CN108757118A - 一种柴油机后处理装置及其scr前排气温度控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种柴油机后处理装置及其SCR前排气温度控制系统，属于内燃机后处理技术领域。本发明所提供的一种SCR前排气温度控制系统，包括用于连接DPF和SCR的降温通道，所述降温通道上开设有喷水孔，所述喷水孔上安装有喷水器。本发明通过降温通道连接DPF和SCR，利用喷水器对DPF再生后的排气温度进行降温，由于喷水器能够方便控制水量，因此易通过控制喷水量实现精确降温，而且喷出的水能充分高效地与排气接触，降温效果好。
Description
技术领域
本发明涉及一种柴油机后处理装置及其SCR前排气温度控制系统，属于内燃机后处理技术领域。
背景技术
随着排放法规的要求越发严格，柴油机的后处理装置应用越发广泛，柴油机的后处理装置包括DOC(氧化型催化转化器)、DPF(颗粒捕捉器)、SCR(选择性催化还原技术)等，这些依次串联在柴油机排气系统中。其中，DPF用于减少发动机颗粒(PM)排放。在DPF使用一段时间之后，颗粒附着于DPF表面，影响排气流通性，增加油耗，使柴油机经济性变差，此时需要通过DPF再生技术去除堆积于其上的PM。一般的DPF主动再生技术均为热再生技术，即采用燃油后喷或通过燃烧器喷油燃烧，提高排气温度达到PM着火点，从而烧掉附着在DPF表面的PM。
DPF再生后的排气温度可能会升高至800℃以上，从而影响其后安装的SCR催化剂的工作。成本低、应用广泛的钒基催化剂的工作温度小于550℃，经过DPF再生后的排气温度远高于钒基催化剂的正常反应温度，高温会导致钒基催化剂中钒的挥发、失效，还会对环境造成不良影响。
公告号为CN 207485508 U，发明名称为“一种柴油机尾气净化器”的专利文件，公开了一种通过在颗粒捕集器后连接降温水室，对颗粒捕集器再生时排出的尾气进行降温的技术方案。如图1所示，柴油机尾气从进气管①进入，依次经过颗粒过滤室②、颗粒再生室③、颗粒捕集器④、降温水室⑤、尾气净化室⑥，最终从排气管⑦排出；其中，颗粒捕集器④负责吸附尾气中的颗粒，当吸附的颗粒堆积过多时，在颗粒再生室③中对尾气进行加热，颗粒捕集器④上的颗粒遇热分解变成小颗粒排出，接着利用降温水室对再生时获得加热的尾气降温。当降温水室⑤中的水过少或很脏时，可以打开阀门使降温水室⑤中的水从排水管⑩排出，然后关闭阀门打开阀门⑨，使干净的水从进水管⑧进入降温水室⑤。该方案虽然能够降低颗粒捕集器再生时的排气温度，但由于降温过程中，降温水室中的水温是变化的，因此降温时的控制不方便，对将排气温度降到何种程度难以实现精确控制，且降温水室体积大，安装不便。
发明内容
本发明的目的是提供一种柴油机后处理装置及其SCR前排气温度控制系统，用以解决目前DPF再生后的排气温度过高的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种柴油机后处理装置及其SCR前排气温度控制系统，包括：
本发明提供了一种SCR前排气温度控制系统，包括用于连接DPF和SCR的降温通道，所述降温通道上开设有喷水孔，所述喷水孔上安装有喷水器。
本发明还提供了一种柴油机后处理装置，包括依次连接的DOC、DPF和SCR，还包括SCR前排气温度控制系统，所述SCR前排气温度控制系统包括用于连接DPF和SCR的降温通道，所述降温通道上开设有喷水孔，所述喷水孔上安装有喷水器。
本发明SCR前排气温度控制系统和柴油机后处理装置的有益效果是：通过降温通道连接DPF和SCR，利用喷水器对DPF再生后的排气温度进行降温，由于喷水器能够方便控制水量，因此易通过控制喷水量实现精确降温，而且喷出的水能充分高效地与排气接触，降温效果好。
作为对上述SCR前排气温度控制系统和柴油机后处理装置的一种改进，所述降温通道为DPF与SCR之间的连接管道。
为提高降温效率，作为对上述SCR前排气温度控制系统和柴油机后处理装置的另一种改进，所述喷水器的喷射方向与所述连接管道的轴向成30°～45°夹角。
作为对上述SCR前排气温度控制系统和柴油机后处理装置的又一种改进，所述喷水器的喷水管路包括依次连接的计量泵和水箱。
为能精确控制降温后的排气温度，使其低于SCR中催化剂适宜的最高反应温度，提高催化还原效率，作为对上述SCR前排气温度控制系统和柴油机后处理装置的进一步改进，还包括控制装置，所述控制装置连接排气温度传感器和所述计量泵，所述排气温度传感器用于检测SCR前的排气温度。
附图说明
图1是现有DPF再生后的排气温度降温装置示意图；
图2是本发明的柴油机后处理装置连接示意图；
图3是图2中喷水器的喷射角度示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
图2是本发明的柴油机后处理装置连接示意图，如图所示：该装置包括依次连接的DOC、DPF、SCR前排气温度控制系统和SCR。
SCR前排气温度控制系统包括用于连接DPF和SCR的降温通道，降温通道设有喷水孔，喷水孔上安装有喷水器1；喷水器1的喷水管路上依次连接计量泵2、水箱3，各连接处均设有密封垫；计量泵2连接控制装置5；水温传感器4设置在水箱3内部，另一端与控制装置5连接；排气温度传感器6设置在降温通道上且位于喷水器1后方靠近SCR的一侧，传感器头部通过在降温通道上端打孔深入通道中间部位，通道孔密封，传感器尾部与控制装置5连接。
本实施例中，降温通道为DPF和SCR之间的连接管道，所述连接管道为直连管道；在其他实施例中，降温通道可以为一个专用腔室，直径比管道更宽，而且其上不仅可以设置一个喷水器，还可以设置多个喷水器。
本实施例中，喷水器的喷嘴并没有凸出管道内壁；在其他实施例中，喷水器的喷嘴也可以凸出管道内壁，伸入到管道内部。
本实施例中，水箱内使用硬度小于10ppm的去离子水，可以降低管道内的水垢产生率，延长管道清理间隔，节约成本。
对DPF再生后的排气温度降温时，水温传感器4将检测到的水温信号传递给控制装置5；排气温度传感器6将检测到的进入SCR前的排气温度信号传递给控制装置5；控制装置5根据接收到的水温信号和排气温度信号，结合SCR中催化剂适宜的最高反应温度、发动机工况等计算出所需喷水量和设定喷射方式，并发送控制信号给计量泵2，控制计量泵2从水箱3吸水，通过喷水器1向管道内喷水，降低排气温度。上述喷射方式如连续喷射、间断喷射、喷射水雾、喷射水柱等。
图3是图2中喷水器的喷射角度示意图，如图所示：喷水器的喷射方向与管道的轴向成30°～45°夹角，使得喷出的水与排气的有效接触面积增加，提高降温效率。
本发明通过向DPF与SCR之间的管道内喷射温度较低的水，利用水的汽化潜热和水蒸气的吸热能力，有效降低DPF热再生后的排气温度。对于喷水器的控制方式和喷水量控制，可以利用现有的控制方法，例如通过闭环控制，根据反馈的排气温度调节喷水量；又如，通过固定的喷水量按照预定的喷射方式进行喷水；另外，还可以通过所需要的降温效果计算总的喷水量和每次的喷水量。
关于闭环控制等内容，皆属于现有技术的内容，不属于本发明的改进，本实施例不再赘述。下面，仅具体介绍一下喷水量的计算过程。
降温所需喷水量可通过发动机工况、排气温度、水温等参数计算得到。下面给出具体说明。
以一台直列四缸柴油机为例，相关技术参数见表1：
表1 柴油机参数
| 参数 | 数值 |
| 柴油机排量/L | 2.7 |
| 柴油机压缩比 | 17.5 |
| 最大转速/r·min-1 | 3600 |
| 最大扭矩/N·m | 220 |
| 最大功率/kW | 85 |
选择发动机怠速时开始DPF再生，转速为710r/min，再生过程中发动机尾气体积流量为960L/min，一般再生时长为5～6min。DPF再生时采用燃油后喷式热再生技术，喷射柴油量较少，对发动机排气总流量影响不大，故可以不考虑喷油量的影响。假设由排气温度传感器测得再生后排气温度为T1＝800℃。再生后高温排气继续向后传递，SCR以钒基催化剂为例，其催化效率高的温度段为300℃～450℃，故降低SCR前排气温度至T2＝450℃，则排气降温需要放出的热流量为：
W＝ckm(T1-T2) (1)
式中，ck代表常用高温排气比热容，ck＝1018J/(kg·K)；m代表DPF再生后排气质量。
由于发动机再生后体积流量为960L/min，再生时长取6min，则再生过程通过的排气体积为5760L，质量为3.02kg，由公式(1)即可得排气需放出热量W＝1.076×106J。
利用水的汽化潜热及水蒸气吸热能力吸收这部分能量，则水吸收的热量W'＝W，消耗水的质量
式中，c1代表液态水比热容(l)，c1＝4.2×103J/(kg·K)；T3代表水的蒸发温度，T3＝100℃；T4代表水温传感器测得的水箱内水温，T4＝50℃；c2代表气态水比热容(g)，c2＝2.1×103J/(kg·K)；ΔH代表水的蒸发焓(汽化潜热)，ΔH＝2.257×106J/kg。
由公式(2)可得整个降温过程中消耗的水量M＝0.3360kg。
以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种SCR前排气温度控制系统，其特征在于：包括用于连接DPF和SCR的降温通道，所述降温通道上开设有喷水孔，所述喷水孔上安装有喷水器。
2.根据权利要求1所述的SCR前排气温度控制系统，其特征在于：所述降温通道为DPF与SCR之间的连接管道。
3.根据权利要求2所述的SCR前排气温度控制系统，其特征在于：所述喷水器的喷射方向与所述连接管道的轴向成30°～45°夹角。
4.根据权利要求1、2或3所述的SCR前排气温度控制系统，其特征在于：所述喷水器的喷水管路包括依次连接的计量泵和水箱。
5.根据权利要求4所述的SCR前排气温度控制系统，其特征在于：还包括控制装置，所述控制装置连接排气温度传感器和所述计量泵，所述排气温度传感器用于检测SCR前的排气温度。
6.一种柴油机后处理装置，包括依次连接的DOC、DPF和SCR，其特征在于：还包括SCR前排气温度控制系统，所述SCR前排气温度控制系统包括用于连接DPF和SCR的降温通道，所述降温通道上开设有喷水孔，所述喷水孔上安装有喷水器。
7.根据权利要求6所述的柴油机后处理装置，其特征在于：所述降温通道为DPF与SCR之间的连接管道。
8.根据权利要求7所述的柴油机后处理装置，其特征在于：所述喷水器的喷射方向与所述连接管道的轴向成30°～45°夹角。
9.根据权利要求6、7或8所述的柴油机后处理装置，其特征在于：所述喷水器的喷水管路包括依次连接的计量泵和水箱。
10.根据权利要求9所述的柴油机后处理装置，其特征在于：还包括控制装置，所述控制装置连接排气温度传感器和所述计量泵，所述排气温度传感器用于检测SCR前的排气温度。
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