CN103912348A - 一种电加热的碳酸氢铵干法制氨及计量喷射系统 - Google Patents

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Abstract

一种电加热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（1）、氨气反生器（2）、控制单元（3）、电加热器（4）、氨气发生器压力、温度传感器（5）、加料口（6）、流量控制阀（7）、氨气喷嘴（8）、输氨管（9）、电加热继电器（10）。其特征在于碳酸氢氨固体在氨气发生器中被电加热分解释放氨气，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，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

一种电加热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。特别涉及一种电加热的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NOX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，提供一种电加热的碳酸氢铵干法制氨及计量喷射系统。
为实现上述目的，通过电加热使碳酸氢铵固体分解出氨气，水蒸气，二氧化碳混合气，依靠控制单元和一组气体流量控制阀，实现氨的计量输送并方便的导入SCR后处理系统，实现对NOx的祛除；该系统省却了传统的液体SCR 系统的液体尿素还原剂的输送泵、保温管路、过滤器、液位计和尿素喷嘴等部件，简化系统，提高可靠性，此外，也大幅度的降低成本。
本发明的技术方案是这样实现的: 电加热的碳酸氢铵干法制氨及计量喷射系统，由SCR后处理器、氨气反生器、控制器、电加热器、氨气发生器压力温度传感器、加料口、流量控制阀、氨气喷嘴、输氨管、电加热继电器组成，其特征在于: 氨气发生器既是碳酸氢铵固体的储存容器，也是碳酸氢铵的分解反应的反应器，填充量为氨气发生器体积的40%，氨气发生器上设置有电加热器、压力，温度传感器、加料口。压力，温度传感器的感应端位于氨气发生器内部但不接触碳酸氢铵固体，氨气发生器上有备用管阀，与排气管连接的输氨管路上有流量控制阀，输氨管末端的氨气喷嘴安装在发动机的排气管上，发动机排气管上有SCR 后处理器，SCR后处理器排气口端连接尾气排气管，尾气进气管上有尾气管温度传感器、NOX 传感器，尾气管温度传感器与NOx传感器的感应端位于尾气进气管管内，车载电源通过电源线连接电加热器，电加热器位于氨气发生器内部的碳酸氢铵固体材料中，蓄电池的正极端线路上有电加热继电器；氨气发生器压力、温度传感器，尾气管温度传感器，NOx传感器通过信号线连接控制单元的信号接收端，控制单元的控制端通过电源信号线连接流量控制阀、电加热继电器。
所述输氨管与发动机排气管平行布置以利用排气管伴热，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。
所述流量控制阀可为气体或蒸汽比例阀，节流阀，气体喷嘴。该流量控制阀是可精确控制混合气的流量控制装置。
所述还原剂可为碳酸氢铵，也可用碳酸氢铵的复盐或碳酸氢铵与碳酸氢铵的复盐的混合还原剂代替。
所述一种碳酸氢铵干法制氨及计量喷射系统的工作步骤为：将碳酸氢氨固体加入氨气发生器，在氨气发生器中利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，采用碳酸氢铵作为还原剂，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是所述一种电加热的碳酸氢铵干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：氨气发生器压力、温度传感器，6：加料口，7：流量控制阀，8：氨气喷嘴，9：输氨管，10：电加热继电器。
具体实施方式
本发明提供了一种电加热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，一种电加热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：氨气发生器压力，温度传感器，6：加料口，7：流量控制阀，8：氨气喷嘴，9：输氨管，10：电加热继电器。
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电加热分解产生氨气，二氧化碳，水蒸气混合气；氨气发生器2上设置有氨气发生器压力、温度传感器5，所述的氨气发生器压力、温度传感器5与控制单元3或车载ECU电连接，氨气发生器压力、温度传感器5将氨气反发生器2的温度与压力等参数都反馈给控制单元3或车载ECU。氨气发生器2可利用电加热器4加热，电加热器4由电加热继电器10控制加热与否，电加热继电器10由控制单元3或车载ECU控制。其目的是为氨气发生器2中的碳酸氢铵反应提供热量。氨气发生器2通过输氨管9与氨气喷嘴8相连接，所述的输氨管9上设置流量控制阀7；所述的流量控制阀7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7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7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8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NOX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，该电加热的碳酸氢铵干法制氨及计量喷射系统将启动，控制单元3通过氨气发生器温度、压力传感器5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7的工作压力最小值时，控制单元3发送指令加热氨气发生器2，使氨气发生器2内的一部分碳酸氢铵分解并提高氨气发生的压力，当氨气发生器2的工作压力达到流量控制阀7的工作压力最大值时，暂停向氨气发生器2加热；此处的流量控制阀7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7能实现正确计量功能，流量控制阀7工作压力的最大值和最小值由其设计决定。二、碳酸氢铵固体分解：碳酸氢铵固体在氨气发生器2内在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7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7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9输送到氨气喷嘴8，然后将氨气与水蒸气的混合气喷入排气管内，流量控制阀7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NOX排放还原为氮气，达到降低排气内NOX的效果；四、重新加注碳酸氢铵固体：当系统检测到氨气发生器内碳酸氢铵固体较少时，可通过加料口6重新加入一定量的碳酸氢铵固体，碳酸氢铵固体可通过固体投入氨气发生器，也可以以气态充入氨气发生器；或者通过更换新的氨气发生器的方式使系统有合适量的碳酸氢铵，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 (5)

1.一种电加热的碳酸氢铵干法制氨及计量喷射系统，包括：SCR后处理器（1）、氨气反生器（2）、控制单元（3）、电加热器（4）、氨气发生器压力，温度传感器（5）、加料口（6）、流量控制阀（7）、氨气喷嘴（8）、输氨管（9）、电加热继电器（10），其特征在于：其特征在于氨气发生器既是碳酸氢铵固体的储存容器，也是碳酸氢铵的分解反应的反应器，氨气发生器上设置有电加热器（4）、压力，温度传感器（5）、加料口（6），碳酸氢氨固体在氨气发生器中被电加热分解释放氨气，水蒸气，二氧化碳混合气，氨气发生器（2）通过输氨管（9）与氨气喷嘴（8）相连接，所述的输氨管（9）上设置流量控制阀（7），混合气通过流量控制阀（7）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，所述的氨气发生器压力、温度传感器（5）、和流量控制阀（7）、电加热继电器（10）分别与控制单元（3）或车载ECU电连接，控制单元（3）或车载ECU控制整个系统的运行。
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：所述碳酸氢铵分解反应所需热量可采由电加热，加热方式可以是电阻加热，微波加热和红外加热。
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：所述输氨管与发动机排气管平行布置以利用排气管伴热，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。
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：所述流量控制阀可为气体或蒸汽比例阀，节流阀，气体喷嘴，该流量控制阀是可精确控制混合气的流量控制装置。
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：所述还原剂可为碳酸氢铵，也可用碳酸氢铵的复盐或碳酸氢铵与碳酸氢铵的复盐的混合还原剂代替。
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20140709