位于變徑管道一端的風機，從外部引入空氣， 變徑管道另一端與柴油機尾氣管道相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種柴油機尾氣選擇催化還原劑添加裝置，其特征在于，還包括:位于風機與通孔之間的蝶閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種柴油機尾氣選擇催化還原劑添加裝置，其特征在于，所述蝶閥為電動蝶閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任何所述一種柴油機尾氣選擇催化還原劑添加裝置，其特征在于，所述霧化裝置為超聲波霧化器。
6.在權(quán)利要求1-3任何所述一種柴油機尾氣選擇催化還原劑添加裝置上實現(xiàn)的一種柴油機尾氣選擇催化還原劑添加方法，其特征在于:霧化裝置將還原劑形成直徑小于10 μ m的霧化液滴，液滴遇到通向柴油機尾氣管道的負壓管被吸入并一同到達柴油機尾氣，實現(xiàn)對尾氣中的氮氧化物選擇催化還原。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種柴油機尾氣選擇催化還原劑添加方法，其特征在于:所述霧化過程由超聲波霧化方法來實現(xiàn)。
【文檔編號】F01N3/28GK103470351SQ201310336057
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月2日
【發(fā)明者】資新運, 龐海龍, 鄧成林, 張英鋒, 張春潤, 徐正飛, 姚廣濤, 卜建國, 俞妍, 劉宏威, 姜大海, 張衛(wèi)鋒, 柳貴東, 劉洋, 趙玲 申請人:中國人民解放軍軍事交通學院