CN214660453U - 双催化剂尾气处理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种双催化剂尾气处理系统，包括控制器以及沿尾气出气方向排列的进气管、第一催化剂单元和第二催化剂单元，所述第一催化剂单元包括第一尿素喷射装置、DOC、第二尿素喷射装置和第一SCR，第二催化剂单元包括DPF、通过三通管与DPF相连的燃烧器、第二SCR以及位于第二SCR上游的第三尿素喷射装置；所述控制器分别与第一尿素喷射装置、DOC、第二尿素喷射装置、第一SCR、DPF、燃烧器、第二SCR和第三尿素喷射装置相电连接并控制其启闭。本实用新型在第一催化剂单元中布置有DOC，可以对低温尾气进行高效的脱销处理而不需要对尾气进行加热，从而大大降低了系统的能耗。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种尾气处理系统，尤其涉及一种双催化剂尾气处理系统。
背景技术
随着排放法规的趋严，对排放技术的要求也越来越高。对于稀薄燃烧压燃式发动机说，目前主要的排放物包括碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、碳烟颗粒物(PM)和氮氧化合物(NOx)，而排放后处理技术主要包括：氧化催化(DOC)技术、颗粒捕捉器(DPF)技术、选择性催化还原(SCR)技术以及废气再循环(EGR)技术。在这些排放后处理技术中，DOC主要用于降低HC和CO的排放，同时增加SCR的低温脱硝效率(deNOx Efficiency)，DPF则用于去除尾气中的PM。EGR和SCR都用于降低尾气中的NOx；EGR通过降低发动机内的峰值燃烧温度降低NOx的排放，而SCR可以通过选择性地促进还原剂与NOx的反应来去除尾气中的NOx。
在发动机的排放后处理技术中，DOC和SCR都有一定的工作温度区间。对于DOC来说，只有高于一定的起燃温度(Light-off Temperature)，尾气中的HC和CO才会氧气发生可观的反应，产生去除效果，而SCR的工作温度一般在190度至450度的区间(不同催化剂工作温度区间会略有不同)。
为了获得较高的转换效率，需要将尾气的温度控制在催化剂的高效温度区间中；而一般的尾气处理系统是将DPF布置在DOC的下游，而SCR布置在DPF的下游。这样的布局有利于DPF的被动再生，即有较多的NOx会流经DPF与其中的碳烟发生反应，同时也会使通过SCR的尾气比较干净，不容易在催化剂上附着碳烟。但这样的布局会因为DPF吸热而降低到达SCR的尾气温度，不利于低温尾气下去除NOx，尤其是在DPF温度比较低的情况下，比如冷机启动。而通常为了快速提升SCR的温度，往往需要对尾气进行加热，而这又增加了系统的耗能。若将DPF置于SCR下游虽可以加快SCR的升温过程，但由于SCR的脱销作用，会缺乏NOx，从而降低被动再生效果，因此不能依靠被动再生来完成DPF的碳烟清理；而主动再生通常是加热通过DPF的尾气温度，加热所需的能量随着尾气流量的增加而增加，因此当尾气流量很大时，这部分耗能会显著增加。
因而，亟需解决上述问题。
实用新型内容
实用新型目的：本实用新型的目的是提供一种无需对尾气进行加热即可实现低温尾气的高效脱硝处理的双催化剂尾气处理系统。
技术方案：为实现以上目的，本实用新型公开了一种双催化剂尾气处理系统，包括控制器以及沿尾气出气方向排列的进气管、第一催化剂单元和第二催化剂单元，所述第一催化剂单元包括沿尾气出气方向排列的第一尿素喷射装置、DOC、第二尿素喷射装置和第一SCR，第二催化剂单元包括DPF、通过三通管与DPF相连的燃烧器、第二SCR以及位于第二SCR上游的第三尿素喷射装置；所述控制器分别与第一尿素喷射装置、DOC、第二尿素喷射装置、第一SCR、DPF、燃烧器、第二SCR和第三尿素喷射装置相电连接并控制其启闭。
其中，所述DPF位于第三尿素喷射装置的上游，DPF、第一SCR和燃烧器通过三通管相连通。
优选的，所述DPF位于第二SCR的下游，DPF、第二SCR和燃烧器通过三通管相连通。
再者，当DPF位于第二SCR的上游时第一SCR的体积为V1，当DPF位于第二SCR的下游时第一SCR的体积为V2，V1大于V2。
优选的，所述第一尿素喷射装置包括沿尾气出气方向排列于进气管和DOC之间的第一分解管和第一混合器，第一分解管上设有第一尿素喷嘴。
再者，所述第二尿素喷射装置包括沿尾气出气方向排列于DOC和第一SCR之间的第二分解管和第二混合器，第二分解管上设有第二尿素喷嘴。
进一步，所述第三尿素喷射装置包括沿尾气出气方向排列于第二SCR上游的第三分解管和第三混合器，第三分解管上设有第三尿素喷嘴。
优选的，所述DOC参与催化反应时第一SCR的体积为V3，相同脱硝效率下DOC不参与催化反应时第一SCR的体积为V4，V3小于V4。
再者，所述DOC的工作温度下限值低于第一SCR和第二SCR的工作温度下限值，DOC的工作温度上限值高于第一SCR和第二SCR的工作温度下限值，DOC的工作温度上限值低于第一SCR和第二SCR的工作温度上限值。
有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
(1)、本实用新型在第一催化剂单元中布置有DOC，可以对低温尾气进行高效的脱销处理而不需要对尾气进行加热，从而大大降低了系统的能耗；
(2)、本实用新型中利用DOC、第一SCR和第二SCR的工作温度区间和位置关系，实现接力式脱硝作用，使得除很短的起温时间段以外，有至少两组脱销催化剂参与工作，提高了系统的可靠性和效率；
(3)、本实用新型增设燃烧器，利用燃烧器的主动再生使得DPF可以置于SCR下游，系统布置更加灵活。
附图说明
图1为本实用新型中实施例1的结构示意图；
图2为本实用新型中实施例2的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。
实施例1
如图1所示，为了能够高效地去除尾气中的排放物，本实施例1一种双催化剂尾气处理系统，包括控制器、进气管、第一催化剂单元和第二催化剂单元，其中进气管、第一催化剂单元和第二催化剂单元沿尾气出气方向依次排列。
第一催化剂单元包括第一尿素喷射装置、DOC2、第二尿素喷射装置和第一SCR3，其中第一尿素喷射装置、DOC2、第二尿素喷射装置和第一SCR3沿尾气出气方向依次排列。第一尿素喷射装置包括第一分解管9和第一混合器10，其中第一分解管9和第一混合器10沿尾气出气方向排列于进气管1和DOC2之间。第一分解管9上设有第一尿素喷嘴11，尿素溶液由第一尿素喷嘴11喷出，进入第一分解管中并分解成氨气，喷射出的尿素溶液的液滴在第一混合器内被打碎，打碎的液滴与尾气均匀混合；第一尿素喷射装置喷射尿素，利用DOC金属铂的低温催化特性实现低温的高效去除NOx，工作温度区间由DOC的具体特性确定，DOC工作温度区间可为150℃到250℃；第二尿素喷射装置包括第二分解管12和第二混合器13,第二分解管12和第二混合器13沿尾气出气方向排列于DOC2和第一SCR3之间，第二分解管12上设有第二尿素喷嘴14，尿素溶液由第二尿素喷嘴14喷出的，进入第二分解管中并被分解成氨气，喷射出的尿素溶液的液滴在第二混合器内被打碎，打碎的液滴与尾气均匀混合；当第一SCR温度上升超过第一SCR工作温度下限值后，这个工作温度下限值可为190℃，第一SCR上游的第二尿素喷射装置开始工作喷射尿素。
第二催化剂单元包括三通管5、与三通管5的一管口相连的燃烧器6、与三通管5的另一管口相连的DPF、第三尿素喷射装置和第二SCR，其中三通管5、燃烧器6、DPF、第三尿素喷射装置和第二SCR沿尾气出气方向依次排列。DPF4、第一SCR3和燃烧器6通过三通管5相连通，燃烧器6的出口处设有开断阀8，第三尿素喷射装置包括第三分解管15和第三混合器16，第三分解管15和第三混合器16沿尾气出气方向排列于第二SCR7上游。第三分解管15上设有第三尿素喷嘴17，尿素溶液由第三尿素喷嘴17喷出，进入第三分解管中并被分解成氨气，喷射出的尿素溶液的液滴在第三混合器内被打碎，打碎的液滴与尾气均匀混合；当第二SCR温度上升超过第二SCR工作温度下限值后，这个工作温度下限值可为190℃，第二SCR上游的第三尿素喷射装置开始工作喷射尿素。本实用新型中DOC的工作温度下限值低于第一SCR工作温度下限值，DOC的工作温度下限值低于第二SCR的工作温度下限值，DOC的工作温度上限值高于第一SCR工作温度下限值，DOC的工作温度上限值高于第二SCR的工作温度下限值，DOC的工作温度上限值低于第一SCR工作温度上限值，DOC的工作温度上限值低于第二SCR的工作温度上限值。当DOC内当前温度高于DOC的工作温度下限值时启动第一尿素喷射装置，DOC发生催化反应；当第一SCR当前温度上升至第一SCR的工作温度下限值时启动第二尿素喷射装置，第一SCR发生催化反应；当第二SCR当前温度上升至第二SCR的工作温度下限值时启动第三尿素喷射装置，第二SCR发生催化反应；当DOC内当前温度高于DOC的工作温度上限值时关闭第一尿素喷射装置，DOC不发生催化反应。本实用新型除了DOC的工作温度下限值到第一SCR的工作温度下限值这段区间，仅有DOC进行脱硝作用，其余温度段均至少有两组催化剂进行脱硝作用，前一段至少有DOC和第一SCR进行脱硝作用，后一段至少有第一SCR和第二SCR进行脱硝作用，多组催化剂接力参与脱硝反应可极大的提升了整体的脱销效率。
本实用新型中第一尿素喷射装置、第二尿素喷射装置和第三尿素喷射装置三组独立工作，由控制器单独进行控制。控制器分别与第一尿素喷射装置、DOC2、第二尿素喷射装置、第一SCR3、DPF4、燃烧器6、第二SCR7和第三尿素喷射装置相电连接并控制其启闭。当发动机开始工作后，在尾气作用下，首先DOC内的温度开始上升，当温度上升至DOC工作温度下限值(比如起燃温度150℃)以上时，控制器控制DOC上游的第一尿素喷射装置开始工作，并喷出尿素溶液经过裂解和热解产生氨气，而后氨气与尾气中的NOx在DOC中铂催化剂的作用下发生反应；随着DOC内的温度的升高，第一SCR内的温度也开始上升，当第一SCR上升超过第一SCR工作温度下限值(比如190℃)时，控制器控制DOC与第一SCR之间的第二尿素喷射装置开始工作，第一SCR开始催化反应产生脱硝作用；当尾气温度进一步升高超过DOC工作温度上限值(比如250℃)时，控制器控制DOC上游的第一尿素喷射装置关闭，以避免氨气被氧化成NOx，造成污染；同时当第二SCR温度超过第二SCR工作温度下限值(比如190℃)时，控制器控制第二SCR上游的第三尿素喷射装置开始工作，第二SCR开始催化反应进行脱硝作用。
在本实用新型的双催化剂尾气处理系统中，脱硝作用有个“接力”的过程：首先在低温段(比如150℃)开始，DOC开始催化反应，然后第一SCR开始催化反应，最后第二SCR进行催化反应，而当温度高于高温限值(比如250℃)时，DOC停止催化反应，第一SCR和第二SCR成为主力脱硝催化剂。在本实用新型中，脱硝“接力”过程使得从低温到高温都有两组催化剂在参与脱销，因此可以在尾气温度较低的应用环境下，不通过加热尾气就能够实现高效率的催化作用，从而大大降低了系统的能耗。
DOC2参与催化反应时第一SCR3的体积为V3，相同脱硝效率下DOC2不参与催化反应时第一SCR3的体积为V4，V3小于V4。因此第一SCR也可以设置为只在温升的过程中起主要作用，在尾气温升过程中，由于有DOC的帮助，同时尾气流量也较低，对第一SCR的效率要求可以适当降低；如此在相同脱硝效率下可以将减小第一SCR体积以降低背压；如此在第一SCR体积减小的系统中，温度上升后，第二SCR是主力催化剂，第一SCR起辅助作用。
当DPF布置在第二SCR上游时，可以在尾气温度上升后关闭第一SCR上游的第二尿素喷射装置而充分利用被动再生去除DPF中的碳烟，但由于DPF本身的热容作用，第二SCR的升温会较慢，为了防止脱硝“接力”过程可能会出现的“漏接”的现象，即升温过程中出现脱硝效率的低谷，需要加大第一SCR的体积，即此时第一SCR3的体积为V1。
实施例2
如图2所示，为了能够高效地去除尾气中的排放物，本实施例2一种双催化剂尾气处理系统，包括控制器、进气管、第一催化剂单元和第二催化剂单元，其中进气管、第一催化剂单元和第二催化剂单元沿尾气出气方向依次排列。
第一催化剂单元包括第一尿素喷射装置、DOC2、第二尿素喷射装置和第一SCR3，其中第一尿素喷射装置、DOC2、第二尿素喷射装置和第一SCR3沿尾气出气方向依次排列。第一尿素喷射装置包括第一分解管9和第一混合器10，第一分解管9和第一混合器10沿尾气出气方向排列于进气管1和DOC2之间。第一分解管9上设有第一尿素喷嘴11，尿素溶液由第一尿素喷嘴11喷出，进入第一分解管中被分解成氨气，喷射出的尿素溶液的液滴在第一混合器内被打碎，打碎的液滴与尾气均匀混合；第一尿素喷射装置喷射尿素，利用DOC金属铂的低温催化特性实现低温的高效去除NOx，工作温度区间由DOC的具体特性确定，DOC工作温度区间可为150℃到250℃；第二尿素喷射装置包括第二分解管12和第二混合器13，第二分解管12和第二混合器13沿尾气出气方向排列于DOC2和第一SCR3之间。第二分解管12上设有第二尿素喷嘴14，尿素溶液由第二尿素喷嘴14喷出，进入第二分解管中被分解成氨气，喷射出的尿素溶液的液滴在第二混合器内被打碎，打碎的液滴与尾气均匀混合；当第一SCR温度上升超过第一SCR工作温度下限值后，这个工作温度下限值可为190℃，第一SCR上游的第二尿素喷射装置开始工作喷射尿素。
第二催化剂单元包括第三尿素喷射装置、第二SCR、三通管5、与三通管5的一管口相连的燃烧器6和与三通管5的另一管口相连的DPF，第三尿素喷射装置、第二SCR、三通管5、燃烧器6和DPF沿尾气出气方向依次排列。DPF4、第二SCR7和燃烧器6通过三通管5相连通，燃烧器6的出口处设有开断阀8，第三尿素喷射装置包括第三分解管15和第三混合器16，第三分解管15和第三混合器16沿尾气出气方向排列于第一SCR3和第二SCR7之间，第三分解管15上设有第三尿素喷嘴17，尿素溶液由第三尿素喷嘴17喷出，进入第三分解管中并会分解成氨气，喷射出的尿素溶液的液滴在第三混合器内被打碎，打碎的液滴与尾气均匀混合；当第二SCR温度上升超过第二SCR工作温度下限值后，这个工作温度下限值可为190℃，第二SCR上游的第三尿素喷射装置开始工作喷射尿素。本实用新型中DOC的工作温度下限值低于第一SCR的工作温度下限值，DOC的工作温度下限值低于第二SCR的工作温度下限值，DOC的工作温度上限值高于第一SCR的工作温度下限值，DOC的工作温度上限值高于第二SCR的工作温度下限值，DOC的工作温度上限值低于第一SCR的工作温度上限值，DOC的工作温度上限值低于第二SCR的工作温度上限值。当DOC内温度高于DOC的工作温度下限值时启动第一尿素喷射装置，DOC发生催化反应；当第一SCR温度上升至第一SCR的工作温度下限值时启动第二尿素喷射装置，第一SCR发生催化反应；当第二SCR温度上升至第二SCR的工作温度下限值时启动第三尿素喷射装置，第二SCR发生催化反应；当DOC内温度高于DOC的工作温度上限值时关闭第一尿素喷射装置，DOC不发生催化反应。本实用新型除了DOC的工作温度下限值到第一SCR的工作温度下限值这段区间，仅有DOC进行脱硝作用，其余均至少有两组催化剂进行脱硝作用，前一段至少有DOC和第一SCR进行脱硝作用，后一段至少有第一SCR和第二SCR进行脱硝作用，如此多组催化剂接力参与脱硝反应极大的提升了整体的脱销效率。
本实用新型中第一尿素喷射装置、第二尿素喷射装置和第三尿素喷射装置三组独立工作，由控制器单独进行控制。控制器分别与第一尿素喷射装置、DOC2、第二尿素喷射装置、第一SCR3、DPF4、燃烧器6、第二SCR7和第三尿素喷射装置相电连接并控制其启闭。当发动机开始工作后，在尾气作用下，首先DOC温度开始上升，当温度上升至DOC工作温度下限值(比如起燃温度150℃)以上时，控制器控制DOC上游的第一尿素喷射装置开始工作，并喷出尿素溶液经过裂解和热解产生氨气，而后氨气与尾气中的NOx在DOC中铂催化剂的作用下发生反应；随着DOC温度的升高，第一SCR温度也开始上升，当第一SCR上升超过第一SCR工作温度下限值(比如190℃)时，控制器控制DOC与第一SCR之间的第二尿素喷射装置开始工作，第一SCR开始产生脱硝作用；当尾气温度进一步升高超过DOC工作温度上限值(比如250℃)时，控制器控制DOC上游的第一尿素喷射装置关闭，以避免氨气被氧化成NOx；同时当第二SCR温度超过第二SCR工作温度下限值(比如190℃)时，控制器控制第二SCR上游的第三尿素喷射装置开始工作，第二SCR开始进行脱硝作用。
在本实用新型的双催化剂尾气处理系统中，脱硝作用有个“接力”的过程：首先在低温段(比如150℃)开始，DOC开始工作，然后第一SCR开始工作，最后第二SCR工作，而当温度高于高温限值(比如250℃)时，DOC停止工作，第一SCR和第二SCR成为主力脱硝催化剂。在本实用新型中，脱硝“接力”过程使得从低温到高温都有两组催化剂在参与脱销，因此可以在尾气温度较低的应用环境下，不通过加热尾气就能够实现高效率的催化作用，从而大大降低了系统的能耗。
DOC2参与催化反应时第一SCR3的体积为V3，相同脱硝效率下DOC2不参与催化反应时第一SCR3的体积为V4，V3小于V4。因此第一SCR也可以设置为只在温升的过程中起主要作用，在尾气温升过程中，由于有DOC的帮助，同时尾气流量也较低，对第一SCR的效率要求可以适当降低；如此在相同脱硝效率下可以将减小第一SCR体积以降低背压；如此在第一SCR体积减小的系统中，温度上升后，第二SCR是主力催化剂，第一SCR起辅助作用。当DPF布置在第二SCR下游时第一SCR的体积可以减小，即此时第一SCR3的体积为V2，实施例1中第一SCR3的体积为V1大于实施例2中第一SCR3的体积V2。本实用新型的系统布置更加灵活，可适用多种需求。
Claims (9)
1.一种双催化剂尾气处理系统，其特征在于：包括控制器、进气管、第一催化剂单元和第二催化剂单元，其中进气管、第一催化剂单元和第二催化剂单元沿尾气出气方向依次排列；所述第一催化剂单元包括沿尾气出气方向依次排列的第一尿素喷射装置、DOC(2)、第二尿素喷射装置和第一SCR(3)，第二催化剂单元包括DPF(4)、通过三通管(5)与DPF相连的燃烧器(6)、第二SCR(7)以及位于第二SCR上游的第三尿素喷射装置；所述控制器分别与第一尿素喷射装置、DOC(2)、第二尿素喷射装置、第一SCR(3)、DPF(4)、燃烧器(6)、第二SCR(7)和第三尿素喷射装置相电连接并控制其启闭。
2.根据权利要求1所述的双催化剂尾气处理系统，其特征在于：所述DPF(4)位于第三尿素喷射装置的上游，DPF(4)、第一SCR(3)和燃烧器(6)通过三通管(5)相连通。
3.根据权利要求1所述的双催化剂尾气处理系统，其特征在于：所述DPF(4)位于第二SCR(7)的下游，DPF(4)、第二SCR(7)和燃烧器(6)通过三通管(5)相连通。
4.根据权利要求1所述的双催化剂尾气处理系统，其特征在于：当DPF(4)位于第二SCR(7)的上游时第一SCR(3)的体积为V1，当DPF(4)位于第二SCR(7)的下游时第一SCR(3)的体积为V2，V1大于V2。
5.根据权利要求1所述的双催化剂尾气处理系统，其特征在于：所述第一尿素喷射装置包括沿尾气出气方向排列于进气管(1)和DOC(2)之间的第一分解管(9)和第一混合器(10)，第一分解管(9)上设有第一尿素喷嘴(11)。
6.根据权利要求1所述的双催化剂尾气处理系统，其特征在于：所述第二尿素喷射装置包括沿尾气出气方向排列于DOC(2)和第一SCR(3)之间的第二分解管(12)和第二混合器(13)，第二分解管(12)上设有第二尿素喷嘴(14)。
7.根据权利要求1所述的双催化剂尾气处理系统，其特征在于：所述第三尿素喷射装置包括沿尾气出气方向排列于第二SCR(7)上游的第三分解管(15)和第三混合器(16)，第三分解管(15)上设有第三尿素喷嘴(17)。
8.根据权利要求1所述的双催化剂尾气处理系统，其特征在于：所述DOC(2)参与催化反应时第一SCR(3)的体积为V3，相同脱硝效率下DOC(2)不参与催化反应时第一SCR(3)的体积为V4，V3小于V4。
9.根据权利要求1所述的双催化剂尾气处理系统，其特征在于：所述DOC的工作温度下限值低于第一SCR和第二SCR的工作温度下限值，DOC的工作温度上限值高于第一SCR和第二SCR的工作温度下限值，DOC的工作温度上限值低于第一SCR和第二SCR的工作温度上限值。
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