CN109322729B - 利用热废气保温加热的双壁面scr系统尿素箱装置 - Google Patents

Abstract

一种利用热废气保温加热的双壁面SCR系统尿素箱装置，包括：尿素箱，双层壁面结构，通过管道与热废气管道相连；传感器，包括温度传感器，其感应端设置于所述尿素箱内；以及温控系统，用于控制所述尿素箱中尿素溶液的温度，包括：电磁阀，位于所述尿素箱与热废气管道相连的管道上，用于控制热废气在管道中传输的通断；温度变送器，与所述尿素箱的传感器相连，用于采集温度传感器的数据；以及温度控制器，与温度变送器相连，用于收集所述温度变送器的信号并与预设值进行比较，依比较结果对所述电磁阀进行控制，用以缓解现有技术中对SCR系统中对尿素箱加热效率低，易造成尿素溶液结晶进而影像催化效率，增加NO_x排放等技术问题。

Description

利用热废气保温加热的双壁面SCR系统尿素箱装置

技术领域

本公开涉及SCR系统领域，尤其涉及一种利用热废气保温加热的双壁面SCR系统尿素箱装置。

背景技术

选择性催化还原后处理器(SCR)，以尿素水溶液为还原剂的选择性催化还原技术，能在富氧且流量、温度和组分多变的反应环境下有效降低NO_x排放，目前效率高达95％。广泛应用于汽车、船舶、燃煤锅炉、垃圾焚烧炉的脱硝，常用的SCR催化剂有钒基催化剂和沸石型催化剂，并普遍采用32.5％的尿素水溶液为还原剂，通过空气辅助喷射的形式喷入排气，在SCR系统中，与NO_x(氮氧化物)反应的实际还原剂为尿素水解生成的氨气(NH₃)。

SCR尿素箱是SCR系统中盛装尿素的组件。SCR系统尿素箱周围的环境温度，是影响NO_x转化的一个重要因素。并且温度也会对系统中的催化剂的活性造成很大的影响，使催化剂活性下降，从而降低了的转化效率，这是因为刚喷入尿素水溶液时，尿素水溶液有一个水解、热解的过程，然后才能生成真正的还原剂NH₃，并与NO_x反应。如果系统入口处的温度较低时，就必须要提高系统中的温度，这样才能提高的转化效率。发动机冷启动、外界环境温度较低时会发生尿素结晶，严重影响催化效率，增加NO_x排放。

目前对于尿素箱的加热方法主要包括电加热法，即利用电热丝对尿素进行加热，能量来源是蓄电池，同时，目前也出现了利用发动机余热能加热尿素的方法，包括利用冷却水循环进行加热，也有利用热废气进行加热的专利，但都是利用在尿素箱中加入管路换热器的方法来加热尿素。

公开内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种利用热废气保温加热的双壁面SCR系统尿素箱装置，以缓解现有技术中对SCR系统中对尿素箱加热效率低，易造成尿素溶液结晶进而影像催化效率，增加NO_x排放等技术问题。

(二)技术方案

本公开提供一种利用热废气保温加热的双壁面SCR系统尿素箱装置，包括：尿素箱，双层壁面结构，通过管道与热废气管道相连；传感器，包括温度传感器，其感应端设置于所述尿素箱内；以及温控系统，用于控制所述尿素箱中尿素溶液的温度，包括：电磁阀，位于所述尿素箱与热废气管道相连的管道上，用于控制热废气在管道中传输的通断；温度变送器，与所述尿素箱的传感器相连，用于采集温度传感器的数据；以及温度控制器，与温度变送器相连，用于收集所述温度变送器的信号并与预设值进行比较，依比较结果对所述电磁阀进行控制。

在本公开实施例中，所述尿素箱包括：不锈钢箱，用于存放尿素溶液；外不锈钢层，包裹于不锈钢箱外，与所述不锈钢箱之间形成夹层，构成尿素箱的双层壁面；尿素入口，位于不锈钢箱上部；尿素出口，位于不锈钢箱下部；进气口，所述进气口的末端位于不锈钢箱与外不锈钢层之间的夹层；排气口，所述排气口的始端位于不锈钢箱与外不锈钢层之间的夹层；以及传感器安装口，用于安装所述传感器。

在本公开实施例中，所述传感器还包括：液位传感器；用于监测尿素溶液的量。

在本公开实施例中，所述电磁阀，包括：第一电磁阀，安装于连接尿素箱的进气口的进气管道上，用于控制进气管道的通断；以及第二电磁阀，安装于连接尿素箱的排气口的排气管道上，用于控制排气管道的通断。

在本公开实施例中，所述温度变送器用于采集温度传感器的数据，经过电路处理后，转换成与温度成线性关系的电信号。

在本公开实施例中，所述电路处理包括：稳压滤波、运算放大、非线性校正、V/I转换、恒流及反向保护。

在本公开实施例中，所述电信号包括：电压信号、电流信号。

在本公开实施例中，当尿素箱中尿素溶液的温度低于预热所需的最适温度时，打开第一电磁阀和第二电磁阀，使热废气管道中的热废气通过进气管道和第一电磁阀进入尿素箱的不锈钢箱与外不锈钢层之间的夹层，进行对尿素箱中的尿素溶液的加热与保温，之后经第二电磁阀控制排回到热废气管中。

在本公开实施例中，当尿素箱内尿素溶液的温度高于预热所需的最适温度时，通过关闭第一电磁阀和第二电磁阀，使热废气管道中的热废气被两个电磁阀所阻隔，无法进入尿素箱的不锈钢箱与外不锈钢层之间的夹层中，使尿素箱中尿素溶液降温至催化反应所需的最适温度。

在本公开实施例中，其中所述预热所需的最适温度为150℃。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开利用热废气保温加热的双壁面SCR系统尿素箱装置至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)利用热废气所蕴含的热能加热尿素溶液，节能环保；

(2)是一体化产品，即在产品生产时就直接安装完成，包括温控系统，管路、传感器等配件；

(3)可根据不同使用工况来决定产品大小，可以适合不同大小的动力机械SCR系统脱硝；

(4)温控系统实时监测尿素溶液的温度，使尿素溶液的温度控制更高效准确。

附图说明

图1为本公开实施例利用热废气保温加热的双壁面SCR系统尿素箱装置示意图。

图2为本公开实施例利用热废气保温加热的双壁面SCR系统尿素箱装置中尿素箱的立体结构示意图。

具体实施方式

本公开提供了一种利用热废气保温加热的双壁面SCR系统尿素箱装置，所述SCR系统尿素箱装置包括双层壁面结构的尿素箱和配套的温控系统，通过管道将热废气引入所述尿素箱的双层壁面夹层中，通过热废气将热量传导至尿素箱中的尿素溶液，对尿素溶液进行预加热，使尿素溶液的温度控制预热所需的最适温度，从而避免温度过低影响后续的催化效率，而且后续对尿素溶液进行热解时能够节省电能，提高热解和催化效率。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

在本公开实施例中，图1为利用热废气保温加热的双壁面SCR系统尿素箱立体结构示意图，图2为利用热废气保温加热的双壁面SCR系统尿素箱装置中尿素箱的立体结构示意图，结合图1和图2所示，所述SCR系统尿素箱装置，包括：

尿素箱，双层壁面结构，通过管道与热废气管道相连，包括：

不锈钢箱，用于存放尿素溶液；

外不锈钢层，包裹于不锈钢箱外，与所述不锈钢箱之间形成夹层，构成尿素箱的双层壁面；

尿素入口，位于不锈钢箱上部，连通不锈钢箱内部，用于向不锈钢箱内注入尿素溶液；

尿素出口，位于不锈钢箱下部；

进气口，位于尿素箱下部，所述进气口的末端连通不锈钢箱与外不锈钢层之间的夹层；以及

排气口，位于尿素箱上部，所述排气口的始端连通不锈钢箱与外不锈钢层之间的夹层；以及

传感器安装口，用于安装所述传感器。

传感器，其感应端置于不锈钢箱内，包括：

温度传感器，用于监测尿素溶液温度；以及

液位传感器；用于监测尿素溶液的量；以及

温控系统，用于控制所述尿素箱中尿素溶液的温度，包括：

电磁阀，位于所述尿素箱与热废气管道相连的管道上，用于控制热废气在管道中传输的通断；包括：

第一电磁阀，安装于连接尿素箱的进气口的进气管道上，用于控制热废气在进气管道中的通断；

第二电磁阀，安装于连接尿素箱的排气口的排气管道上，用于控制热废气在排气管道中的通断；

温度变送器，与所述尿素箱的传感器相连，用于采集温度传感器的数据，经电路处理后，转换成与温度成线性关系的电流信号或电压信号；(图1中用TT表示)。

温度控制器，与温度变送器相连，用于收集所述温度变送器的信号并与预设值进行比较，依比较结果对所述第一电磁阀和第二电磁阀进行控制。(图1中用TC表示)。

所述温控系统主要负责温度的时刻监测，保证尿素箱中尿素溶液温度始终保持在预热所需的最适温度，避免温度过高或过低带来的副作用。

所述温度传感器用以时刻监测尿素溶液温度，液位传感器用于时刻监测尿素溶液的量连接到发动机ECU，热废气从进气口进入不锈钢箱与外不锈钢层所形成的夹层中，从排气口离开。升温后的尿素溶液通过出口，由尿素泵加压后直接喷入SCR设备中，作为NO_x转化反应的还原剂。

因为不能使尿素溶液的温度过高，因此选择热废气管道的末端设置所述SCR系统尿素箱装置，此处的热废气温度已经降到200℃以下，可以保证不会因为过高温度影响而降低NO_x转化率，通过第一电磁阀将热废气通入尿素箱的双层壁面中，通过内壁不锈钢层传导至尿素溶液，使得尿素溶液达到预热所需的最适温度并且进行保温，以供给后接的SCR系统使用，热废气经双层壁面后，利用排气口排出，经过第二电磁阀排回至热废气管道中，此过程主要是利用管路和双层壁面组成的回路。

在本公开实施例中，温度变送器用于采集温度传感器的信号，经过电路处理后，转换成与温度成线性关系的电流信号或电压信号，所述电路处理包括：稳压滤波、运算放大、非线性校正、V/I转换、恒流及反向保护等；温度控制器用于收集变送器的信号后与设定值比对，并随之控制第一电磁阀和第二电磁阀。同时，所述温控系统运算时中加入了扰动因子，所述扰动因子包括：尿素溶液的量、传感器的误差、尿素箱的散热以及尿素箱周围的环境温度等等，这些因素都会给温度的测量带来误差，因而能够好的对温度进行时刻监测，保证尿素溶液温度始终保持在预热所需的最适温度，避免尿素溶液温度过高或过低所带来的副作用。

所述尿素箱装置具有加热和保温两种功能，在发动机冷启动和环境温度较低时，利用热废气在双层壁面中的传输对尿素箱中的尿素溶液进行热传导加热。在尿素溶液达到预热所需的最适温度后，通过温度传感器监测温度，调节电磁阀，控制热废气的流通，使尿素箱中尿素溶液的温度保持在预热所需的最适温度。

当尿素箱尿素溶液的温度低于预热所需的最适温度150℃时，打开第一电磁阀和第二电磁阀，使热废气管道中的热废气通过进气管道和第一电磁阀进入尿素箱的不锈钢箱与外不锈钢层之间的夹层，进行对尿素箱中的尿素溶液的加热与保温，之后经第二电磁阀控制排回到热废气管中。主要利用发动机产生的热废气中的热能，通过尿素箱的不锈钢箱与外不锈钢层之间的夹层在尿素箱周围产生气体保温层，保证尿素溶液能够保持在预热所需的最适温度下，同时能够余热利用，减少电能的消耗。

当尿素箱内尿素溶液的温度高于预热所需的最适温度150℃时，通过关闭第一电磁阀和第二电磁阀，使热废气管道中的热废气被两个电磁阀所阻隔，无法进入尿素箱的不锈钢箱与外不锈钢层之间的夹层中，使尿素箱中尿素溶液缓慢降温至后续催化反应所需的预热的最适温度。在SCR的催化反应中，NH₃作为还原剂温度不能过高，否则会影响催化剂活性，造成过热降低NO_x转化率。

所述利用热废气保温加热的双壁面SCR系统尿素箱装置是一体化产品，即在产品生产时就直接安装完成，包括温控系统，管路、传感器等配件，可根据不同使用工况来决定产品大小，可以适合不同大小的动力机械SCR系统脱硝。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：

(1)双层壁面结构还可以用双层箱体结构来代替；

(2)外不锈钢层可以用保温层来胎体；

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开利用热废气保温加热的双壁面SCR系统尿素箱装置有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供了一种利用热废气保温加热的双壁面SCR系统尿素箱装置，所述SCR系统尿素箱装置包括双层壁面结构的尿素箱和配套的温控系统，通过管道将热废气引入所述尿素箱的双层壁面夹层中，通过热废气将热量传导至尿素箱中的尿素溶液，对尿素溶液进行预加热，使尿素溶液的温度控制预热所述的最适宜温度，从而避免温度过低影响后续的催化效率，而且后续对尿素溶液进行热解时能够节省电能，提高热解和催化效率。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用热废气保温加热的双壁面SCR系统尿素箱装置，包括：

尿素箱，双层壁面结构，通过管道与热废气管道相连；

传感器，包括温度传感器，其感应端设置于所述尿素箱内；以及

温控系统，用于控制所述尿素箱中尿素溶液的温度，包括：

电磁阀，位于所述尿素箱与热废气管道相连的管道上，用于控制热废气在管道中传输的通断；

温度变送器，与所述尿素箱的传感器相连，用于采集温度传感器的数据；以及

温度控制器，与温度变送器相连，用于收集所述温度变送器的信号并与预设值进行比较，依比较结果对所述电磁阀进行控制；

所述尿素箱包括：

不锈钢箱，用于存放尿素溶液；

外不锈钢层，包裹于不锈钢箱外，与所述不锈钢箱之间形成夹层，构成尿素箱的双层壁面；

尿素入口，位于不锈钢箱上部；

尿素出口，位于不锈钢箱下部；

进气口，所述进气口的末端位于不锈钢箱与外不锈钢层之间的夹层；

排气口，所述排气口的始端位于不锈钢箱与外不锈钢层之间的夹层；以及

传感器安装口，用于安装所述传感器。

2.根据权利要求1所述的利用热废气保温加热的双壁面SCR系统尿素箱装置，其中，所述传感器还包括：

液位传感器；用于监测尿素溶液的量。

3.根据权利要求1所述的利用热废气保温加热的双壁面SCR系统尿素箱装置，其中，所述电磁阀，包括：

第一电磁阀，安装于连接尿素箱的进气口的进气管道上，用于控制进气管道的通断；以及

第二电磁阀，安装于连接尿素箱的排气口的排气管道上，用于控制排气管道的通断。

4.根据权利要求1所述的利用热废气保温加热的双壁面SCR系统尿素箱装置，其中，所述温度变送器用于采集温度传感器的数据，经过电路处理后，转换成与温度成线性关系的电信号。

5.根据权利要求4所述的利用热废气保温加热的双壁面SCR系统尿素箱装置，其中，所述电路处理包括：稳压滤波、运算放大、非线性校正、V/I转换、恒流及反向保护。

6.根据权利要求4所述的利用热废气保温加热的双壁面SCR系统尿素箱装置，其中，所述电信号包括：电压信号、电流信号。

7.根据权利要求3所述的利用热废气保温加热的双壁面SCR系统尿素箱装置，当尿素箱中尿素溶液的温度低于预热所需的最适温度时，打开第一电磁阀和第二电磁阀，使热废气管道中的热废气通过进气管道和第一电磁阀进入尿素箱的不锈钢箱与外不锈钢层之间的夹层，进行对尿素箱中的尿素溶液的加热与保温，之后经第二电磁阀控制排回到热废气管中。

8.根据权利要求3所述的利用热废气保温加热的双壁面SCR系统尿素箱装置，当尿素箱内尿素溶液的温度高于预热所需的最适温度时，通过关闭第一电磁阀和第二电磁阀，使热废气管道中的热废气被两个电磁阀所阻隔，无法进入尿素箱的不锈钢箱与外不锈钢层之间的夹层中，使尿素箱中尿素溶液降温至预热所需的最适温度。

9.根据权利要求7或8所述的利用热废气保温加热的双壁面SCR系统尿素箱装置，其中所述预热所需的最适温度为150℃。

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