CN109944665A - 尾气后处理装置、scr前排气温度控制系统及其控制方法 - Google Patents

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CN109944665A CN201910313927.3A CN201910313927A CN109944665A CN 109944665 A CN109944665 A CN 109944665A CN 201910313927 A CN201910313927 A CN 201910313927A CN 109944665 A CN109944665 A CN 109944665A
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Abstract

本发明涉及一种尾气后处理装置、SCR前排气温度控制系统及其控制方法。SCR前排气温度控制系统包括尿素储存装置、尿素泵、尿素供给控制阀、尿素喷射器、排气温度传感器和控制器，还包括用于连接DPF和SCR且供尾气通过的降温通道；其中，尿素喷射器与降温通道连通，尿素泵分别与尿素储存装置和尿素喷射器连接并与控制器控制连接，尿素储存装置包括用于存放在非DPF热再生时使用的尿素溶液的非热再生用尿素存放腔室和用于存放在DPF热再生时使用的尿素溶液的热再生用尿素存放腔室，热再生用尿素存放腔室用于存放的尿素溶液浓度低于非DPF热再生时使用的尿素溶液的浓度。上述技术方案解决了现有技术中的SCR前排气温度控制系统较为复杂、成本较高的技术问题。

Description

尾气后处理装置、SCR前排气温度控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及内燃机尾气后处理技术领域，具体涉及一种尾气后处理装置、SCR前排气温度控制系统及其控制方法。
背景技术
对柴油发动机尾气的净化有机内净化和尾气后处理两种，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发动机的排气系统中。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(550-600℃)，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。因此，在DPF再生时需要控制进入SCR的尾气温度。
针对上述问题，申请公布号为CN108757118A的中国发明专利申请公开了一种柴油机后处理装置及其SCR前排气温度控制系统，SCR前排气温度控制系统在连接DPF和SCR的降温通道上设置喷水孔，并在喷水孔上安装喷水器，利用水汽化吸热的方式对排放的尾气进行降温。但是，SCR前排气温度控制系统需要额外设置喷水器，并且对排放的尾气进行降温后仍然需要在降温通道内喷入尿素溶液，这就使整个SCR前排气温度控制系统结构复杂、成本增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种SCR前排气温度控制系统，以解决现有技术中的SCR前排气温度控制系统较为复杂、成本较高的技术问题；本发明的目的还在于提供一种尾气后处理装置，以解决现有技术中尾气后处理装置结构较为复杂、成本较高的技术问题；本发明的目的又在于提供一种能够有效控制SCR前排气温度的控制方法。
为实现上述目的，本发明提供的SCR前排气温度控制系统的技术方案是：
SCR前排气温度控制系统包括：
降温通道：用于连接DPF和SCR，且供尾气通过；
尿素喷射器：用于与降温通道连通，并向降温通道内喷射尿素溶液；
尿素储存装置：包括非热再生用尿素存放腔室和热再生用尿素存放腔室，非热再生用尿素存放腔室用于存放在非DPF热再生时使用的尿素溶液；热再生用尿素存放腔室用于存放在DPF热再生时使用的尿素溶液，热再生用尿素存放腔室用于存放的尿素溶液浓度低于非DPF热再生时使用的尿素溶液的浓度；
尿素泵：与尿素储存装置和尿素喷射器连接，用于将尿素储存装置内的尿素溶液泵送至尿素喷射器中；
排气温度传感器：检测DPF热再生时的排气温度；
尿素供给控制阀：设置在尿素泵与尿素储存装置之间；
控制器，与尿素供给控制阀控制连接，接收温度传感器信号并根据信号控制尿素供给控制阀选择尿素储存装置的尿素存放腔室与尿素泵连通；与尿素泵控制连接以控制尿素溶液喷射量。
有益效果：本发明提供的SCR前排气温度控制系统在使用时，在非热再生用尿素存放腔室中存放非DPF热再生时使用的尿素溶液，在热再生用尿素存放腔室中存放DPF热再生时使用的尿素溶液。这样一来，在DPF热再生时，通过尿素泵将浓度较低的用于DPF热再生时的尿素溶液抽至尿素喷射器中，由尿素喷射器喷入降温通道，通过溶液中水的汽化吸热特点，来对进入SCR前排放的尾气进行降温，控制器则控制尿素溶液喷射量，使喷射出的尿素溶液量满足降温需求，并对尾气进行还原处理；在非DPF热再生时，通过尿素泵将浓度较高的用于非DPF热再生时的尿素溶液抽至尿素喷射器中，再由尿素喷射器喷入降温通道进入SCR内，以对尾气进行还原处理，不影响对尾气的正常处理。本发明提供的SCR前排气温度控制系统通过利用不同浓度的尿素溶液，既能对DPF热再生时对排放的尾气降温以使SCR催化剂能工作在其使用温度范围下，同时又不影响非DPF热再生时的尾气后处理的正常工作，且不加装额外的冷却水系统，结构简单、安装方便、成本低。
进一步地，所述热再生用尿素存放腔室设有至少两个且各热再生用尿素存放腔室用于存放不同浓度的尿素溶液。
有益效果：实际使用时能够提供至少两种不同浓度的用于DPF热再生时的尿素溶液，根据实际条件选择合适浓度的尿素溶液。
进一步地，尿素供给控制阀具有与各尿素存放腔室连通的进液接口，与尿素泵连通的出液接口，控制器通过控制尿素供给控制阀的出液接口与相应的进液接口连通实现尿素储存装置的尿素存放腔室的选择。
有益效果：通过一个尿素供给控制阀同时连通各个尿素存放腔室，结构简单，使用时，仅需通过控制器控制尿素供给控制阀的某些进液接口的开启或关闭即可选择不同浓度的尿素溶液，无需额外设置多个尿素供给控制阀分别单独与各个尿素存放腔室连通，节省成本。
进一步地，所述热再生用尿素存放腔室内设有加热器。
有益效果：加热器能对尿素溶液进行预加热，以便于热再生用尿素存放腔室中的尿素溶液在喷入降温通道中时能够快速蒸发汽化，迅速达到降温效果。
进一步地，所述热再生用尿素存放腔室内还设有用于检测腔室内尿素溶液温度的尿素温度传感器。
有益效果：尿素温度传感器能够检测在加热器预热后的尿素溶液的温度，避免热再生用尿素存放腔室内的尿素溶液被加热器过度加热而直接蒸发，影响降温效果。
进一步地，所述SCR前排气温度控制系统还包括尿素回流控制阀，尿素回流控制阀具有与各尿素存放腔室连通的回液接口、与尿素泵连通的进液接口，控制器通过控制尿素回流控制阀的进液接口与相应的回液接口连通实现尿素回流控制阀对尿素储存装置的尿素存放腔室的选择。
有益效果：尿素回流控制阀在尿素喷射器喷射尿素储存装置的某一尿素存放腔室内的尿素溶液时，对应与该尿素存放腔室连通，用于收集由尿素泵回流的尿素溶液。
本发明提供的尾气后处理装置的技术方案是：
尾气后处理装置，包括依次连接的DOC、DPF和SCR以及SCR前排气温度控制系统，SCR前排气温度控制系统包括：
降温通道：用于连接DPF和SCR，且供尾气通过；
尿素喷射器：用于与降温通道连通，并向降温通道内喷射尿素溶液；
尿素储存装置：包括非热再生用尿素存放腔室和热再生用尿素存放腔室，非热再生用尿素存放腔室用于存放在非DPF热再生时使用的尿素溶液；热再生用尿素存放腔室用于存放在DPF热再生时使用的尿素溶液，热再生用尿素存放腔室用于存放的尿素溶液浓度低于非DPF热再生时使用的尿素溶液的浓度；
尿素泵：与尿素储存装置和尿素喷射器连接，用于将尿素储存装置内的尿素溶液泵送至尿素喷射器中；
排气温度传感器：检测DPF热再生时的排气温度；
尿素供给控制阀：设置在尿素泵与尿素储存装置之间；
控制器，与尿素供给控制阀控制连接，接收温度传感器信号并根据信号控制尿素供给控制阀选择尿素储存装置的尿素存放腔室与尿素泵连通；与尿素泵控制连接以控制尿素溶液喷射量。
有益效果：本发明提供的尾气处理装置在使用时，在非热再生用尿素存放腔室中存放非DPF热再生时使用的尿素溶液，在热再生用尿素存放腔室中存放DPF热再生时使用的尿素溶液。这样一来，在DPF热再生时，通过尿素泵将浓度较低的用于DPF热再生时的尿素溶液抽至尿素喷射器中，由尿素喷射器喷入降温通道，通过溶液中水的汽化吸热特点，来对进入SCR前排放的尾气进行降温，控制器则控制尿素溶液喷射量，使喷射出的尿素溶液量满足降温需求，并对尾气进行还原处理；在非DPF热再生时，通过尿素泵将浓度较高的用于非DPF热再生时的尿素溶液抽至尿素喷射器中，再由尿素喷射器喷入降温通道进入SCR内，以对尾气进行还原处理。本发明提供的SCR前排气温度控制系统通过利用不同浓度的尿素溶液，既能对DPF热再生时对排放的尾气降温以使SCR催化剂能工作在其使用温度范围下，同时又不影响非DPF热再生时的尾气后处理的正常工作，且不加装额外的冷却水系统，大大简化了尾气处理装置的结构，降低了尾气后处理装置的加工成本。
进一步地，所述热再生用尿素存放腔室设有至少两个且各热再生用尿素存放腔室用于存放不同浓度的尿素溶液。
有益效果：实际使用时能够提供至少两种不同浓度的用于DPF热再生时的尿素溶液，根据实际条件选择合适浓度的尿素溶液。
进一步地，尿素供给控制阀具有与各尿素存放腔室连通的进液接口，与尿素泵连通的出液接口，控制器通过控制尿素供给控制阀的出液接口与相应的进液接口连通实现尿素储存装置的尿素存放腔室的选择。
有益效果：通过一个尿素供给控制阀同时连通各个尿素存放腔室，结构简单，使用时，仅需通过控制器控制尿素供给控制阀的某些进液接口的开启或关闭即可选择不同浓度的尿素溶液，无需额外设置多个尿素供给控制阀分别单独与各个尿素存放腔室连通，节省成本。
进一步地，所述热再生用尿素存放腔室内设有加热器。
有益效果：加热器能对尿素溶液进行预加热，以便于热再生用尿素存放腔室中的尿素溶液在喷入降温通道中时能够快速蒸发汽化，迅速达到降温效果。
进一步地，所述热再生用尿素存放腔室内还设有用于检测腔室内尿素溶液温度的尿素温度传感器。
有益效果：尿素温度传感器能够检测在加热器预热后的尿素溶液的温度，避免热再生用尿素存放腔室内的尿素溶液被加热器过度加热而直接蒸发，影响降温效果。
进一步地，所述SCR前排气温度控制系统还包括尿素回流控制阀，尿素回流控制阀具有与各尿素存放腔室连通的回液接口、与尿素泵连通的进液接口，控制器通过控制尿素回流控制阀的进液接口与相应的回液接口连通实现尿素回流控制阀对尿素储存装置的尿素存放腔室的选择。
有益效果：尿素回流控制阀在尿素喷射器喷射尿素储存装置的某一尿素存放腔室内的尿素溶液时，对应与该尿素存放腔室连通，用于收集由尿素泵回流的尿素溶液。
本发明提供的一种SCR前排气温度控制方法的技术方案是：
一种SCR前排气温度控制方法，包括在非DPF热再生时，向DPF和SCR之间的降温通道内喷入非热再生用尿素溶液以使SCR催化剂正常发挥其催化性能，在DPF再生时，向DPF和SCR之间的降温通道内喷入浓度低于非热再生用尿素溶液的热再生用尿素溶液以降低排气温度而使SCR催化剂满足其使用温度。
有益效果：仅通过在DPF热再生时和非DPF热再生两种情况下，对DPF和SCR之间的降温通道内喷入相应不同浓度的热再生用尿素溶液和非热再生用尿素溶液，便能控制SCR前排气温度，进而使SCR催化剂工作在其合适的温度范围下，无需加装额外的降温装置，方法简单，同时节省成本。
进一步地，所述SCR前排气温度控制方法还包括在喷入热再生用尿素溶液之前对热再生用尿素溶液进行预热的步骤。
有益效果：对热再生用尿素溶液进行预热，使其在喷入降温通道中时能够快速蒸发汽化，迅速达到降温效果。
附图说明
图1为本发明提供的SCR前排气温度控制系统的系统原理图。
附图标记说明：1-排气温度传感器，2-尿素喷射器，3-尿素供给控制阀，4-热再生用第一尿素存放腔室，5-热再生用尿素第二存放腔室，6-非热再生用尿素存放腔室，7-第一尿素温度传感器，8-第二尿素温度传感器，9-第一加热器，10-第二加热器，11-尿素回流控制阀，12-尿素泵，13-降温通道，14-尿素箱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明提供的SCR前排气温度控制系统的具体实施例：
如图1所示，SCR前排气温度控制系统包括控制器以及用于连接DPF与SCR的降温通道13，控制器包括尿素计量控制单元(DCU)；降温通道13上开设有安装孔以用来装配尿素喷射器2。尿素喷射器2在安装时，其喷射口伸入降温通道13内部，尿素喷射器2与降温通道13的连接处设有密封垫以对连接处进行密封，防止尾气漏出。降温通道13的末端用于连接SCR，在降温通道13上的尿素喷射器2连接处与末端之间的部分上装有排气温度传感器1，尿素计量控制单元(DCU)能够接受排气温度传感器1检测到的温度信号。
SCR前排气温度控制系统还包括与尿素喷射器2的尿素进入口连接的尿素泵12，尿素泵12与用于存放尿素溶液的尿素储存装置连接，以将尿素储存装置中的尿素溶液抽至尿素喷射器2中；同时尿素计量控制单元(DCU)与尿素泵12控制连接以用来控制尿素溶液的喷射量。本实施例中，尿素储存装置为一个尿素箱14，尿素箱14具有三个用于存放不同浓度尿素溶液的存放腔室，分别为用于存放浓度为0.1％～0.5％的尿素溶液的热再生用第一尿素存放腔室4、用于存放浓度为0.6％～1.0％的尿素溶液的热再生用尿素第二存放腔室5和用于存放浓度为32.5％的尿素溶液的非热再生用尿素存放腔室6。其中，热再生用第一尿素存放腔室4和热再生用尿素第二存放腔室5在使用时存放的尿素溶液均在DPF热再生时使用，两个腔室内尿素溶液的浓度可根据配装的柴油机型号进行调整选择。
SCR前排气温度控制系统还包括设置在尿素箱14与尿素泵12进液口之间的尿素供给控制阀3，本实施例中，尿素供给控制阀3为四通阀，具有分别与热再生用第一尿素存放腔室4、热再生用第二尿素存放腔室5和非热再生用尿素存放腔室6连通的进液接口，还具有与尿素泵12连通的出液接口。尿素计量控制单元(DCU)与尿素供给控制阀3控制连接，根据接收排气温度传感器1检测到的温度信号来控制尿素供给控制阀3的出液接口选择与上述的热再生用第一尿素存放腔室4、热再生用尿素第二存放腔室5和非热再生用尿素存放腔室6中的其中一个连通，也即尿素计量控制单元(DCU)通过控制尿素供给控制阀3的出液接口与相应的进液接口连通实现尿素供给控制阀3对尿素箱14内尿素存放腔室的选择。
尿素箱14与尿素泵12的回液口之间设有尿素回流控制阀11，尿素回流控制阀11也为四通阀，并与尿素计量控制单元(DCU)连接。尿素回流控制阀11具有分别与热再生用第一尿素存放腔室4、热再生用第二尿素存放腔室5和非热再生用尿素存放腔室6连通的回液接口和与尿素泵12连通的进液接口，设置尿素回流控制阀11是用于收集由尿素泵12回流的尿素溶液，尿素计量控制单元(DCU)通过控制尿素回流控制阀11的进液接口与相应的回液接口连通实现尿素回流控制阀11对尿素箱14内尿素存放腔室的选择。
热再生用第一尿素存放腔室4中设有第一加热器9，在使用时用于对热再生用第一尿素存放腔室4中存放的尿素溶液进行预热，并预热到低于当地环境水沸点温度的4～10℃范围内，以便于热再生用第一尿素存放腔室4中的尿素溶液在被喷入降温通道13中后可以快速蒸发汽化。热再生用第二尿素存放腔室5中设有第二加热器10，在使用时用于对热再生用第二尿素存放腔室5中存放的尿素溶液进行预热，并预热到低于当地环境水沸点温度的4～10℃范围内，以便于热再生用第二尿素存放腔室5中的尿素溶液在被喷入降温通道13中后可以快速蒸发汽化。第一加热器9和第二加热器10与尿素计量控制单元(DCU)控制连接。为了避免热再生用第一尿素存放腔室4和热再生用第二尿素存放腔室5中的尿素溶液被过度预热而蒸发，在热再生用第一尿素存放腔室4中还设有第一尿素温度传感器7，在热再生用第二尿素存放腔室5中还设置有第二尿素温度传感器8，第一尿素温度传感器7和第二尿素温度传感器8与尿素计量控制单元(DCU)连接。当两个腔室内的尿素溶液的温度分别被预热至低于当地环境水沸点温度的4～10℃范围内，第一、第二尿素温度传感器发出警报，进而尿素计量控制单元(DCU)控制第一加热器9和第二加热器10关闭。
SCR前排气温度控制系统的控制原理：DPF热再生时，排气温度升高，为了降低排气温度，尿素计量控制单元(DCU)控制尿素供给控制阀3和尿素回流控制阀11关闭其与非热再生用尿素存放腔室6的进液通道与回液通道，并打开其与浓度较低的热再生用第一尿素存放腔室4或热再生用第二尿素存放腔室5之间的进液通道与回液通道；利用尿素喷射器2喷射浓度为0.1％～0.5％或浓度为0.6％～1.0％的尿素溶液，水在喷入降温通道13中遇到高温废气迅速吸热汽化，这样就降低了排气温度，确保SCR催化剂在合适的温度工作。经尿素计量控制单元(DCU)精确计量后喷入的尿素水溶液中有足够的尿素，尿素在高温下水解生成氨气提供SCR反应所需的还原剂，在催化剂的作用下完成对NOX的还原转化。尿素溶液浓度选择、尿素喷射量的确定由尿素计量控制单元(DCU)根据输入的发动机工况、排气温度、尿素温度等参数经内置程序计算确定。
非DPF热再生时，尿素计量控制单元(DCU)控制尿素供给控制阀3和尿素回流控制阀11关闭其与热再生用第一尿素存放腔室4或热再生用第二尿素存放腔室5之间的进液通道与回液通道，并打开其与浓度较高的非热再生用尿素存放腔室6的进液通道与回液通道，利用尿素喷射器2向降温通道13中喷射浓度为32.5％的尿素溶液，在SCR催化剂的作用下对尾气进行处理。
以一台涡轮增压的直列四缸柴油机为例，对上述SCR前排气温度控制系统的工作原理进行说明，相关参数见表1：
表1某4105柴油机性能参数
参数 数值
柴油机排量 4.33L
柴油机压缩比 17.5
标定转速 2200rpm
最大扭矩 420N.m
标定功率 80Kw
根据图1所示，将DOC、DPF、SCR前排气温度控制系统、SCR按顺序依次连接，排气由前方管道进入装置。
假定柴油机转速为790r/min时开始DPF再生，再生过程中发动机尾气质量流量为120kg/h，整个再生时长约为5min-6min，其中排气温度T1超过800℃的时间长度不超过1min，其余时间内由于DPF上的积碳大部分已经被烧掉，因此尾气温度不高。DPF热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，故计算时可以不考虑喷油量的影响。若SCR催化剂使用钒基催化剂，由于钒基催化剂工作许可温度小于550℃，为此需要将SCR前尾气温度降至低于530℃。则排气降温需要放出的热量为：
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，T2为排气降低后温度。
按尾气的质量流量为120kg/h，DPF热再生时尾气超过800℃的时间取1min，则DPF热再生时流过的排气质量为m＝2kg，由公式(1)即可计算出1min内排气需要放出的热量W＝5.497×105J。(排气温度从800℃降到530℃)
利用稀尿素溶液中水的汽化潜热吸收的热量W'＝W，1min内消耗水的质量为
式中，c1代表液态水比热容(1)，c1＝4.2×103J/(kg·K)；T3代表水的蒸发温度，T3＝100℃；T4代表稀尿素溶液温度，T4＝95℃；c2代表气态水比热容(g)，c2＝2.1×103J/(kg·K)；△H代表水的蒸发焓(汽化潜热)，△H＝2.257×106J/kg。
由公式(2)可得当DPF再生时，将排气温度从800℃降到530℃，1min内所需要的耗水量M＝0.17281kg。
为了保证此工况下SCR催化还原反应的正常进行，所喷射的尿素稀释溶液中需要有足够浓度的尿素。此工况下尾气中NOx的浓度为230ppm(氨氮比为1.0)，实测SCR正常工作(非再生浓度，喷32.5％的尿素水溶液)时喷射速度为23.0mg/s，则1min内保证催化还原反应正常进行所需的尿素的质量为：
M0＝vtc0 (3)
v为非再生时尿素的喷射速度，v＝23.0mg/s。t为喷射时间，t＝1min。
c0为32.5％的尿素溶液浓度。
再生过程中，稀尿素溶液浓度计算公式为
把公式(1)、(2)、(3)带入公式(4)得
再生时，稀尿素溶液(浓度为0.257％尿素溶液)喷射速度为
v1＝2903mg/s
DPF热再生过程排气温度一般为800℃，尾气的温度控制再低于530℃(钒基催化剂的工作温度为550℃)，由于DPF热再生过程还会在其它工况发生。单一浓度的稀尿素溶液难以兼顾尿素喷射量需求和尾气降温水量需求，故根据试验数据计算取两种不同浓度稀尿素溶液，浓度分别为0.25％和1.0％。为验证其降温能力，又进行两个不同柴油机运转工况下DPF再生尿素喷射计算。
对公式(4)进行变形化简得：
工况1、在怠速790r/min，排气流量为120kg/h，尾气中NOX浓度为230ppm，氨氮比1.0，非再生时尿素溶液喷速为23.0mg/s。假设DPF再生时长为1min，再生喷速v1＝2903mg/s(喷浓度为0.25％稀尿素溶液)。则1min内喷入的尿素溶液中所含水质量为M＝0.17281kg。假设使排气降到了温度T2，可得到
m＝2kg，v＝23.0mg/s，T2＝523℃，满足尾气降温要求。
工况2、在转速1230r/min，排气流量为283kg/h，尾气中NOX浓度为950ppm，氨氮比1.0，非再生时尿素溶液喷速为v＝236.6mg/s。假设再生时长为1min，排气质量m＝4.7kg，以喷速v1＝7029.6mg/s(喷浓度为c＝1.0％稀尿素溶液)，则1min内喷的稀溶液中水质量为M＝0.41177kg。假设使尾气降到了气温度T2，则根据公式(7)得T2＝508℃，满足尾气降温要求。
不同型号的发动机与本发明提供的SCR前排气温度控制系统对接时，SCR前排气温度控制系统能够根据不同型号的发动机提供的数据计算出该发动机再生时所需的稀尿素溶液的浓度。具体来讲，从上述公式(5)可以看出，把一些常量参数代入后，不可控的参数只有排气质量m和非再生时尿素的喷射速度v，对上述公式(5)进行相应的变形，令则将公式(5)变为：
而m＝Q排t (9)
将公式(9)带入公式(8)并进行相应变形得：
公式(10)中v为非再生时尿素溶液的喷射速度，也即浓度为32.5％的尿素溶液的喷射速度，而现有的浓度为32.5％的尿素溶液喷射速度计算公式：
将公式(11)带入公式(10)中进行化简得到：
公式(12)中，为排气中NOx的浓度，由公式(12)可知，当NOx的浓度最大时，稀尿素溶液的浓度最大；当NOx的浓度最小时，稀尿素溶液的浓度最小。而NOx的浓度与发动机的运行工况有关，而与发动机的型号无关，因此，任何型号的发动机在某工况运行时，通过测得排气中NOx的浓度，就可以相应计算出该工况下再生时所需的稀尿素溶液的浓度。
上述实施例中，尿素储存装置采用一个尿素箱，尿素箱具有三个用于存放不同浓度尿素溶液的存放腔室，在其他实施例中，尿素储存装置也可以采用三个尿素箱，每个尿素箱中单独存放一种浓度的尿素溶液。
上述实施例中，尿素箱具有三个用于存放不同浓度尿素溶液的存放腔室，在其他实施例中，在尿素箱足够大时，也可以设有两个、四个或多个用于存放不同浓度尿素溶液的存放腔室，只要保证这些腔室中具有至少一个用于非DPF热再生和至少一个用于DPF热再生时使用
上述实施例中，尿素供给控制阀为四通阀，分别与尿素箱的三个不同腔室连通，在其他实施例中，尿素供给控制阀也可以为两通阀，两通阀的进液口单独与尿素箱的其中一个腔室连接，出液口与尿素泵连接，此时，SCR前排气温度控制系统需要设置三个尿素供给控制阀，当然在其他实施例中，在尿素供给控制阀为两通阀的前提下，尿素供给控制阀的数量与尿素箱的腔室的数量相同。
上述实施例中，热再生用第一尿素存放腔室和热再生用第二尿素存放腔室内均设有加热器，在其他实施例中，热再生用第一尿素存放腔室和热再生用第二尿素存放腔室的其中一个腔室内设有加热器即可，或者两个腔室内均不设置加热器；相应的，也可以仅在设置加热器的腔室内设置尿素温度传感器或者两个腔室内均不设置尿素温度传感器。或者在其他实施例中，也可以仅设置加热器而不设置尿素温度传感器，具体使用时对加热器进行定时，以对尿素溶液进行预热。
本发明提供的尾气后处理装置的具体实施例：
尾气后处理装置包括依次连接的DOC、DPF和SCR以及SCR前排气温度控制系统，SCR前排气温度控制系统的结构与上述实施例中SCR前排气温度控制系统的结构相同，在此不再赘述。
本发明提供的SCR前排气温度控制方法的具体实施例：
SCR前排气温度控制方法包括在非DPF热再生时，向DPF和SCR之间的降温通道内喷入非热再生用尿素溶液以使SCR催化剂正常发挥其催化性能；还包括在DPF再生时，向DPF和SCR之间的降温通道内喷入浓度低于非热再生用尿素溶液的热再生用尿素溶液以降低排气温度而使SCR催化剂满足其使用温度。
具体使用时，非热再生用尿素溶液可采用浓度为32.5％的尿素溶液；热再生用尿素溶液的浓度可根据上述的公式(5)进行相应计算选用。
SCR前排气温度控制方法还包括在降温通道喷入热再生用尿素溶液之前，对热再生用尿素溶液进行预热的步骤，这样可以在其进入降温通道内后更容易蒸发汽化，迅速达到降温效果。
实施该方法的尾气后处理装置与上述实施例中的尾气后处理装置结构相同，当然，实施该方法的尾气后处理装置除了上述尾气处理装置之外，还可以采用其他尾气后处理装置，如可以采用设置两套SCR前排气温度控制系统的尾气后处理装置，其中一套SCR前排气温度控制系统用于在DPF热再生时，向降温通道内喷射热再生用尿素溶液，喷射的热再生用尿素溶液的浓度可根据上述公式(5)依据发动机的实际工况进行计算选择，但喷射的热再生用尿素溶液的浓度范围则根据上述的公式(12)进行相应计算选择；另一套SCR前排气温度控制系统用于在非DPF热再生时，向降温通道内喷射非热再生用尿素溶液，如可喷入浓度为32.5％的尿素溶液。

Claims (9)

1.一种SCR前排气温度控制系统，其特征在于，包括：
降温通道：用于连接DPF和SCR，且供尾气通过；
尿素喷射器：用于与降温通道连通，并向降温通道内喷射尿素溶液；
尿素储存装置：包括非热再生用尿素存放腔室和热再生用尿素存放腔室，非热再生用尿素存放腔室用于存放在非DPF热再生时使用的尿素溶液；热再生用尿素存放腔室用于存放在DPF热再生时使用的尿素溶液，热再生用尿素存放腔室用于存放的尿素溶液浓度低于非DPF热再生时使用的尿素溶液的浓度；
尿素泵：与尿素储存装置和尿素喷射器连接，用于将尿素储存装置内的尿素溶液泵送至尿素喷射器中；
排气温度传感器：检测DPF热再生时的排气温度；
尿素供给控制阀：设置在尿素泵与尿素储存装置之间；
控制器，与尿素供给控制阀控制连接，接收温度传感器信号并根据信号控制尿素供给控制阀选择尿素储存装置的尿素存放腔室与尿素泵连通；与尿素泵控制连接以控制尿素溶液喷射量。
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：所述热再生用尿素存放腔室设有至少两个且各热再生用尿素存放腔室用于存放不同浓度的尿素溶液。
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：尿素供给控制阀具有与各尿素存放腔室连通的进液接口、与尿素泵连通的出液接口，控制器通过控制尿素供给控制阀的出液接口与相应的进液接口连通实现尿素供给控制阀对尿素储存装置的尿素存放腔室的选择。
4.根据权利要求1或2或3所述的SCR前排气温度控制系统，其特征在于：所述热再生用尿素存放腔室内设有加热器。
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：所述热再生用尿素存放腔室内还设有用于检测腔室内尿素溶液温度的尿素温度传感器。
6.根据权利要求1或2或3所述的SCR前排气温度控制系统，其特征在于：所述SCR前排气温度控制系统还包括尿素回流控制阀，尿素回流控制阀具有与各尿素存放腔室连通的回液接口、与尿素泵连通的进液接口，控制器通过控制尿素回流控制阀的进液接口与相应的回液接口连通实现尿素回流控制阀对尿素储存装置的尿素存放腔室的选择。
7.一种尾气后处理装置，包括依次连接的DOC、DPF和SCR以及SCR前排气温度控制系统，其特征在于：所述SCR前排气温度控制系统为权利要求1-6任意一项所述的SCR前排气温度控制系统。
8.一种SCR前排气温度控制方法，其特征在于：包括在非DPF热再生时，向DPF和SCR之间的降温通道内喷入非热再生用尿素溶液以使SCR催化剂正常发挥其催化性能；在DPF再生时，向DPF和SCR之间的降温通道内喷入浓度低于非热再生用尿素溶液的热再生用尿素溶液以降低排气温度而使SCR催化剂满足其使用温度。
9.根据权利要求8所述的SCR前排气温度控制方法，其特征在于：所述SCR前排气温度控制方法还包括在喷入热再生用尿素溶液之前对热再生用尿素溶液进行预热的步骤。
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Assignee: Gu'an dinos environmental protection equipment manufacturing Co., Ltd

Assignor: Henan University of science and technology

Contract record no.: X2021980011964

Denomination of invention: Tail gas post-treatment device, SCR front exhaust temperature control system and its control method

Granted publication date: 20200814

License type: Common License

Record date: 20211108

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