CN105545436A - 一种用于提高scr***转化效率的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于提高SCR***转化效率的试验装置，包括热风供给***，配气***，预处理旁通***，尿素喷射***和检测***，其特征在于所述热风供给***和配气***模拟真实发动机的排气条件，所述预处理旁通***能在350℃以下时有效提高NO₂比重，所述尿素喷射***喷射定量尿素溶液，并采用可视化装置，所述检测***检测采样点处目标气体浓度。本发明结构简单，造价低廉且易于安装，利用预处理旁通装置实现排气温度350℃以下时排气中NO/NO₂≈1，提高NO_X的转化效率，特别是低温转化效率，降低NH₃的泄漏，同时对尿素喷射进行可视化研究，优化尿素喷嘴。

Description

一种用于提高SCR***转化效率的试验装置

技术领域

本发明设计一种用于提高SCR***转化效率的试验装置。

背景技术

柴油机以其燃油经济性、动力性、可靠性和CO₂排放少备受人们的亲睐，但柴油机存在一个很大的问题就是排放问题，它带来大量的NO_X和PM排放造成严重的环境污染。随着排放法规的日益严格，机内净化技术已无法满足排放要求，必须增设排气后处理***。目前认为柴油机Urea-SCR技术路线是实现未来排放法规的最有前景的一项技术。车用柴油机运行工况多变，且SCR***布置空间有限，目前车用SCR***存在有低温转化效率低，排气***尿素沉积等问题。而柴油机尾气中NO₂比重的提高可以满足SCR快速反应的条件从而有利于提高转化效率，特别是低温转化效率，还可以降低还原剂的泄漏。

发明内容

本发明专利为一种用于提高SCR***转化效率的试验装置，其目的是利用预处理旁通装置有效提高NO₂的比重，使其NO/NO₂1，提高NO_X转化效率，特别是低温转化效率，还可以有效降低NH₃泄露。但当温度超过350℃时，快速SCR反应的速率与标准SCR反应相差无几。因此若SCR处的排气温度在350℃以上，排气中NO₂的比例对SCR反应速率影响甚微，考虑到节能环保的要求，本装置将针对排气温度350℃以下时提高NO₂的比重，同时对尿素喷射进行可视化研究，优化尿素喷嘴。

为实现以上目的，本发明专利采用的技术方案是：

一种用于提高SCR***转化效率的试验装置，包括热风供给***，配气***，预处理旁通***，尿素喷射***和检测***，所述热风供给***和配气***并联，然后与预处理旁通***连接，所述预处理旁通***、尿素喷射***和检测***依次连接；

根据本发明，所述的热风供给***主要包括了液化天然气瓶、燃烧器、鼓风机和热风炉。液化天然气瓶与燃烧器连接，燃烧器置于热风炉内，热风炉外接鼓风机，热风炉为管路内提供炽热气体；所述液化天然气瓶与燃烧器之间设有减压阀；首先液化天然气瓶配备有气体阀来控制天然气通闭。接着将天然气瓶通过气管接入带有燃烧器的热风炉，使天然气能在其中燃烧。最后在热风炉的两侧分别安装鼓风机和气体管道，通过鼓风机将天然气燃烧后产生的炽热气体传输到气体管道从而为后续实验做准备。传输的气体参数分别由温度传感器，压力表以及流量计控制。该***主要模拟了真实发动机的排气工况。

根据本发明，所述的配气***主要包括NO瓶、NO₂瓶和配气装置。所述NO瓶、NO₂瓶均与配气装置连接，经配气装置处理气体与热风炉提供的炽热气体混合；所述NO瓶与配气装置之间设有流量计Ⅱ，所述NO₂瓶与配气装置之间设有流量计Ⅲ。

NO瓶和NO₂瓶都配备有可控制气体通闭的阀门，将两种气体的气管分别连接到各自的流量计Ⅱ、流量计Ⅲ上，通过其控制控制NO和NO₂流量大小，最后将两路气体一起连接进配气装置中进行配气。整个配气过程中利用控制单元控制阀门开度，并在***管道末端安装阀门Ⅰ和单向阀以达到整个***的开闭以及防止回流的目的。配气***的作用是模拟出真实发动机的尾气条件。

根据本发明，所述的预处理旁通装置包括旁通阀Ⅰ、旁通阀Ⅱ、预氧化催化器、控制单元以及NO传感器Ⅰ、NO₂传感器Ⅰ和温度传感器Ⅱ。热风供给***和配气***的混合气体进入预处理旁通***的主管路，主管路上依次设有流量计Ⅳ、旁通阀Ⅰ，流量计Ⅴ；所述预处理旁通***还设有分支管路，所述分支管路的两端均与主管路相连通，分支管路的入口设于流量计Ⅳ和旁通阀Ⅰ之间，分支管路的出口设于流量计Ⅴ之后；分支管路上依次设有温度传感器Ⅱ、旁通阀Ⅱ、预氧化催化器；在分支管路后方的主管路上设有NO传感器Ⅰ和NO₂传感器Ⅰ；该***中旁通阀门开关，温度传感器Ⅱ，NO传感器Ⅰ,NO₂传感器Ⅰ都与控制单元相连接，当排气温度350℃以下时利用控制单元接收NO传感器Ⅰ和NO₂传感器Ⅰ的信号，控制两路管道旁通阀Ⅰ、旁通阀Ⅱ的开度大小使SCR催化器入口处气体中NO/NO₂1，当排气温度超过350℃时关闭预氧化催化器前的旁通阀Ⅱ24开关。该旁通装置主要作用为控制反应气体中NO和NO₂的比例，使其符合SCR快速反应的条件。

根据本发明，所述的尿素喷射***主要包括尿素罐、尿素泵、喷嘴和可视化石英管。通过预处理旁通装置处理后的气体通过气体管道接入可视化的石英管。预处理旁通***的主管路与可视化石英管连接，所述可视化石英管内安装有喷嘴，喷嘴外接尿素泵的出口，所述尿素泵的进口与尿素罐连接；尿素水溶液经尿素罐，尿素泵通过喷嘴喷入石英管中与气体混合。该***选用可视化装置便于观察尿素雾化效果，以此优化尿素喷嘴，减少避免结晶的生成，达到提高NO_X转化效率的目的。

根据本发明，所述的检测***包括NH₃传感器Ⅰ、NH₃传感器Ⅱ、NO传感器Ⅱ和NO₂传感器Ⅱ、SCR催化器以及气体回收罐。可视化石英管与SCR催化器连接，SCR催化器后接有气体回收罐；可视化石英管与SCR催化器之间设有NH₃传感器Ⅰ，所述SCR催化器与气体回收罐之间设有NH₃传感器Ⅱ，NO传感器Ⅱ，NO₂传感器Ⅱ；

模拟的尾气与尿素溶液混合后通入气体发生反应的主要场所—SCR催化器，在催化器前端安装的NH3传感器Ⅰ，和催化器后端安装的NH₃传感器Ⅱ、NO传感器Ⅱ、NO₂传感器Ⅱ检测出NO_x转化效率以及参与反应的NH₃量。在该***的最后安装尾气回收罐将反应后的产物回收，避免污染大气。

所述阀门Ⅰ，流量计Ⅳ，温度传感器Ⅱ，旁通阀Ⅰ，旁通阀Ⅱ，NO传感器Ⅰ，NO₂传感器Ⅰ，NH₃传感器Ⅰ，NH₃传感器Ⅱ，NO传感器Ⅱ，NO₂传感器Ⅱ均与控制***电性连接。

所述热风炉后方管路上设有温度传感器，流量计Ⅰ，压力表。

根据本发明，所述的传感器采集的数据传递给控制单元，利用控制单元对传感器采集的数据进行分析，计算SCR***的转化效率，流量计、压力表和温度计可以测量管路中气体的流量、压力和温度，获得气体的特性参数，便于控制，这样试验可以在不同流量、不同压力和不同温度下测量NO_X的转化效率。

考虑到尿素水溶液的腐蚀性，高温时容易侵蚀低碳钢部件，本发明采用304以上不锈钢制作。

本发明的有益效果：

一种用于提高SCR***转化效率的试验装置结构简单、造价低廉且易于安装，可以测量不同废气流量、压力和温度下的NO_X转化效率，具有测量范围广泛的特点。

附图说明：

图1为本发明SCR***试验装置示意图；

附图标记说明：

1.热风供给***，2.配气***，3.预处理旁通***，4.尿素喷射***，5.检测***，6.液化天然气瓶，7.减压阀，8.鼓风机，9.热风炉，10.燃烧器，11.温度传感器Ⅰ，12.流量计Ⅰ，13.压力表，14.NO瓶，15.流量计Ⅱ，16.NO₂瓶，17.流量计Ⅲ，18.配气装置，19.阀门Ⅰ，20.单向阀，21.流量计Ⅳ，22.温度传感器Ⅱ，23.旁通阀Ⅰ，24.旁通阀Ⅱ，25.流量计Ⅴ，26.预氧化催化器，27.控制单元，28.NO传感器Ⅰ，29.NO₂传感器Ⅰ，30.尿素罐，31.尿素泵，32.喷嘴，33.可视化石英管，34.NH₃传感器Ⅰ，35.SCR催化器，36.NH₃传感器Ⅱ，37.NO传感器Ⅱ，38.NO₂传感器Ⅱ，39.气体回收罐。

具体实施方案

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

一种用于提高SCR***转化效率的试验装置，包括热风供给***、配气***、预氧化旁通装置、尿素喷射***和检测***，所述五大***依次连接。其工作原理如下：

运行热风供给***1，打开鼓风机8和热风炉9，将鼓入的空气与燃烧产生的气体混合，得到尾气的重要组成成分之一——热空气，热风炉可以根据实际发动机运行工况调节热空气的流量、温度和压力，同时配气***将NO与NO₂按照实际发动机中的比例在配气装置18中提前混合好。

控制单元27根据实际发动机运行工况中NO_X所占比重控制阀门Ⅰ19开度，单向阀20避免了气体回流，配气***2中混合后的NO_X气体与上述得到的一定条件的热空气混合，从而得到所需要的尾气，并且将对应工况的NO_X浓度作为初始浓度。

将模拟出的尾气送入预处理旁通***3，将该气体分为两部分，一部分气体通过预氧化催化器26，通过该装置时气体中的NO会被氧化成NO₂，另一部分气体不通过预氧化催化器，最后再将两部分气体再进行混合，通过控制单元控制旁通Ⅰ23、旁通阀Ⅱ24的开度来保证混合气体中的NO与NO₂含量的比值为1，当温度传感器Ⅱ22感应到排气温度超过350℃时预氧化催化器前的旁通阀24则保持关闭。

将上述得到的气体送入尿素喷射***4，与喷嘴32喷出的尿素溶液充分混合后进入SCR催化器35，在内部发生催化反应，将NO_X转化为N₂和水。同时可以通过喷射***中的可视化石英管33观察喷嘴处尿素雾化效果，便于优化尿素喷嘴，避免尿素结晶，提高转化效率。

反应后的尾气最后进入检测***5，通过NH₃传感器Ⅱ36，NO传感器Ⅱ37，NO₂传感器Ⅱ38得到处理过的尾气中污染物的最终浓度，反应后的产物回收到气体回收罐39中，避免污染大气。

对比第2步的得到的初始浓度及第5步得到的最终浓度，即可得到该***的转化效率。

考虑到尿素水溶液的腐蚀性，高温时容易侵蚀低碳钢部件，本发明采用304以上不锈钢制作。

上述结合附图对本发明进行了示例性的描述，但本发明的具体实现并不受上述方式的限制。采用本发明的技术方案，可以调高NO₂在NO_X中的比重，提高NO_X转化效率，降低NH₃泄露，同时采用可视化装置观察尿素雾化效果，便于优化尿素喷嘴，减少避免结晶的生成。

Claims (3)

1.一种用于提高SCR***转化效率的试验装置，其特征在于，包括热风供给***（1），配气***（2），预处理旁通***（3），尿素喷射***（4）和检测***（5），所述热风供给***（1）和配气***（2）并联，然后与预处理旁通***（3）连接，所述预处理旁通***（3）、尿素喷射***（4）和检测***（5）依次连接；

所述的热风供给***（1）主要包括液化天然气瓶（6）、燃烧器（10）、鼓风机（8）和热风炉（9）；液化天然气瓶（6）与燃烧器（10）连接，燃烧器（10）置于热风炉（9）内，热风炉（9）外接鼓风机（8），热风炉（9）为管路内提供炽热气体；所述液化天然气瓶（6）与燃烧器（10）之间设有减压阀（7）；

所述配气***（2）包括NO瓶（14）、NO₂瓶（16）和配气装置（18）；所述NO瓶（14）、NO₂瓶（16）均与配气装置（18）连接，经配气装置（18）处理气体与热风炉（9）提供的炽热气体混合；所述配气装置（18）的后方管路上设有阀门Ⅰ（19），单向阀（20）；

所述的预处理旁通装置（3）包括温度传感器Ⅱ（22）、旁通阀Ⅱ（24）、预氧化催化器（26）、控制单元（27）以及NO传感器（28）和NO₂传感器（29）；热风供给***（1）和配气***（2）的混合气体进入预处理旁通***（3）的主管路，主管路上依次设有流量计Ⅳ（21）、旁通阀Ⅰ（23），流量计Ⅴ（25）；所述预处理旁通***（3）还设有分支管路，所述分支管路的两端均与主管路相连通，分支管路的入口设于流量计Ⅳ（21）和旁通阀Ⅰ（23）之间，分支管路的出口设于流量计Ⅴ（25）之后；分支管路上依次设有温度传感器Ⅱ（22）、旁通阀Ⅱ（24）、预氧化催化器（26）；在分支管路后方的主管路上设有NO传感器Ⅰ（28）和NO₂传感器Ⅰ（29）；

所述的尿素喷射***主要包括尿素罐（30）、尿素泵（31）、喷嘴（32）和可视化石英管（33）；预处理旁通***（3）的主管路与可视化石英管（33）连接，所述可视化石英管（33）内安装有喷嘴（32），喷嘴（32）外接尿素泵（31）的出口，所述尿素泵（31）的进口与尿素罐（30）连接；

所述的检测***（5）包括NH₃传感器Ⅰ（34）、NH₃传感器Ⅱ（36）、NO传感器Ⅱ（37）和NO₂传感器Ⅱ（38）、SCR催化器（35）以及气体回收罐（39）；可视化石英管（33）与SCR催化器（35）连接，SCR催化器（35）后接有气体回收罐（39）；

可视化石英管（33）与SCR催化器（35）之间设有NH₃传感器Ⅰ（34），所述SCR催化器（35）与气体回收罐（39）之间设有NH₃传感器Ⅱ（36），NO传感器Ⅱ（37），NO₂传感器Ⅱ（38）；

所述阀门Ⅰ（19），流量计Ⅳ（21），温度传感器Ⅱ（22），旁通阀Ⅰ（23），旁通阀Ⅱ（24），NO传感器Ⅰ（28），NO₂传感器Ⅰ（29），NH₃传感器Ⅰ（34），NH₃传感器Ⅱ（36），NO传感器Ⅱ（37），NO₂传感器Ⅱ（38）均与控制***（27）电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于提高SCR***转化效率的试验装置，其特征在于，所述热风炉（9）后方管路上设有温度传感器（11），流量计Ⅰ（12），压力表（13）。

3.根据权利要求1所述的一种用于提高SCR***转化效率的试验装置，其特征在于，所述NO瓶（14）与配气装置（18）之间设有流量计Ⅱ（15），所述NO₂瓶（16）与配气装置（18）之间设有流量计Ⅲ（17）。