CN103511040A

CN103511040A - 一种用于发动机scr的碳酸氢铵干法制氨及计量喷射系统

Info

Publication number: CN103511040A
Application number: CN201310486810.8A
Authority: CN
Inventors: 刘观柏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-10-17
Filing date: 2013-10-17
Publication date: 2014-01-15

Abstract

一种用于发动机SCR的碳酸氢铵干法制氨及计量喷射系统。属于发动机SCR技术领域。包括：SCR后处理器，氨气反生器，控制单元，电加热器，电磁开关阀，加热盘管，氨气发生器温度、压力传感器，加料口，流量控制阀，输氨管，氨气喷嘴。碳酸氢氨固体在氨气发生器中被加热分解释放氨气，水蒸气，二氧化碳混合气。混合气通过流量控制阀计量喷入发动机排气管，在催化剂作用下，氨气将NOx还原成N2。碳酸氢铵运输储存方便安全，经济性优于尿素还原剂，采用碳酸氢铵作为还原剂干法热解制氧，碳酸氢氨用量容易控制，氨气生成稳定，整个系统简沽，高效，结构简单。提供了一种成本较低、安全性好的发动机SCR系统的氨气制备及计量喷射系统。

Description

一种用于发动机SCR的碳酸氢铵干法制氨及计量喷射系统

技术领域

本发明属于内燃机排气SCR净化系统技术领域。特别涉及一种碳酸氢铵干法制氨及计量喷射系统。

背景技术

发动机排放出的烟气含有NOx严重污染环境。日益严格的环保法规要求发动机组必须配置排气净化装置。常用的发动机排气后处理技术一般是将一定量的尿素溶液喷入发动机排气管中，尿素在发动机排气管中雾化分解释放氨气。在催化剂的作用下， NOx被氨气还原成N₂。

SCR，指选择性催化还原；SCR反应以氨作为还原剂，在发动机的排气通路中配置SCR催化剂，通过向SCR催化剂供给氨，使氨与排气中的NOx（氮氧化物）发生还原发生，形成水蒸气（H2O）和氮（N2），从而能够有效地降低柴油机NO_X的排放，净化了排气。为了将氨向SCR催化剂供给，通常向排气通路中供给与氨相比处理更容易的尿素水，因此需要使用尿素水喷射器将尿素水溶液经过精细雾化计量喷射进排气管道中，使雾状的尿素水利用排气的热量分解而生成氨，从而将生成的氨吸附在SCR催化剂上，使NOx与氨反应分解成水蒸气（H2O）和氮（N2）而排出。如何向排气管中喷射定量雾化良好的尿素溶液是SCR系统的核心技术，目前的技术普遍采用计量泵对尿素溶液加压。由于在汽车和其他车船中都需要由蓄电池向该计量泵供电，而计量泵需要较高压力，以利于尿素的雾化，因此加大了蓄电池电能的损耗；同时，目前计量泵主要由国外厂家控制，还不能实现国产，而且价格较贵，且计量泵属于精密设备，也是SCR系统中最容易出故障的设备之一，出故障后只能更换，因此设备后期维护保养费用也非常高。

碳酸氢铵常温常压下以固态存在，碳酸氢氨在储存和运输方面不存在安全问题，与尿素相比，碳酸氢铵价格便宜，分解温度低，系统经济性更好。因此，从安全性和经济性角度考虑，碳酸氢铵适合作为柴油机SCR排气后处理系统的还原剂。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的SCR反应还原剂计量喷射系统需要计量泵使得成本较高、或者使得蓄电池能耗过高且尿素溶液喷射量的准确性和稳定性较差等问题，提供一种用于SCR反应的碳酸氢铵干法制氨及计量喷射系统。

为实现上述目的，所述一种碳酸氢铵干法制氨及计量喷射系统的步骤为：1)将碳酸氢氨固体加入氨气发生器，在氨气发生器中引入利用发动机排气的加热盘管或采用电加热来加热碳酸氢铵，碳酸氢铵高温加热分解为氨气，二氧化碳和水蒸气混合气；随后混合气经过流量控制阀和氨气喷嘴进入发动机排气管，在排气管中与发动机排气混合，并在催化剂作用下，在SCR后处理器中将NOx还原为N₂。

本发明的有益效果为：

1.本发明采用碳酸氢铵作为还原剂，由于碳酸氢铵无毒，且受热易分解，制氨过程容易控制，氨气生成速率稳定。运输储存方便安全。系统运行十分安全。

2. 本发明采用碳酸氢铵作为还原剂，按SCR反应所需的氨气量折算，还原剂采用碳酸氢铵比采用尿素便宜，经济性好。碳酸氢铵含氧量为21. 5%，尿素含氧量为56.7%。国内碳酸氢铵的平均价格约在480元/吨左右，尿素的平均销售价格在1800元/吨左右。每生成1公斤氨气，采用碳酸氢接作为还原剂，需要花费2.23元；而采用尿素作为还原剂，则需要花费3.17元。明显，碳酸氢铵作为还原剂比尿素更为经济。

3、本发明采用气体或蒸汽流量控制阀控制喷入发动机排气管中的还原剂氨气的量，不需要制造精密且价格昂贵的尿素溶液计量泵，因而能大大地降低产品成本及维护费用，摆脱对进口产品的依赖；同时由于采用气体流量控制阀计量喷入排气管中的氨气量，计量精度非常高，价格便宜能国产化，设备技术成熟，成本低廉，所有设备都可选用国产化设备，容易依靠国内资源实现工业化应用，有利于大规模推广与应用。

4.碳酸氢铵分解的混合气采用气态喷入发动机排气管，因而更容易与排气管的废气均匀混合，有利于反应的进行，而且不会存在尿素溶液结晶和堵塞等问题。

附图说明

图1是所述一种用于发动机SCR的碳酸氢铵湿法制氨及计量喷射系统结构示意图。

图中标号：1：SCR后处理器，2：氨气反生器，3：控制单元，4：电加热器，5：电磁开关阀，6：加热盘管，7：氨气发生器压力温度，压力传感器，8：加料口，9：流量控制阀，10：输氨管，11：氨气喷嘴。

具体实施方式

本发明提供了一种用于发动机SCR的碳酸氢铵干法制氨及计量喷射系统，以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，一种用于发动机SCR的碳酸氢铵干法制氨及计量喷射系统，包括1：SCR后处理器，2：氨气反生器，3：控制单元，4：电加热器，5：电磁开关阀，6：加热盘管，7：氨气发生器压力温度，压力传感器，8：加料口，9：流量控制阀，10：输氨管，11：氨气喷嘴。

所述碳酸氢铵储存在氨气发生器内，碳酸氢铵在氨气发生器中被加热分解产生氨气，二氧化碳，水蒸气混合气；氨气发生器2上设置有温度、压力传感器7，所述的温度、压力传感器7与控制器3或车载ECU电连接，温度、压力传感器7将氨气反发生器2的温度与压力等参数都反馈给电控单元3或车载ECU。氨气发生器2可利用引入发动机废气的加热盘管6来加热，加热盘管6加热由电磁开关阀5控制发动机排气的引入与否控制加热，电磁开关阀的开关由电控单元3或车载ECU控制；也可以采用电加热器4等其他形式的加热方式。其目的都是为氨气发生器2中的碳酸氢铵反应提供热量。氨气发生器2通过输氨管10与氨气喷嘴11相连接，所述的输氨管10上设置流量控制阀9；所述的流量控制阀9与控制单元3或车载ECU电连接，控制单元3或车载ECU控制流量控制阀9的开启大小从而控制氨气、二氧化碳与水蒸气混合物的输送量，由此实现流量控制阀9精确控制喷入排气管混合气量。SCR后处理器1设置在氨气喷嘴11下游，主要是由载体和催化剂组成，其作用是在催化剂的作用下，将发动机排气中的NOx与喷射的氨气反应生成无害的氮气和水，达到降低、净化排气内NO_X的效果。

参见图1，工作过程具体包括如下：一、启动系统：发动机启动时，该用于发动机SCR的碳酸氢铵干法制氨及计量喷射系统将启动，电控单元3通过氨气发生器温度、压力传感器7检测氨气发生器2内的温度和压力参数，当氨气发生器2的压力下降到流量控制阀9的工作压力最小值时，电控单元3发送指令向氨气发生器2泵入一定量的碳酸氢铵溶液，当氨气发生器2的工作压力达到流量控制阀9的工作压力最大值时，暂停向氨气发生器2泵送碳酸氢铵溶液；此处的流量控制阀9保证正常计量气体时，其通常有一个工作压力范围，在这个工作压力范围内，流量控制阀9能实现正确计量功能，流量控制阀9工作压力的最大值和最小值由其设计决定。二、碳酸氢铵溶液分解：碳酸氢铵溶液在氨气发生器2内在排气管或电加热器加热的作用下分解为氨气、二氧化碳和水蒸气混合气，混合气使氨气发生器2压力升高到流量控制阀9的工作压力范围。三、氨气喷射：当氨气发生器2压力升高到流量控制阀9的工作压力范围后，氨气、二氧化碳与水蒸气的混合气通过输氨管10输送到氨气喷嘴11，然后将氨气与水蒸气的混合气喷入排气管内，流量控制阀9根据控制单元3或车载ECU指令精确控制氨气、二氧化碳与水蒸气混合气喷入排气管内的量，在SCR后处理器1中，混合气中的氨气在催化剂作用下将排气内的NO_X排放还原为氮气，达到降低排气内NO_X的效果；四、重新加注碳酸氢铵溶液：当氨气发生器2内压力下降到流量控制阀9工作压力最小值时，电控单元3发送指令重新向氨气发生器2泵入一定量的碳酸氢铵溶液，碳酸氢铵溶液在氨气发生器2内反应生成氨气、二氧化碳和水蒸气混合气，使氨气发生器2内压力上达升到流量控制阀9工作压力最大值，然后暂停泵送碳酸氢铵溶液，如此循环工作。本发明中由于采用直接向排气管中喷入氨气，不需要价格昂贵的精密尿素计量泵，成本低廉，所有设备都可选用国产化设备，有利于大规模推广与应用；且氨气更容易与NOx混合与反应，NOx转化效率更高。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，上述结构都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于发动机SCR的碳酸氢铵干法制氨及计量喷射系统，包括：1.SCR后处理器，2：氨气反生器，3.控制单元，4.电加热器，5.电磁开关阀，6.加热盘管，7.氨气发生器压力温度，压力传感器，8.加料口，9.流量控制阀，10：输氨管，11：氨气喷嘴。

2.根据权利要求1所述的一种用于发动机SCR的碳酸氢铵干法制氨及计量喷射系统，其特征在于：所述的氨气发生器（2）上设置有温度、压力传感器（7），所述的温度、压力传感器（7）与控制单元（3）或车载ECU电连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于发动机SCR的碳酸氢铵干法制氨及计量喷射系统，其特征在于：所述碳酸氢铵分解反应所需热量可采由电加热，也可由发动机废气加热，以及其他加热方式。

4.根据权利要求1所述的一种用于发动机SCR的碳酸氢铵干法制氨及计量喷射系统，其特征在于：所述氨气发生器既是碳酸氢铵的储存容器，也是碳酸氢铵分解反应的反应器。

5.根据权利要求1所述的一种用于发动机SCR的碳酸氢铵干法制氨及计量喷射系统，其特征在于：所述输氨管与发动机排气管平行布置以利拥排气管伴热，以避免氨气和二氧化碳低温下发生逆反应生成氨基甲酸盐堵塞管道。

6.根据权利要求1所述的一种用于发动机SCR的碳酸氢铵干法制氨及计量喷射系统，其特征在于：所述流量控制阀可为气体或蒸汽比例阀，节流阀，气体喷嘴等可精确控制混合气的流量控制装置。