CN114961932B - 一种衬套式scr装置的温度控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种衬套式SCR装置的温度控制系统及方法，SCR装置的一端设有废气进主流道，SCR装置的另一端设有废气出主流道，在废气进主流道上设有尿素喷嘴，其特征在于，还包括一个套装在SCR装置外的衬套，在所述的衬套内以及SCR装置侧壁上设有废气入孔，废气进主流道通过排气支路、衬套内的废气入孔与SCR装置侧壁上的废气入孔连通，且在排气支路上设置流量控制阀。本发明提出的SCR装置，通过排气支路将高温排气引入SCR装置外壁衬套，提升壁温的同时阻止尿素液滴附壁，从根源上解决结晶问题；本发明提出的控制方法，通过控制阀门开度控制流量分配比例，消除SCR装置内轴向温度梯度，提升SCR装置的催化效率。

Description

一种衬套式SCR装置的温度控制系统及方法
技术领域
本发明属于SCR装置温度控制领域，具体涉及一种衬套式SCR装置的温度控制方法。
背景技术
现有的技术标准中对NOx的排放要求0.46g/kWh，排放要求愈加严格，所需的尿素喷射量增多；对现有的后处理SCR装置来说，尿素的喷射量超过了混合器短时间内所能蒸发的尿素溶液的限值，尿素喷雾粒径没有及时分解，从而导致混合器的表面形成液膜，液膜蒸发变质后堆积在管壁或者混合器上会形成结晶，结晶的风险大大增加。尿素结晶会导致SCR的转化效率不足、排气管堵塞，还可能引起催化剂中毒，降低催化剂的使用寿命，拔高了法规了风险，影响了客户使用，同时可能会造成严重的经济损失。
SCR的转化效率受温度影响较大，在催化剂的工作范围内氮氧化物的转化效率可达90%以上，当废气温度低于250℃时，NOx转化效率较高，如果SCR系统的标定效率较高，则容易产生尿素结晶；当废气温度大于500℃时，NOx转化效率会降低到50%以下，同时有可能造成催化剂过热损伤。传统SCR装置较长，排气温度沿轴向递减，导致后端NOx转化效率递减，边缘处的载体利用率低；空速较高时废气在SCR装置内停留时间较短，NOx转化效率低。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种衬套式SCR装置的温度控制系统及方法。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明的实施例提供了一种衬套式SCR装置的温度控制系统， SCR装置的一端设有废气进主流道，SCR装置的另一端设有废气出主流道，在废气进主流道上设有尿素喷嘴，其特征在于，还包括一个套装在SCR装置外的衬套，在所述的衬套内以及SCR装置侧壁上设有废气入孔，废气进主流道通过排气支路、衬套内的废气入孔与SCR装置侧壁上的废气入孔连通，且在排气支路上设置流量控制阀。
本发明提出带流量控制阀的外加衬套内开孔的SCR装置，通过排气支路将高温废气引入SCR外壁衬套，提升壁温的同时阻止尿素液滴附壁，从根源上解决结晶问题。
第二方面，本发明实施例还提供了一种衬套式SCR装置的温度控制系统的控制方法，如下：
获取后处理处的废气空速v，当废气进主流道上的废气空速大于阈值v0时，调节流量控制阀开度，增大支路废气流量，降低主路空速，增加废气在SCR装置内的停留时间，提高废气中NOx的转化效率；
当废气空速v低于阈值v0时，且壁面温度T3小于莱顿弗罗斯温度时，开大流量控制阀，使得壁面温度快速地提高至莱顿弗罗斯特温度；
当壁面温度T3大于莱顿弗罗斯温度时，根据SCR上下游温度T1、T2的关系，调节开阀的大小，通过调整流经壁面的废气流量的大小，使得SCR上下游温度尽可能相近。
本发明提出的SCR外壁温度控制方法，通过控制阀门开度控制流量分配比例，消除SCR内轴向温度梯度，提升SCR的催化效率。
上述本发明的实施例的有益效果如下：
对衬套式SCR装置，用排气支路将高温排气引入外壁衬套，通过阀门开度控制支路废气流量。支路废气的存在，会阻止尿素液滴附壁，消除壁面结晶。根据后处理处的空速与SCR装置上下游和壁面的温度，根据计算得到精确的阀开度，进而精确控制SCR装置后端的温度，减小SCR装置内部的轴向温度差，使得SCR装置处于催化剂反应范围内，提高SCR装置的整体转化效率。当空速较大时，调节流量控制阀开度，增大支路废气流量，降低主路空速，提高发动机尾气在SCR装置内的停留时间，使得尾气中NOx的转化效率达到最高。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明提出的控制方法流程图；
图2是本发明的衬套式SCR装置示意图；
图中，1：发动机尾排废气，2：尿素喷嘴，3：流量控制阀，4：废气入孔5：衬套，m1:主流道废气质量流量，m2:衬套处支路废气质量流量，T1：SCR上游温度传感器，T2：SCR下游温度传感器，T3：SCR壁面处温度传感器。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
术语解释部分: 本实施例中的SCR装置：选择性催化还原，通常是用氨气（NH3）、尿素或烃类物质等为还原剂，通过催化器时在催化剂的作用下选择性的将排放尾气中的污染物 NOx 转化为氮气和水的一种降低柴油机排放污染物的后处理装置。
NOx：氮氧化物。
尿素结晶现象：尿素的喷射量超过混合器短时间内所能蒸发的尿素溶液的限值，从而导致混合器表面形成液膜，液膜蒸发变质后形成结晶。
混合器：在其内部使得尿素溶液蒸发与发动机排气混合。
载体：混合后的尿素与排气中的氮氧化物在载体的催化剂作用下发生氧化还原反应。
空速：表征进入SCR装置的气体流速。
ECU：电子控制单元，接受传感器信号，控制执行器开度等。
莱顿弗罗斯特温度：莱顿弗罗斯特现象是指液体不会润湿炙热的表面，而仅仅在其上形成蒸汽层将液体与表面隔开，能够形成此现象的临界温度即为莱顿弗罗斯特温度。
单向阀：流体只能从进口流入，而无法回流。
下面结合图2对本实施例公开的控制系统进行详细说明：
本实施例中的衬套式SCR装置控制系统，包括衬套、SCR装置等，在SCR装置一端（对应附图2中的左端）设有废气进主流道，SCR装置的另一端（对应附图2中的右端）设有废气出主流道，在废气进主流道上设有尿素喷嘴2，进一步，本实施例公开的衬套式SCR装置是在原有SCR装置的基础上，在SCR装置外围添加一层衬套5，同时在衬套5内部设有废气流入通道，在SCR装置的壁面上也打孔有若干废气入孔4，使得发动机排气1不止可以通过主流道进入SCR装置内部，也可以通过衬套、壁面上的排气支路，进入到SCR装置内部，同时在进入衬套的排气支路上加流量控制阀3，流量控制阀3可以控制通过衬套从壁面进入SCR装置的气体占比（m2/m1+m2）；
打开流量控制阀3，一部分排气通过排气支路经过衬套5内的废气流入通道以及SCR装置壁面上的孔进入SCR装置内部，通过壁面的排气可以将壁面处附着的尿素小液滴吹起，防止尿素附着壁面结晶。
进一步的，上述设置在SCR装置侧壁上的废气入孔包括若干个，若干个废气入孔与衬套内的孔连通，一部分排气通过排气支路经过衬套5以及SCR装置壁面上的孔进入SCR装置内部。
进一步的，上述控制系统还包括第一温度传感器，其设置在SCR装置上游，用于检测SCR装置上游的温度。
进一步的，上述控制系统还包括第二温度传感器，其设置在SCR装置下游，用于检测SCR装置下游的温度。
进一步的，上述控制系统还包括第三温度传感器，用于检测SCR装置壁面处的温度。
进一步的，上述控制系统还包括控制器，控制器接收第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器采集的温度，且根据接收的温度值来控制流量控制阀，此处的控制器可以是现有的单片机控制器、PLC控制器或者其他控制器等或者是现有的车辆上的车载ECU。
进一步的，本实施例中的流量控制阀3还可以换成单向阀或者其他装置来对排气流量进行分配的装置。
上述系统对应的具体的控制方法如下：
从ECU处获取后处理处的气体空速v，SCR装置的壁面温度T3，SCR装置的上游温度T1，SCR装置的下游温度T2；
在排气主路上的气体空速较高且大于阈值v0时，调节流量控制阀3开度，增大排气支路的废气流量，降低排气主路的空速，增加废气在SCR装置内的停留时间，来提高废气中NOx的转化效率；而当气体空速v较低且低于阈值v0时，壁面温度T3小于莱顿弗罗斯温度时，开大流量控制阀3，使得壁面温度快速地提高至莱顿弗罗斯特温度，减小甚至消除尿素在壁面处的附着，结晶的风险大大减小；
当壁面温度T3大于莱顿弗罗斯温度时，根据SCR装置上下游温度T1、T2的关系，来调节流量控制阀3的开阀大小，通过调整流经壁面的废气流量的大小，使得SCR装置上下游温度尽可能相近，即认为SCR装置内部温度在轴向上是均匀的，消除轴向温度梯度，提高SCR装置整体的温度均匀性，进而提高NOx的整体转化效率。
要确保发动机尾排废气在SCR装置中充分反应，由衬套、壁面处进入SCR装置的气体占比不超过30%，即m2/（m1+m2）<30%。
本发明中控制逻辑主要是通过气体空速与SCR上下游温度和壁面温度来对流量控制阀进行控制，也可以通过其他变量，如发动机转速、喷油量等来对流量控制阀进行控制，同样达到调节阀开度来分配排气流量的目的。
本发明对衬套式SCR装置，用排气支路将高温排气引入外壁衬套，通过阀门开度控制支路废气流量。排气支路的存在，会阻止尿素液滴附壁，消除壁面结晶。根据后处理处的气体空速v与SCR装置上下游温度以及壁面的温度，根据计算得到精确的阀开度，进而精确控制SCR装置后端的温度，减小SCR装置内部的轴向温度差，使得SCR装置处于催化剂反应范围内，提高SCR装置的整体转化效率。当空速较大时，调节流量控制阀开度，增大支路废气流量，降低主路空速，提高发动机尾气在SCR装置内的停留时间，使得尾气中NOx的转化效率达到最高。
最后还需要说明的是，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种衬套式SCR装置的温度控制系统， SCR装置的一端设有废气进主流道，SCR装置的另一端设有废气出主流道，其特征在于，还包括一个套装在SCR装置外的衬套，在所述的衬套内以及SCR装置侧壁上设有废气入孔，废气进主流道一侧通过排气支路、衬套内的废气入孔与SCR装置侧壁上的废气入孔连通，且在排气支路上设置流量控制阀。
2.如权利要求1所述的衬套式SCR装置的温度控制系统，其特征在于，所述的废气入孔包括若干。
3.如权利要求1所述的衬套式SCR装置的温度控制系统，其特征在于，还包括第一温度传感器，用于检测SCR装置上游的温度。
4.如权利要求3所述的衬套式SCR装置的温度控制系统，其特征在于，还包括第二温度传感器，用于检测SCR装置下游的温度。
5.如权利要求4所述的衬套式SCR装置的温度控制系统，其特征在于，还包括第三温度传感器，用于检测SCR装置壁面处的温度。
6.如权利要求5所述的衬套式SCR装置的温度控制系统，其特征在于，还包括控制器，所述的控制器接收第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器采集的温度，且控制流量控制阀。
7.一种利用权利要求1-6任一所述的衬套式SCR装置的温度控制系统进行温度控制的方法，其特征在于，如下：
获取废气空速v，当废气进主流道上的废气空速大于阈值v0时，调节流量控制阀开度，增大排气支路上废气流量，降低主路空速，增加废气在SCR装置内的停留时间，提高废气中NOx的转化效率；
当废气空速v低于阈值v0时，且壁面温度T3小于莱顿弗罗斯温度时，开大流量控制阀，使得壁面温度快速地提高至莱顿弗罗斯特温度；
当壁面温度T3大于莱顿弗罗斯温度时，根据SCR装置上下游温度T1、T2的关系，调节流量控制阀的大小，通过调整流经SCR装置壁面的废气流量的大小，使得SCR装置上下游温度尽可能相近；
所述的空速为表征进入SCR装置的气体流速。
8.如权利要求7所述的衬套式SCR装置的温度控制系统的控制方法，其特征在于，由衬套、SCR装置壁面处进入SCR装置的气体占比不超过总进气量的30%。
9.如权利要求7所述的衬套式SCR装置的温度控制系统的控制方法，其特征在于，所述的SCR装置上下游温度T1、T2各自通过温度传感器获得。
10.如权利要求7所述的衬套式SCR装置的温度控制系统的控制方法，其特征在于，所述的SCR装置的壁面温度T3通过温度传感器获得。
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