CN102817682A - 非车用重型柴油机scr装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非车用重型柴油机SCR装置及方法,包括一内设置有催化剂的反应器,反应器内催化剂的后端出口处设有测量单元同***控制装置相连接,***控制装置通过尿素溶液控制装置同喷枪连接,喷枪出口端设置于反应器内催化剂的前端,所述测量单元包括至少一NOX测量单元,所述尿素溶液控制装置包括一尿素泵及与之连接的尿素罐、一同所述尿素泵连接的喷射装置,所述喷射装置包括至少两个单向阀分别同所述空气压缩机和所述尿素泵连接,所述***控制装置同所述尿素泵信号控制端相连接以输出尿素溶液输出信号,所述喷射装置同喷枪相连接。本发明通过设置喷射装置和空气压缩机解决了大容量尿素水溶液与尾气混合均匀问题及通过催化剂时的均匀扩散问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种SCR装置,尤其涉及一种非车用重型柴油机SCR装置及方法。
背景技术
柴油机排放的NOx造成大气污染引起了各方强烈反映,十二五期间,国家把氮氧化物控制作为国家强制控制指标,纳入国民经济社会发展计划。
目前国内对车用柴油机SCR技术的研究已取得很大进展并进入实用阶段,SCR技术是将尿素水溶液喷射到机组排放的尾气中,尿素水溶液经过雾化、蒸发、热解及水解四个步骤后生成氨气,具体如下:蒸发:(NH2)2CO(雾态微滴)→(NH2)2CO(固态或液态)+H2O(蒸气)热解:(NH2)2CO(固态或液态)→(NH)3(气态)+HNCO(气态)水解:HNCO(气态)+H2O(气态)→(NH)3(气态)+CO2(气态)氨气与NOx在催化剂的作用下生成N2和水:
8NH3+6NO2→7N2+12H2O
4NH3+4NO+02→4N2+6H2O
2NH3+NO+N02→2N2+3H2O
现已有专利(专利申请号:201010107962.9,CN101818679A)针对车辆尾气处理提出了一种SCR***,该***包括SCR催化转化器、尿素喷头和尿素计量喷射控制器,所述SCR催化转化器包括壳体和设置在所述壳体中的串联的N0、催化转化器与NH3催化氧化器,所述尿素喷头与所述尿素计量喷射控制器信号连接并设置在所述NO、催化转化器的上游,所述车用SCR***闭环控制***还包括NH3浓度检测装置,所述NH3浓度检测装置与所述尿素计量喷射控制器信号连接并设置在所述N0、催化转化器与所述NH3催化氧化器之间。该***通过在N0、催化转化器 与所述NH3催化氧化器之间设置NH3浓度检测装置来检测尾气中的NH3含量,并将该值与设定值进行比较,从而尿素计量喷射控制器根据比较结果控制尿素喷头的动作,以加快响应速度,可有效提高尾气中NOX的转化效率。
但该种针对车辆尾气的SCR***处理的排气量较小,对于非车用重型柴油机类有着大量废气需进行即时处理的情况并不合用。具体而言,非车用重型柴油机SCR***由于尿素水溶液喷射量比车用柴油机SCR***的大,由此产生一系列新的问题:尿素水溶液流量的趋于不稳定,尿素水溶液雾化后与尾气难以混合均匀,保证提高NOX的转换率及降低NH3逃逸量,且由于尿素水溶液的量非常大易在结晶后堵塞管路。
发明内容
为了解决上述重型柴油机大量废气进行处理的问题,本发明提供了一种非车用重型柴油机SCR***,具体技术方案如下:
SCR***包括:反应器、混合器、喷枪、导流栅、混合管、扩散器、空压机、喷射装置、尿素泵装置、尿素罐装置、***控制装置、温度测量单元、压力测量单元、氮氧化物测量单元等模块。
本发明SCR***控制过程如下:
柴油机启动后,含有氮氧化物的尾气从柴油机排气口经混合管到达反应器出口时,反应器出口处的NOX测量模块测量尾气中NOX的含量,测出的NOX值传给***控制单元,控制***根据NOX转化率要求由程序自动算出所需喷射尿素水溶液的量,并转成相应的信号传给尿素泵装置,尿素泵装置根据接收到的信号泵出一定量的尿素水溶液。尿素水溶液经喷射装置、喷枪后在压缩空气作用下雾化,并与尾气混合,在混合器的作用下混合均匀,然后在扩散器的作用下,使混合气体能较均匀地扩散到各个催化剂模块的表面,在催化剂的作用下生成氮气和水,反应器出口处的氮氧化物测量模块测量反应后混合气体中NOX含量,控制***比较NOX测量值和设定值,若NOX测量值大于设定值,控制***调整发给尿素泵的信号,尿素泵根据接收到的信号调整泵出的尿素水溶液的量,通过 不断调整尿素水溶液的喷射量,使反应后混合气体中NOX含量达到设计要求。
具体技术方案如下:
一种非车用重型柴油机SCR装置,包括一内设置有催化剂的反应器,反应器内催化剂的后端出口处设有测量单元同***控制装置相连接,***控制装置通过尿素溶液控制装置同喷枪连接,喷枪出口端设置于反应器内催化剂的前端,所述测量单元包括至少一NOX测量单元,所述尿素溶液控制装置包括一尿素泵及与之连接的尿素罐、一同所述尿素泵连接的喷射装置,所述喷射装置包括至少两个管道和一空气压缩机,第一管道连通所述空气压缩机和喷枪,第二管道连通所述尿素泵和喷枪,所述***控制装置同所述尿素泵信号控制端相连接以输出尿素溶液输出信号。
进一步,所述喷枪和所述催化剂之间设有一涡流混合器。
进一步,所述涡流混合器和所述催化剂之间设有一多孔扩散器。
进一步,所述混合器和所述扩散器之间设有一压力测量单元,该压力测量单元同所述***控制装置相连接。
进一步,所述尿素罐设有至少一测量单元同所述***控制装置相连接。
进一步,所述测量单元还包括压力测量单元、和/或温度测量单元、和/或流量测量单元。
进一步,所述喷射装置还包括一三通阀和一第三管道,所述第二管道通过三通阀连通所述尿素泵和喷枪,该第三管道连通该三通阀和所述空气压缩机。
进一步,所述喷射装置、所述空气压缩机同所述***控制装置相连接以获取***控制装置输出对所述喷射装置、所述空气压缩机的开关控制信息。
一种基于前述非车用重型柴油机SCR装置的尾气净化方法,包括以下步骤:
步骤1:***控制装置通过NOX测量单元所获取数据同预设阈值比对;
步骤2:当NOX测量单元所获取数据大于预设值,则***控制装置通过向尿素泵发出增大尿素溶液输出量的信息,以增大尿素溶液输出;
步骤3:所述尿素溶液通过喷射装置同空气压缩机输出的压缩空气在喷枪内混合进入反应器,并进一步同输入的尾气相混合雾化;
步骤4:混合雾化后的尿素溶液及尾气通过催化剂并发生反应,净化后的混合气体在反应器后端出口输出。
进一步,所述***控制装置同所述喷射装置、所述空气压缩机信号控制端相连接,所述反应器内喷枪同催化剂之间依次设有混合器和扩散器,所述混合器和所述扩散器之间设有一压力测量单元,该压力测量单元同所述***控制装置相连接,所述测量单元还包括一压力测量单元,则通过前述两个压力测量单元,***控制装置获取尾气混合气体净化前后的压差以同预设阈值相比较,以向所述喷射装置、所述空气压缩机信号控制端输出控制信息,以达到预期值。
进一步,尿素罐设有一测量单元同所述***控制装置相连接以提供尿素液面信息,当该液面信息低于预设的阈值时,***控制装置输出报警信息;以提供尿素罐的温度信息,当该尿素溶液温度低于预设的阈值时,***控制装置输出加温信息,对尿素溶液进行加热。
进一步,所述喷射装置内设有一三通阀,还包括一三通阀和一第三管道,所述第二管道通过三通阀连通所述尿素泵和喷枪,该第三管道连通该三通阀和所述空气压缩机,该***控制装置可通过该三通阀关闭第二管道,开启第三管道,来连通空气压缩机喷射压缩空气以清理尿素水溶液管道及喷枪。
本发明有益效果在于:
本发明通过设置喷射装置和空气压缩装置,较好地解决了尿素水溶液喷射量大时,其与尾气混合均匀问题
本发明进一步通过在催化剂和待处理尾气间设置了混合器较好地解决了尿素水溶液喷射量大时,其与尾气混合均匀问题。
本发明通过在催化剂和待处理尾气间设置了扩散器较好地解决了混合气体均匀地扩散到各催化剂模块,有利于提高了NOX转化率及降低NH3 逃逸量。
本发明在喷射装置中配备了三通电磁阀,当尿素水溶液喷射结束,三通电磁阀的空气连接端打开,压缩空气进入管路,清除管路及喷枪中残余的尿素水溶液,有效解决了尿素水溶液结晶堵塞管路及喷枪问题。
本发明采用闭环控制,通过PID算法调整尿素水溶喷射量,较好地提高了NOX转化率及降低NH3逃逸量。
附图说明
图1为本发明较佳实施例***装置图。
符号说明:
1-反应器、2-混合器、3-喷枪、4-导流栅、5-混合管、6-空气压缩机机、7-喷射装置、8-尿素泵、9-尿素罐、10-***控制装置、11-压力测量单元、12-压力测量单元、13-温度测量单元、14-NOX测量单元、15-催化剂、16-扩散器。
具体实施方式
请参见图1所示,为本发明较佳实施例***装置图,包括反应器1,反应器1自尾气入口至尾气出口依次设置有导流栅4、混合器2、扩散器16及催化剂15,导流栅4、混合器2之间为导入尾气和尿素溶液进行混合的所在空间混合管5,其中导流栅4为一多孔网状栅格结构,混合器2为一叶片交错层叠结构的装置,也可以通过一叶轮替代,以利于产生涡流,使混合气体混合较均匀,扩散器16为一密布通孔的钢板,催化剂15选取蜂窝式催化剂叠放。催化剂15下游反应器1尾气出口末端设有压力测量单元12、温度测量单元13和NOX测量单元14,前述三个测量单元同***控制装置10相连接以提供净化后尾气混合气体的各参数值,扩散器16同催化剂15间设有压力测量单元11同***控制装置10以提供尾气、尿素溶液雾化混合后的压力值,以同前述压力测量单元12所获取的净化后尾气混合气体的压力值相比较,获得净化前后气体压力差。***控制装置10进一步同尿素泵8相连接以控制与之相连接的尿素罐9的尿素溶液输出量,尿素罐9内设置有温度测量单元、压力测量单元、 流量测量单元等同***控制装置10相连接,以提供尿素罐9中的温度及液面高度等相关参数。该装置还包括一喷射装置7,该喷射装置7上游分别同尿素泵8输出口相连接以获取待混合的尿素溶液,下游则同喷枪3相连接。该喷射装置7包括至少两个管道和一空气压缩机6:第一管道和第二管道,第一管道两端分别连接空气压缩机6的出口和喷枪3的入口,第二管道两端分别连接尿素泵8出口和喷枪3的入口,以将尿素溶液和压缩空气分别导入所连接的喷枪3,其中,还可进一步设置一个三通电磁阀及第三管道(图中未示),该三通电磁阀设置于第二管道上,三通电磁阀的第一输入口同尿素泵8输出口连通,一输出口同喷枪3连通,该三通电磁阀的第二输入口同空气压缩机6的输出口通过第三管道连通,以便可单独连通空气压缩机6以便清理管道。在此基础上,第一管道和第三管道上均设置有一单向阀,以防止回流入空气压缩机。同时,该装置辅以两个压力传感器及一个流量传感器以监控管道内空气及尿素水溶液的压力,当所测管道的空气压力和尿素水溶液的压力低于设定阈值时,表明设备出现故障,此时控制***会报警,并提示可能的故障原因。流量传感器测量管道中尿素水溶液的实际流量,控制***比对实际流量和尿素泵的指令流量,用来检测管道是否有泄露,当实际测量值小于尿素泵的指令流量,***发出故障报警信号。该喷枪3为双流体喷枪,一喷枪前管喷入尿素水溶液,一喷枪前管喷入压缩空气,尿素水溶液同压缩空气在喷枪3中混合,而喷枪3前端设置于混合管5内以将混合后的气体导入反应器1。前述***控制装置10也同时同喷射装置7、空气压缩机6相连接以控制喷射装置的开合或导流情况。若运行过程中,上述某一工况(如监测到的控尿素泵8、喷射装置7、空气压缩机6及尿素罐9各压力、温度、流量等检测值)异常,则***控制装置10发出警告,尿素泵8则停止泵出尿素水溶液,喷射装置的三通阀关闭第二管道,开启第三管道,使喷枪3直接连接到空气压缩机6的输出端,使压缩空气清理尿素水溶液管道及喷枪。待警告手动解除后,才继续开启相关装置。上述装置形成一封闭回路,可以及时根据净化后尾气输出量的NOX含量 等参数变化对反应参数进行调节,以达到所需效果,提高装置整体效率。
基于以上装置的非车用重型柴油机SCR装置的尾气处理方法,具体如下:
SCR控制***上电后监控柴油机启动及载荷信号,同时监控尿素罐9内液面高度及温度,若罐内液面高度低于设定值则发出报警信号,若罐内温度低于设定值,控制***打开尿素罐9上的电磁阀(图中未示),使柴油机内的高温冷却液回流到尿素罐内的管道,实现对尿素罐内的尿素水溶液加热,加热达到设定的温度时控制***关闭电磁阀停止加热。
柴油机运转时,***控制装置10通过压力测量单元11、压力测量单元12、温度测量单元13和NOX测量单元14所获取的净化前后气体的压力差、净化后气体的温度NOX含量信息进行判断:若温度及压差满足预设的阈值,且尿素泵8、空压机6、喷射装置7工作正常,***控制装置10根据NOX测量单元的测量值,发信号给尿素泵装置8,尿素泵装置8根据接收到的信号泵出一定量的尿素水溶液。尿素水溶液经喷射装置7、喷枪3后在压缩空气作用下雾化、蒸发、热解、水解,并与机组输出的尾气混合,在混合器2的作用下进一步混合均匀,经过扩散器16,使混合气体能较均匀地扩散到各个催化剂15的表面,在催化剂的作用下生成氮气和水。
同时,***控制装置10持续比较NOX测量值和设定值,若NOX测量值大于设定值,***控制装置10调整发给尿素泵9的信号,尿素泵9根据接收到的信号增大泵出的尿素水溶液的量,通过不断调整尿素水溶液的喷射量,使反应后混合气体中NOX含量达到设计要求。
当柴油机停止运转,***控制装置10发信号给尿素泵装置8及喷射装置7,停止喷射尿素水溶液,喷射装置7的三通阀断电,则关闭第二管道,开启第三管道,使喷枪3直接连接到空气压缩机6的输出端,使其连接到空气压缩机5,压缩空气喷射清理尿素水溶液管道及喷枪3,防止尿素水溶液结晶堵塞管路。
以上所述仅为举例性,而非为限制性者。任何未脱离本发明之精神与范畴,而对其进行的等效修改或变更,均应包含于后附之权利要求中。
Claims (12)
1.一种非车用重型柴油机SCR装置,包括一内设置有催化剂的反应器,反应器内催化剂的后端出口处设有测量单元同***控制装置相连接,***控制装置通过尿素溶液控制装置同喷枪连接,喷枪出口端设置于反应器内催化剂的前端,所述测量单元包括至少一NOX测量单元,其特征在于,所述尿素溶液控制装置包括一尿素泵及与之连接的尿素罐、一同所述尿素泵连接的喷射装置,所述喷射装置包括至少两个管道和一空气压缩机,第一管道连通所述空气压缩机和喷枪,第二管道连通所述尿素泵和喷枪,所述***控制装置同所述尿素泵信号控制端相连接以输出尿素溶液输出信号。
2.如权利要求1所述的非车用重型柴油机SCR装置,其特征在于,所述喷枪和所述催化剂之间设有一涡流混合器。
3.如权利要求2所述的非车用重型柴油机SCR装置,其特征在于,所述涡流混合器和所述催化剂之间设有一多孔扩散器。
4.如权利要求3所述的非车用重型柴油机SCR装置,其特征在于,所述混合器和所述扩散器之间设有一压力测量单元,该压力测量单元同所述***控制装置相连接。
5.如权利要求1所述的非车用重型柴油机SCR装置,其特征在于,所述尿素罐设有至少一测量单元同所述***控制装置相连接。
6.如权利要求1或5所述的非车用重型柴油机SCR装置,其特征在于,所述测量单元还包括压力测量单元、和/或温度测量单元、和/或流量测量单元。
7.如权利要求1所述的非车用重型柴油机SCR装置,其特征在于,所述喷射装置还包括一三通阀和一第三管道,所述第二管道通过三通阀连通所述尿素泵和喷枪,该第三管道连通该三通阀和所述空气压缩机。
8.如权利要求1或6所述的非车用重型柴油机SCR装置,其特征在于,所述喷射装置、所述空气压缩机同所述***控制装置相连接以获取***控制装置输出对所述喷射装置、所述空气压缩机的开关控制信息。
9.一种基于权利要求1所述非车用重型柴油机SCR装置的尾气净化方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:***控制装置通过NOX测量单元所获取数据同预设阈值比对;
步骤2:当NOX测量单元所获取数据大于预设值,则***控制装置通过向尿素泵发出增大尿素溶液输出量的信息,以增大尿素溶液输出;
步骤3:所述尿素溶液通过喷射装置同空气压缩机输出的压缩空气在喷枪内混合进入反应器,并进一步同输入的尾气相混合雾化;
步骤4:混合雾化后的尿素溶液及尾气通过催化剂并发生反应,净化后的混合气体在反应器后端出口输出。
10.如权利要求9所述的尾气净化方法,其特征在于,所述***控制装置同所述喷射装置、所述空气压缩机信号控制端相连接,所述反应器内喷枪同催化剂之间依次设有混合器和扩散器,所述混合器和所述扩散器之间设有一压力测量单元,该压力测量单元同所述***控制装置相连接,所述测量单元还包括一压力测量单元,则通过前述两个压力测量单元,***控制装置获取尾气混合气体净化前后的压差以同预设阈值相比较,以向所述喷射装置、所述空气压缩机信号控制端输出控制信息,以达到预期值。
11.如权利要求9所述的尾气净化方法,其特征在于,尿素罐设有一测量单元同所述***控制装置相连接以提供尿素液面信息,当该液面信息低于预设的阈值时,***控制装置输出报警信息;以提供尿素罐的温度信息,当该尿素溶液温度低于预设的阈值时,***控制装置输出加温信息,对尿素溶液进行加热。
12.如权利要求9所述的尾气净化方法,其特征在于,所述喷射装置内设有一三通阀,还包括一三通阀和一第三管道,所述第二管道通过三通阀连通所述尿素泵和喷枪,该第三管道连通该三通阀和所述空气压缩机,该***控制装置可通过该三通阀关闭第二道,开启第三管道,来连通空气压缩机喷射压缩空气以清理尿素水溶液管道及喷枪。
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