CN216518216U - 一种用于柴油机台架的scr尿素混合催化消声装置 - Google Patents

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王胜
高小青
张永泉
于向林
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Abstract

本实用新型公开了一种用于柴油机台架的SCR尿素混合催化消声装置，包括电加热器，所述电加热器与控制器连接；所述电加热器的前端为进气口，后端依次连接DOC反应器、尿素喷射管、尿素混合管、前级SCR反应器及后级SCR反应器后级SCR反应器；所述后级SCR反应器后级SCR反应器的后部连接出气口；所述后级SCR反应器后级SCR反应器上集成有消音板。采用电加热提升烟气的温度，弥补排烟管路长导致的温度损失，提高烟气温度，提高SCR催化效率，同时促进尿素快速分解成NH3，降低尿素结晶的风险。后端集成了消音结构，催化和消音融为一体，排气系统更加紧凑，降低了整个排气系统的成本。

Description

一种用于柴油机台架的SCR尿素混合催化消声装置
技术领域
本实用新型涉及柴油机排气净化处理技术，尤其涉及一种用于柴油机台架的SCR尿素混合催化消声装置。
背景技术
选择性催化还原(SCR)可以在保证柴油机动力性和经济性的同时，有效解决NOX排放的问题，满足环保法规的要求，该技术在国内车用柴油机国IV、国V阶段得到了广泛的应用。
SCR的基本工作原理是通过尿素喷射装置往柴油机排气管中喷射还原剂，还原剂在催化剂的作用下与NOX发生反应，将NOX排放控制在法规限值以内。整个系统由尿素喷射及控制装置、尿素混合装置及催化装置组成，大致原理如图1所示。
尿素喷射及控制装置根据发动机工况，时刻计算当前需要的尿素喷射量，实现喷射量的精确控制，并保证尿素喷出后获得理想的喷雾特性；尿素在排气管内在混合装置的作用下与高温废气快速混合，使尿素吸热分解成NH3(反应1)；最后NH3在催化剂的作用下与NOX发生反应，达到消除NOX排放的目的(反应2、3)。
(NH2)2CO+H2O→CO2+2NH3···················(1)
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O···················(2)
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O···················(3)
SCR技术是车用柴油机领域已经广泛应用的技术，但是受整车布置空间、气源条件、系统成本等的限制，SCR应用过程存在尿素结晶、效率快速衰减等问题。
发动机台架应用存在诸多的问题：发动机类型较多、排放水平参差不齐、需要设计一套SCR系统满足台架上不同类型发动机的应用需求。台架尾气净化装置通常远离发动机布置，涡轮后到尾气净化设备之间的管路较长，烟气热量损失大，尤其是低负荷工况或台架冷启动过程，需要烟气加热措施。发动机台架平均每40分钟完成一台柴油机的试车任务，试车过程中工况高频的变化，尤其是低负荷工况，温度低、排放恶劣，这种应用工况对SCR系统可靠性提出了更高的要求。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提出了一种用于柴油机台架的SCR尿素混合催化消声装置，采用电加热提升烟气的温度，弥补排烟管路长导致的温度损失，提高烟气温度，提高SCR催化效率。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种用于柴油机台架的SCR尿素混合催化消声装置，包括电加热器，所述电加热器与控制器连接；
所述电加热器的前端为进气口，后端依次连接DOC反应器、尿素喷射管、尿素混合管、前级SCR反应器及后级SCR反应器；
所述后级SCR反应器后集成有消音板；
所述消音板后连接出气口。
所述电加热器内部设有炉膛温度传感器，且与所述控制器连接。
所述DOC反应器内部设有前温传感器和前NOX传感器，且都与所述控制器连接。
所述尿素喷射管内设有朝向尿素喷射管后方的尿素喷枪。
尿素混合管与前级SCR反应器之间还设有旋流混合器。
所述旋流混合器的后端设有导流装置。
所述出气口的前部设有后NOx传感器和后排温传感器，且都与所述控制器连接。
所述DOC反应器、尿素喷射管和尿素混合管都为都为分体结构，可拆卸。
所述前级SCR反应器和后级SCR反应器都为都为分体结构，可拆卸。易于拆装，方便维护或催化剂更换。
本实用新型的有益效果是：
(1)采用电加热提升烟气的温度，弥补排烟管路长导致的温度损失，提高烟气温度，提高SCR催化效率，同时促进尿素快速分解成NH3，降低尿素结晶的风险。
(2)DOC和SCR配合使用，一方面DOC将NO氧化成NO2，NO2可在较低温度下实现碳烟颗粒氧化，避免SCR反应器催化剂孔道堵塞；另一方面DOC将NO氧化成NO2可提高SCR的低温催化效率。
(3)尿素喷枪与尿素喷射管、尿素混合管、旋流混合器耦合，避免尿素液滴碰壁结晶，促进尿素分解和NH3的混合，实现98％的混合均匀性，保证SCR高效反应。
(4)DOC催化剂、尿素喷射管、尿素混合管和SCR催化剂设计成分体结构，易于拆装，方便维护或催化剂更换，提高系统可靠性。
(5)后端集成了消音结构，催化和消音融为一体，排气系统更加紧凑，降低了整个排气系统的成本。
附图说明
图1为现有的SCR基本工作原理图；
图2为本实用新型的结构示意图；
其中，1.进气口、2.电加热器、3.炉膛温度传感器、4.前温传感器、5.前NOX传感器、6.DOC反应器、7.尿素喷枪、8.尿素喷射管、9.尿素混合管、10.旋流混合器、11.导流装置、12.前级SCR反应器、13.后级SCR反应器、14.消音板、15.后NOx传感器、16.后排温传感器、17.出气口。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明：
本实用新型结构如图2所示，一种用于柴油机台架的SCR尿素混合催化消声装置，包括电加热器2，所述电加热器2与控制器连接；
所述电加热器2的前端为进气口1，后端依次连接DOC反应器6、尿素喷射管8、尿素混合管9、前级SCR反应器12及后级SCR反应器13；
所述后级SCR反应器13后集成有消音板14；
所述消音板14后连接出气口17。
尿素混合管9与前级SCR反应器12之间还设有旋流混合器10。
所述旋流混合器10的后端设有导流装置11。
所述电加热器2内部设有炉膛温度传感器3，且与所述控制器连接。
所述DOC反应器6内部设有前温传感器4和前NOX传感器5，且都与所述控制器连接。
所述尿素喷射管8内设有朝向尿素喷射管后方的尿素喷枪7。
所述出气口17前部设有后NOx传感器15和后排温传感器16，且都与所述控制器连接。
所述DOC反应器6、尿素喷射管8和尿素混合管9都为都为分体结构，可拆卸。
所述前级SCR反应器12和后级SCR反应器13都为都为分体结构，可拆卸。易于拆装，方便维护或催化剂更换。
本实用新型的工作原理为：
发动机烟气通过进气口1进入电加热器2，电加热器2内的炉膛温度传感器3和前温度传感器4时刻监控烟气的温度，如果烟气温度低于设定阈值，电加热器2自动启动加热功能，提升烟气温度。烟气经过电加热器2后进入DOC反应器5，在DOC反应器5内，烟气中的CO、HC以及PM中的SOF部分被氧化，同时NO部分氧化成NO2。尿素喷枪7在尿素喷射管8内喷射均匀分布的尿素雾滴，在尿素混合管9和旋流混合器10的作用下与烟气充分混合，并分解成NH3。烟气和NH3混合后在导流装置11的作用下形成流速均匀分布的气流，经过前级SCR反应器12和后级SCR反应器13时，NH3和NOx在催化剂的作用下发生反应生成N2，实现NOx的高效转化。烟气流经消音板14消音后，最终由出气口17流向排气烟囱。
尾气净化装置上有3支温度传感器和2支NOx传感器。
3支温度传感器分别是炉膛温度传感器3、前温度传感器4和后排温传感器16。其中炉膛温度传感器3和前温度传感器4配合用来进行电加热器2的启停控制，当炉膛温度传感器3或前温度传感器4低于设定阈值，电加热器2开启；当炉膛温度传感器3或前温度传感器4高于设定阈值，电加热器2关闭。前温度传感器4和后排温传感器16配合用来进行SCR尿素喷射系统状态管理。
2支NOx传感器分别是前NOX传感器5和后NOX传感器15。其中，前NOX传感器5用来测量NOx原始排放浓度作为尿素喷射量开环计算的边界参数，后NOX传感器15用来进行SCR反应器后NOx浓度监控，以及尿素喷射速率的闭环调节。
上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种用于柴油机台架的SCR尿素混合催化消声装置，其特征是，包括电加热器，所述电加热器与控制器连接；
所述电加热器的前端为进气口，后端依次连接DOC反应器、尿素喷射管、尿素混合管、前级SCR反应器及后级SCR反应器；
所述后级SCR反应器后集成消音板；
所述消音板后连接出气口。
2.如权利要求1所述的一种用于柴油机台架的SCR尿素混合催化消声装置，其特征是，所述电加热器内部设有炉膛温度传感器，且与所述控制器连接。
3.如权利要求1所述的一种用于柴油机台架的SCR尿素混合催化消声装置，其特征是，所述DOC反应器内部设有前温传感器和前NOX传感器，且都与所述控制器连接。
4.如权利要求1所述的一种用于柴油机台架的SCR尿素混合催化消声装置，其特征是，所述尿素喷射管内设有朝向尿素喷射管后方的尿素喷枪。
5.如权利要求1所述的一种用于柴油机台架的SCR尿素混合催化消声装置，其特征是，尿素混合管与前级SCR反应器之间还设有旋流混合器。
6.如权利要求5所述的一种用于柴油机台架的SCR尿素混合催化消声装置，其特征是，所述旋流混合器的后端设有导流装置。
7.如权利要求1所述的一种用于柴油机台架的SCR尿素混合催化消声装置，其特征是，所述出气口的前部设有后NOx传感器和后排温传感器，且都与所述控制器连接。
8.如权利要求1所述的一种用于柴油机台架的SCR尿素混合催化消声装置，其特征是，所述DOC反应器、尿素喷射管和尿素混合管都为都为分体结构，可拆卸。
9.如权利要求1所述的一种用于柴油机台架的SCR尿素混合催化消声装置，其特征是，所述前级SCR反应器和后级SCR反应器都为都为分体结构，可拆卸。
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GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of utility model: A SCR urea mixed catalytic silencing device for diesel engine bench

Effective date of registration: 20230518

Granted publication date: 20220513

Pledgee: Shandong Shouguang Rural Commercial Bank Co.,Ltd.

Pledgor: SHANDONG KANGJUN ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Registration number: Y2023980040976

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