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CN110925070A - 实现燃气发动机超低排放控制的后处理装置 - Google Patents

实现燃气发动机超低排放控制的后处理装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种实现燃气发动机超低排放控制的后处理装置，包括设置在发动机的排气增压器后部，且按顺序排列的三元催化系统、选择性催化器还原催化系统、氧化催化系统以及氨捕集系统；其中三元催化系统对发动机排出的尾气进行氧化还原处理，经氧化还原处理后的尾气中包括氮氧化合物。本发明的实现燃气发动机超低排放控制的后处理装置，能够进一步降低燃气发动机气体污染物排放，实现超低气体污染物排放控制。

Description

实现燃气发动机超低排放控制的后处理装置
技术领域
本发明是关于发动机制造领域，特别是关于一种实现燃气发动机超低排放控制的后处理装置。
背景技术
为满足重型商用车及发动机国六排放法规(GB17691-2018)要求(排放限值要求NOx控制≤0.46g/kWh，CH4≤0.5g/kWh，NMHC≤0.16g/kWh，NH3≤10ppm)，目前天然气发动机采用当量+EGR+TWC+ASC的燃烧技术路线。该技术发动机通过燃烧优化、发动机本体设计等措施控制发动机使得PM、PN排放达标法规要求。同时，通过应用上述措施，以及外部冷却EGR策略将NOx、NMHC、CH4、CO原始排放控制到一定水平；通过机外净化的方式(TWC)降低发动机尾气中的NOx、NMHC、CH4和CO排放，通过ASC处理由TWC催化器产生的NH3排放，最终使发动机总体排放控制在国6排放法规限值之内。
国六排放法规对天然气发动机排气污染物的控制要求：NOx控制≤0.46g/kWh，CH4≤0.5g/kWh，NMHC≤0.16g/kWh，当前的技术方案TWC对空燃比控制精度要求较高(如图1所示)，使用当前方案受空燃比窗口的限制，较难以实现超低排放控制。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实现燃气发动机超低排放控制的后处理装置，其能够进一步降低燃气发动机气体污染物排放，实现超低气体污染物排放控制。
为实现上述目的，本发明提供了一种实现燃气发动机超低排放控制的后处理装置，包括设置在发动机的排气增压器后部，且按顺序排列的三元催化系统、选择性催化器还原催化系统、氧化催化系统以及氨捕集系统；其中三元催化系统对发动机排出的尾气进行氧化还原处理，经氧化还原处理后的尾气中包括氮氧化合物。
在一优选的实施方式中，经过三元催化系统氧化还原处理的尾气进入选择性催化器还原催化系统进行进一步氧化处理，在选择性催化器还原催化系统内进行以下化学反应：
CO+1/2O2→CO2 (1)
HC+O2→CO2+H2O (2)。
在一优选的实施方式中，经选择性催化器还原催化系统进一步氧化处理的尾气进入氧化催化系统进行化学反应，在选择性催化器还原催化系统内进行一下化学反应：
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O (3)
4NO+O2+4NH3→4N2+6H2O (4)
2NO2+O2+4NH3→3N2+6H2O (5)；
其中NH3为还原剂，用以与尾气中的氮氧化合物进行反应，将氮氧化合物还原成N2和H2O；其中选择性催化器还原催化系统中的NH3在高温下进行分解化学反应：
NH2CONH2+H2O→2NH3+CO2 (6)。
在一优选的实施方式中，经过选择性催化器还原催化系统处理后的尾气进入氨捕集系统进行处理，用以进一步降低尾气中氮氧化合物含量。
在一优选的实施方式中，三元催化系统包括ECU控制器、TWC催化器、前后氧传感器以及排温传感器。
在一优选的实施方式中，选择性催化器还原催化系统包括添蓝泵、计量喷射泵、添蓝喷嘴、添蓝罐、添蓝液位温度传感器、DCU控制器、氮氧化合物传感器、排温传感器防冻液电磁阀以及压缩空气过滤器。
在一优选的实施方式中，选择性催化器还原催化系统还包括空气补充装置，其与发动机的进气管连通或与大气连通，用以从进气管或从大气中获取空气。
与现有技术相比，本发明的实现燃气发动机超低排放控制的后处理装置具有以下有益效果：可进一步降低燃气发动机气体污染物排放，实现超低气体污染物排放控制，同时满下一阶段排放法规要求。提高燃气发动机气体污染物排放裕度，从而提高燃气发动机排放耐久里程。
附图说明
图1是TWC后处理反应原理图；
图2是根据本发明一实施方式的后处理装置的结构示意图。
主要附图标记说明：
TWC-三元催化系统，SCR-选择性催化器还原催化系统，DOC-氧化催化系统，ASC-氨捕集系统，NOx-氮氧化合物。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图2所示，图2是根据本发明一实施方式的后处理装置的结构示意图。根据本发明优选实施方式的一种实现燃气发动机超低排放控制的后处理装置，包括设置在发动机的排气增压器后部，且顺序排列的三元催化系统TWC、选择性催化器还原催化系统SCR、氧化催化系统DOC以及氨捕集系统ASC；其中三元催化系统TWC对发动机排出的尾气进行氧化还原处理，经氧化还原处理后的尾气中包括氮氧化合物NOx(部分未反应的NO和NO2，生成的N2O)、HC(部分未反应的)、CO(部分未反应的)、NH3(TWC中生成的NH3)。
在一些实施方式中，经过三元催化系统TWC氧化还原处理的尾气进入选择性催化器还原催化系统SCR进行进一步氧化处理，CO和HC进一步被氧化降低，在选择性催化器还原催化系统SCR内进行以下化学反应：
CO+1/2O2→CO2 (1)
HC+O2→CO2+H2O (2)。
在一些实施方式中，经选择性催化器还原催化系统SCR进一步氧化处理的尾气进入氧化催化系统DOC进行化学反应，在选择性催化器还原催化系统SCR内进行一下化学反应：
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O (3)
4NO+O2+4NH3→4N2+6H2O (4)
2NO2+O2+4NH3→3N2+6H2O (5)；
其中NH3为还原剂，用以与尾气中的氮氧化合物NOx进行反应，将氮氧化合物NOx还原成N2和H2O；其中选择性催化器还原催化系统SCR中的NH3由尿素溶液中的NH2CONH2加H2O后在高温下产生分解，化学反应为：
NH2CONH2+H2O→2NH3+CO2 (6)。
在一些实施方式中，经过选择性催化器还原催化系统SCR处理后的尾气进入氨捕集系统ASC进行处理，用以进一步降低尾气中氮氧化合物NOx含量。
在一些实施方式中，三元催化系统TWC包括ECU控制器、TWC催化器、前后氧传感器以及排温传感器等元件。上述元件均未绘示。
在一些实施方式中，选择性催化器还原催化系统SCR包括添蓝泵、计量喷射泵、添蓝喷嘴、添蓝罐、添蓝液位温度传感器、DCU控制器、氮氧化合物NOx传感器、排温传感器防冻液电磁阀以及压缩空气过滤器等元件。上述元件未绘示。
在一些实施方式中，选择性催化器还原催化系统SCR还需要空气补充装置用于补充空气进行反应，空气补充装置可与发动机的进气管连通，用以从进气管获取空气。也可与大气连通，用以从大气中获取空气。
综上所述，根据国际标准对下一阶段的排放要求，要求排放相对现阶段降低50％以下。本发明的实现燃气发动机超低排放控制的后处理装置通过采用TWC(三元催化系统)+SCR(选择性催化器还原催化系统)+DOC(氧化催化系统)+ASC(氨捕集系统)的后处理技术方案，通过SCR进一步降低氮氧化物(NOx)的排放，通过DOC进一步降低HC和CO排放，通过ASC净化NH3，实现燃气发动机超低气体排放控制，以进一步降低燃气发动机气体污染物排放，同时提高燃气发动机气体污染物排放裕度，从而提高燃气发动机排放耐久里程。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (7)

1.一种实现燃气发动机超低排放控制的后处理装置，其特征在于，包括设置在发动机的排气增压器后部，且按顺序排列的三元催化系统、选择性催化器还原催化系统、氧化催化系统以及氨捕集系统；
其中所述三元催化系统对所述发动机排出的尾气进行氧化还原处理，经氧化还原处理后的尾气中包括氮氧化合物。
2.如权利要求1所述的实现燃气发动机超低排放控制的后处理装置，其特征在于，经过所述三元催化系统氧化还原处理的尾气进入所述选择性催化器还原催化系统进行进一步氧化处理，在所述选择性催化器还原催化系统内进行以下化学反应：
CO+1/2O2→CO2 (1)
HC+O2→CO2+H2O (2)。
3.如权利要求2所述的实现燃气发动机超低排放控制的后处理装置，其特征在于，经所述选择性催化器还原催化系统进一步氧化处理的尾气进入所述氧化催化系统进行化学反应，在所述选择性催化器还原催化系统内进行一下化学反应：
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O (3)
4NO+O2+4NH3→4N2+6H2O (4)
2NO2+O2+4NH3→3N2+6H2O (5)；
其中NH3为还原剂，用以与尾气中的氮氧化合物进行反应，将氮氧化合物还原成N2和H2O；
其中所述选择性催化器还原催化系统中的NH3在高温下进行分解化学反应：
NH2CONH2+H2O→2NH3+CO2 (6)。
4.如权利要求3所述的实现燃气发动机超低排放控制的后处理装置，其特征在于，经过所述选择性催化器还原催化系统处理后的尾气进入所述氨捕集系统进行处理，用以进一步降低尾气中氮氧化合物含量。
5.如权利要求1所述的实现燃气发动机超低排放控制的后处理装置，其特征在于，所述三元催化系统包括ECU控制器、TWC催化器、前后氧传感器以及排温传感器。
6.如权利要求1所述的实现燃气发动机超低排放控制的后处理装置，其特征在于，所述选择性催化器还原催化系统包括添蓝泵、计量喷射泵、添蓝喷嘴、添蓝罐、添蓝液位温度传感器、DCU控制器、氮氧化合物传感器、排温传感器防冻液电磁阀以及压缩空气过滤器。
7.如权利要求6所述的实现燃气发动机超低排放控制的后处理装置，其特征在于，所述选择性催化器还原催化系统还包括空气补充装置，其与所述发动机的进气管连通或与大气连通，用以从所述进气管或从所述大气中获取空气。
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