CN110160795B - 一种汽油发动机台架的尾气处理系统及其试验方法 - Google Patents

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Abstract

一种汽油发动机台架的尾气处理系统，包括尾排气试验模块及总管；所述尾排气试验模块包括排气管路，所述排气管路上依次布置有预催三元催化装置、主三元催化装置、消声器、DOC装置、分解管、SCR装置、高温风机、高温切断阀及水洗塔；高温风机的外部设有用于降低噪音的降噪屋，排气管路的末端与总管相联通；所述总管上依次设有金属毯过滤器、总风机、消音器；总管的末端与烟囱相通；本方案可将汽油机台架试验过程尾气中的有害气体处理到北京标准下可排放值；催化转化能力强、效率高；分解管采用束腰结构加快流速，降低尿素结晶风险；采用模块化结构，容易维修、可靠性好。

Description

一种汽油发动机台架的尾气处理系统及其试验方法
技术领域
本发涉及发动机试验系统，具体为汽油发动机台架的尾气处理系统及其试验方法。
背景技术
随着国家战略向环保、安居等方向的政策实施，涉及大气污染治理和环境保护的要求加强，对于发动机汽车尾气、内燃机排放污染物的控制要求日益加深，道路车辆的排放控制和检查被不断的严格要求起来。
位于各个汽车企业、研发中心、大专院校内，用于内燃机开发、试验，以及轮船、工程机械的全负载情况下的内燃机试验室，其排放污染物构成了所在地的污染源主要组成部分；试验过程中过载的内燃机苛刻试验中，其排放污染物远远超出了大气污染防治法的相关规定，给当地的节能减排带来了困扰
目前现有技术中的汽油发动机台架的尾气处理系统还存在如下问题： (1)对汽油机台架试验过程尾气中的有害气体处理能力不高，不能处理到北京标准下可排放值；(2)DOC与SCR分开使用，处理效率不高；(3)SCR 系统容易发生尿素结晶；(4)整体式设计，局部不能工作，就影响整个系统。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种有害气体处理能力强、效率高、不易发生尿素结晶的模块化汽油发动机台架的尾气处理系统。
本发明采用的技术方案是：一种汽油发动机台架的尾气处理系统，包括尾排气试验模块及总管；其特征在于：所述尾排气试验模块包括排气管路，所述排气管路上依次布置有预催三元催化装置、主三元催化装置、消声器、DOC装置、分解管、SCR装置、高温风机、高温切断阀及水洗塔；高温风机的外部设有用于降低噪音的降噪屋，排气管路的末端与总管相联通；所述总管上依次设有金属毯过滤器、总风机、消音器；总管的末端与烟囱相通；
所述DOC装置的两侧设有一号温度传感器和二号温度传感器所述SCR 装置上设有一号NOx传感器，
所述消声器和DOC装置之间的排气管路上还接有供风管路；供风管路上设有高温阀和供风单元；
SCR装置包括SCR系统、AMOX系统，所述分解管为束腰结构，其上端设有尿素喷射单元。
进一步的，所述总管上排气管路安装在高度方向有两层的实验室内，其中预催三元催化装置至DOC装置之间的排气管路位于实验室的第一层，其余排气管路位于实验室的第二层，所述总管位于实验室的第二层的上端面，
进一步的，所述高温风机的外部设置有降噪屋，所述降噪屋上设有一号压力传感器、三号温度传感器、二号NOx传感器；所述总管上设有四号温度传感器和三号NOx传感器。
进一步的，所述尾排气试验模块在总管上设置的数量不少于两个。
进一步的，所述排气管路及总管采用316不锈钢材质，其表面设有保温层，保温层上包覆铝皮。
进一步的，所述总风机还配有旁通风机，总风机和旁通风机均配有变频器和柜式空调。
进一步的，所述总管上设有使有色烟雾过滤为无色的DPF再生装置。
本发明的有益效果和特点是：
优点(1)可将汽油机台架试验过程尾气中的有害气体处理到北京标准下可排放值。(2)通过因此DOC与SCR组合可以将CO，HC，NOx处理完全，并且DOC放在前面可将尾气中的NO催化转化成NO2，SCR反应器里主要的催化还原反应物为NO2，因此DOC与SCR组合使用可提高SCR部分的催化转化效率。(3)分解管采用束腰结构加快流速，降低尿素结晶风险。(4) 采用模块化结构，可以避免处理过程中的浪费或无法承载。通过标准化模块结构能够处理各种体量的尾气，并且一个坏掉另一个还可以继续工作，只需要更换一个，节约了成本，工作可以继续进行提升了工作效率。
附图说明
图1是本发明较佳实施例的结构示意图；
图2是图1单个尾排气试验模块的局部结构示意图。
图3是本发明较佳实施例的总管增加DPF再生装置后的结构示意图。
图中标号分别表示：1-尾排气试验模块、2-总管、3-排气管路、4--预催三元催化装置、5-主三元催化装置、6-消声器、7-DOC装置、8-分解管、 9-SCR装置、10-高温风机、11-高温切断阀、12-水洗塔、13-金属毯过滤器、 14-总风机、15-消音器、16-降噪屋、17-旁通风机、18-烟囱、19-供风管路、 20-高温阀、21-供风单元、22-DPF再生装置、T1-一号温度传感器、T2-二号温度传感器、T3-一号NOx传感器、T4-一号压力传感器、T5-三号温度传感器、T6-二号NOX传感器、T7-四号温度传感器、T8-三号NOx传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明：
实施例1
请参照图1，图2，一种汽油发动机台架的尾气处理系统，包括尾排气试验模块1及总管2；所述尾排气试验模块1包括排气管路3，所述排气管路3及总管2采用316不锈钢材质，其表面设有保温层，保温层上包覆铝皮。
所述排气管路3上依次布置有预催三元催化装置4、主三元催化装置5、消声器6、DOC装置7、分解管8、SCR装置9、高温风机10、高温切断阀 11及水洗塔12；高温风机10的外部设有用于降低噪音的降噪屋16，排气管路3的末端与总管2相联通；所述总管2上依次设有金属毯过滤器13、总风机14、消音器15；总管2的末端与烟囱18相通；总管2的末端与烟囱18相通；所述总风机14还配有旁通风机17，总风机14和旁通风机17 均配有变频器和柜式空调。
所述DOC装置7的两侧设有一号温度传感器T1和二号温度传感器T2，所述SCR装置9上设有一号NOx传感器T3；
所述消声器6和DOC装置7之间的排气管路3上还接有供风管路19；供风管路19上设有高温阀20和供风单元21；
SCR装置9包括SCR系统91、AMOX系统92，所述分解管8为束腰结构，其上端设有尿素喷射单元81。
所述总管2上排气管路3安装在高度方向有两层的实验室内，其中预催三元催化装置4至DOC装置7之间的排气管路位于实验室的第一层，其余排气管路3位于实验室的第二层，所述总管2位于实验室的第二层的上端面。
实施例2
为了便于维修，本专利采用了模块化设计，本实施例和实施例1不同在于：所述尾排气试验模块1在总管2上设置的数量不少于两个，采用这种方式，一个模块坏掉另一个还可以继续工作，只需要更换一个，节约了成本，并且工作可以继续进行提升了工作效率。
实施例3
为了降低噪音，所述高温风机10的外部设置有降噪屋16，所述降噪屋 16上设有一号压力传感器T4、三号温度传感器T5、二号NOx传感器T6；所述总管2上设有四号温度传感器T7和三号NOx传感器T8。
实施例4
请参照图3，为了进一步减少污染排放，所述总管2上设有使有色烟雾过滤为无色的DPF再生装置22。
实施例5
该汽油发动机台架的尾气处理系统的试验方法为：当高温的汽车尾气通过尾排气试验模块1时，预催三元催化装置4和主三元催化装置5中的净化剂将增强CO、HC和NOx三种气体的活性，促使其进行一定的氧化-还原化学反应，其中CO在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体；HC化合物在高温下氧化成水和二氧化碳，NOx还原成氮气和氧气；
当汽油机排放的NOx浓度为10.00kg/h～24.36kg/h时，具体为尾气中的 CO，HC，NOx三种成分经预催三元催化装置4、主三元催化装置5处理后，还有大量的NOx排出，此时需要后面的SCR装置9通过喷射 34.934kg/h～36.934kg/h尿素进行还原反应，将多余的NOx转化为N2和 H2O；
当汽油机排放的气体NOx浓度低于10kg/h时，尾气中的CO，HC， NO三种成分经过预催三元催化装置4、主三元催化装置5处理后，CO和 HC没有处理完全，还有大量的剩余，此时需要后面的DOC装置7，将剩余的CO和HC氧化为CO2和H2O；其中DOC装置7可将尾气中的NO 催化转化成NO2，后面的SCR装置9通过喷射14.161kg/h～16.161kg/h尿素进行还原反应，SCR系统91里主要的催化还原反应物为NO2，DOC装置 7与SCR装置9组合使用可提高SCR部分的催化转化效率；
尿素溶液(尿素浓度为32.5％且溶剂为超纯水的尿素水溶液)通过尿素喷射单元81的尿素喷嘴直接喷入管道中；尿素溶液的注入量是由控制单元根据SCR装置9进出口NOX浓度、烟气温度测量值、烟气流量来控制的，尿素溶液注入管路的流量通过指令定量喷射；喷射出的尿素溶液或氨在分解管中首先与尾气进行混合，然后尿素溶液会被水解和热解；分解管8是一个多用途的分解管；采用束腰结构来加快气流速度，从而降低尿素溶液的结晶风险，同时利用这个束腰结构导致的压力变化来测量尾气的流量；在SCR系统91中尿素水解为氨气，而AMOX系统92的作用是防止和检测氨溢漏；在AMOX系统92中，氨被氧化成NOx并与未被氧化的氨进行反应生成水和氮气，从而去除尾气中的氨成分；在正常运行中，尿素的喷射会控制在一个保守的水平，SCR系统91本身的氨泄露不超过30ppm；另一方面，SCR系统91会存储一部分氨，这部分存储的氨在SCR系统91急剧升温的时候会被释放出来，造成暂时的超量氨泄露；这个超量氨泄露总量不大，但是瞬时量会很高；配备AMOX系统92后，这部分超量氨泄露会得到清除；
SCR系统91的效率与尾气温度密切相关，但是汽油机台架往往存在 800℃左右的高温，为满足脱硝的效率，在温度超过550℃时，打开高温阀 20，启动供风单元21，引入高压冷空气以达到降低尾气温度的作用，温度低于550℃后，再关闭高温阀和供风单元的高压风机；其中，供风单元的风机流量为50-60g/s，可以根据台架总排气量需求，同时启动1个或者2个以上的供风模块，以满足降温的风量要求；
另外，DOC装置7的效率与氧气浓度相关，当三元催化后的气体氧气量不足时，为去除多余的CO，CH，也需要供风管路19及时定量的引入新鲜空气；
每间试验室尾排系统采取闭环控制独立控制系统，同时，在试验区适当位置设置一上位机集中控制单元，并配备彩色显示屏，用于显示各台架的后处理装置的运行情况，比如：催化剂前后的NOX值、催化剂前后压差、排气流量、NOX/O2排放浓度(ppm)及速率(kg/h)、尿素消耗量(g/s)；显示主烟道(导流风机前)的NOX排放情况，包括总NOX实时排放速率(kg/h)、总NOX累计排放量(kg)、尿素累计消耗量(kg)等。
主控系统也可实现对整体后处理效率目标值的手动调整，以快速、方便地应对环保要求的变化。比如，在正常运行状态下，后处理系统净化效率设定为70％即可达到要求，如果环保要求有变化，则可通过主控系统快速进行调整(比如在大气状况不好时，应环保部门要求，净化效率快速调整设定为90％)。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的结构关系及原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种汽油发动机台架的尾气处理系统的试验方法，其特征在于包括: 当高温的汽车尾气通过尾排气试验模块（1）时，预催三元催化装置（4）和主三元催化装置（5）中的净化剂将增强CO、HC和NOx三种气体的活性，促使其进行一定的氧化-还原化学反应，其中CO在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体；HC化合物在高温下氧化成水和二氧化碳，NOx还原成氮气和氧气；
当汽油机排放的NOx浓度为10.00kg/h~24.36kg/h时，具体为尾气中的CO，HC，NOx三种成分经预催三元催化装置（4）、主三元催化装置（5）处理后，还有大量的NOx排出，此时需要后面的SCR装置（9）通过喷射34.934kg/h~36.934kg/h尿素进行还原反应，将多余的NOx转化为N2和H2O；
当汽油机排放的气体NOx浓度低于10kg/h时，尾气中的CO，HC，NO三种成分经过预催三元催化装置(4)、主三元催化装置(5)处理后，CO和HC没有处理完全，还有大量的剩余，此时需要后面的DOC装置(7)，将剩余的CO和HC氧化为CO2和H2O；其中DOC装置(7)可将尾气中的NO催化转化成NO2，后面的SCR装置(9)通过喷射14.161kg/h～16.161kg/h尿素进行还原反应，SCR系统(91)里主要的催化还原反应物为NO2，DOC装置(7)与SCR装置(9)组合使用可提高SCR部分的催化转化效率；
尿素溶液通过尿素喷射单元（81）的尿素喷嘴直接喷入管道中；尿素溶液的注入量是由控制单元根据SCR装置（9）进出口NOX浓度、烟气温度测量值、烟气流量来控制的，尿素溶液注入管路的流量通过指令定量喷射；喷射出的尿素溶液或氨在分解管中首先与尾气进行混合，然后尿素溶液会被水解和热解；分解管（8）是一个多用途的分解管；采用束腰结构来加快气流速度，从而降低尿素溶液的结晶风险，同时利用这个束腰结构导致的压力变化来测量尾气的流量；在SCR系统（91）中尿素水解为氨气，而AMOX系统（92）的作用是防止和检测氨溢漏；在AMOX系统（92）中，氨被氧化成NOx并与未被氧化的氨进行反应生成水和氮气，从而去除尾气中的氨成分；在正常运行中，尿素的喷射会控制在一个保守的水平，SCR系统（91）本身的氨泄露不超过30ppm；另一方面，SCR系统（91）会存储一部分氨，这部分存储的氨在SCR系统（91）急剧升温的时候会被释放出来，造成暂时的超量氨泄露；这个超量氨泄露总量不大，但是瞬时量会很高；配备AMOX系统（92）后，这部分超量氨泄露会得到清除；
SCR系统（91）的效率与尾气温度密切相关，但是汽油机台架往往存在800℃左右的高温，为满足脱硝的效率，在温度超过550℃时，打开高温阀（20），启动供风单元（21），引入高压冷空气以达到降低尾气温度的作用，温度低于550℃后，再关闭高温阀和供风单元的高压风机；其中，供风单元的风机流量为50-60g/s，根据台架总排气量需求，同时启动1个或者2个以上的供风模块，以满足降温的风量要求；
另外，DOC装置（7）的效率与氧气浓度相关，当三元催化后的气体氧气量不足时，为去除多余的CO，CH，也需要供风管路（19）及时定量的引入新鲜空气；
上述方法涉及的尾气处理系统，包括尾排气试验模块（1）及总管（2）；所述尾排气试验模块（1）包括排气管路（3），所述排气管路（3）上依次布置有预催三元催化装置（4）、主三元催化装置（5）、消声器（6）、DOC装置（7）、分解管（8）、SCR装置（9）、高温风机（10）、高温切断阀（11）及水洗塔（12）；高温风机（10）的外部设有用于降低噪音的降噪屋（16），排气管路（3）的末端与总管（2）相联通；所述总管（2）上依次设有金属毯过滤器（13）、总风机（14）、消音器（15）；总管（2）的末端与烟囱（18）相通；
所述DOC装置（7）的两侧设有一号温度传感器（T1）和二号温度传感器（T2），所述SCR装置（9）上设有一号NOx传感器（T3），
所述消声器（6）和DOC装置（7）之间的排气管路（3）上还接有供风管路（19）；供风管路（19）上设有高温阀（20）和供风单元（21）；
SCR装置（9）包括SCR系统（91）、AMOX系统（92），所述分解管（8）为束腰结构，其上端设有尿素喷射单元（81）。
2.根据权利要求1所述的汽油发动机台架的尾气处理系统的试验方法，其特征在于:所述总管（2）上排气管路（3）安装在高度方向有两层的实验室内，其中预催三元催化装置（4）至DOC装置（7）之间的排气管路位于实验室的第一层，其余排气管路（3）位于实验室的第二层，所述总管（2）位于实验室的第二层的上端面。
3.根据权利要求1所述的汽油发动机台架的尾气处理系统的试验方法，其特征在于:所述高温风机（10）的外部设置有降噪屋（16），所述降噪屋（16）上设有一号压力传感器（T4）、三号温度传感器（T5）、二号NOx传感器（T6）；所述总管（2）上设有四号温度传感器（T7）和三号NOx传感器（T8）。
4.根据权利要求1所述的汽油发动机台架的尾气处理系统的试验方法，其特征在于:所述尾排气试验模块（1）在总管（2）上设置的数量不少于两个。
5.根据权利要求1所述的汽油发动机台架的尾气处理系统的试验方法，其特征在于:所述排气管路（3）及总管（2）采用316不锈钢材质，其表面设有保温层，保温层上包覆铝皮。
6.根据权利要求1所述的汽油发动机台架的尾气处理系统的试验方法，其特征在于:所述总风机（14）还配有旁通风机（17），总风机（14）和旁通风机（17）均配有变频器和柜式空调。
7.根据权利要求1所述的汽油发动机台架的尾气处理系统的试验方法，其特征在于:所述总管（2）上设有使有色烟雾过滤为无色的DPF再生装置（22）。
8.根据权利要求1所述的汽油发动机台架的尾气处理系统的试验方法，其特征在于：所述尿素溶液为尿素浓度为32.5%且溶剂为超纯水的尿素水溶液。
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