CN216714515U - 一种用于降低工程机械颗粒物与氮氧化物排放的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于降低工程机械颗粒物与氮氧化物排放的装置，其壳体为筒状结构，壳体的两端分别设置排气入口接头和尾气出口接头；筒状壳体内部自入口端至出口端依次设置氧化型催化转化器、部分流式颗粒物捕集器、选择性催化还原器和氨逃逸催化器；部分流式颗粒物捕集器和选择性催化还原器之间的壳体内壁上设置有辅助加热装置和尿素喷嘴。

Description

一种用于降低工程机械颗粒物与氮氧化物排放的装置

技术领域

本实用新型属于柴油机尾气处理装置领域，具体涉及一种用于降低工程机械颗粒物与氮氧化物排放的装置。

背景技术

这里的陈述仅提供与本实用新型相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

柴油发动机颗粒物与氮氧化物的排放较为严重，针对柴油机污染物排放控制的技术手段，现阶段主要以壁流式柴油车颗粒捕捉器(DPF)降低颗粒物和以选择性催化还原技术(SCR)降低氮氧化物为主。

对于非道路柴油机械，由于机械运行工况更为恶劣，且排气烟度更大，在发动机颗粒物排放恶劣的条件下，DPF对颗粒物过滤效率高但容易导致其载体堵塞。尤其针对工程作业的非道路柴油机械排放控制，港作机械排放差、作业时间长，仅将重型柴油车排放治理技术路线照搬用在非道路柴油机械上时，会导致排放控制装置频繁故障，进而造成机械动力性和经济性变差，严重时引发机械故障或安全事故。排放控制装置发生故障后，不仅会导致机械无法正常运行，还会导致污染物排放加剧，大大降低污染物减排效果。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种用于降低工程机械颗粒物与氮氧化物排放的装置。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：

一种用于降低工程机械颗粒物与氮氧化物排放的装置，其壳体为筒状结构，壳体的两端分别设置排气入口接头和尾气出口接头；

筒状壳体内部自入口端至出口端依次设置氧化型催化转化器、部分流式颗粒物捕集器、选择性催化还原器和氨逃逸催化器；

部分流式颗粒物捕集器和选择性催化还原器之间的壳体内壁上设置有辅助加热装置和尿素喷嘴。

上述本实用新型的以上一种或多种实施例取得的有益效果如下：

筒状壳体内部设置的氧化型催化转化器通过氧化反应将废气中的一氧化碳和碳氢化合物转化成无害的水和二氧化碳，可以减少排放尾气中的一氧化碳和碳氢化合物含量，降低对环境的污染。

部分流式颗粒物捕集器(PF)用于对尾气中的颗粒物进行捕集，尿素喷嘴用于向壳体内部喷入尿素，SCR用于对尾气中的氮氧化物催化还原为氮气，PF与SCR的配合更适用于柴油机机械设备尾气中颗粒物与氮氧化物的去除。

氨逃逸催化器用于通过催化氧化作用降低SCR后端排气中泄漏的氨的量，将氨大部分氧化为氮气，以防止尿素喷多时，氨泄漏对环境造成危害。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是本实用新型根据一个或多个实施方式的用于降低工程机械颗粒物与氮氧化物排放的装置的整体结构示意图；

图2是本实用新型根据一个或多个实施方式的主要功能模块结构原理图。

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；

其中，1-氧化型催化转化器；2-部分流式颗粒物捕集器；3-选择性催化还原器；4-氨逃逸催化器；5-第一排气温度传感器；6-排气压力传感器；7-第二排气温度传感器；8-第三排气温度传感器；9-前端NOx浓度传感器；10-辅助加热装置；11-尿素喷嘴；12-后端NOx浓度传感器；13-颗粒物传感器；14-尿素泵；15-数据处理模块；16-执行器控制模块；17-GPS模块；18-数据存储模块；19-数据传输模块；20-微控制器。A为数据采集模块，B为执行器模块。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本实用新型使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

一种用于降低工程机械颗粒物与氮氧化物排放的装置，其壳体为筒状结构，壳体的两端分别设置排气入口接头和尾气出口接头；

筒状壳体内部自入口端至出口端依次设置氧化型催化转化器、部分流式颗粒物捕集器、选择性催化还原器和氨逃逸催化器；

部分流式颗粒物捕集器和选择性催化还原器之间的壳体内壁上设置有辅助加热装置和尿素喷嘴。

在一些实施例中，氧化型催化转化器的上游壳体内壁上设置有第一排气温度传感器和排气压力传感器。分别用于检测排气温度和排气压力，通过检测排气压力确定排气量，通过测定排气量来辅助确定尿素喷量。

进一步的，氧化型催化转化器和部分流式颗粒物捕集器之间的壳体内壁上设置有第二排气温度传感器。该温度传感器用来监测部分流式颗粒物捕集器入口的排气温度，通过与第一排气温度传感器监测温度的对比，监测氧化催化转化器的起燃状态，及部分流式颗粒物捕集器低温工况运行时间。

更进一步的，部分流式颗粒物捕集器与选择性催化还原器之间的壳体内壁上设置有第三排气温度传感器和前端NOx浓度传感器。

由于选择性催化还原技术对尾气温度有一定的要求，当进入选择性催化还原器的尾气温度过低时，可以开启辅助加热装置对尾气进行加热，以满足催化还原所需的温度。

再进一步的，自尾气进口至出口方向依次设置所述第三排气温度传感器、前端NOx浓度传感器、辅助加热装置和尿素喷嘴。

优选的，尿素喷嘴通过尿素泵与尿素储存装置连接。

再进一步的，氨逃逸催化剂的下游设置有后端NOx浓度传感器和颗粒物传感器。

优选的，还包括微控制器、数据处理模块和执行模块，数据处理模块分别与温度传感器、NOx浓度传感器和颗粒物传感器信号连接；执行模块分别与辅助加热装置、尿素喷嘴和尿素泵连接；

微控制器与数据处理模块和执行模块信号连接。

进一步的，还包括GPS模块，GPS模块与所述微控制器信号连接。

进一步的，还包括数据存储模块，数据存储模块与微控制器信号连接。

进一步的，还包括数据传输模块，数据传输模块与微控制器信号连接。

通过将部分流颗粒物捕集器PF与SCR进行组合，并集成排气温度、排气压力、排气NOx传感器及GPS等参数，协同治理工程柴油机械颗粒物与氮氧化物的排放，实时采集和传输PM与NOx排放状态、排气温度、排气压差、尿素喷射量等参数，并通过各参数判定装置是否存在故障、装置运行状态及是否被拆卸等问题，在实时掌握机械排放效果的同时达到对装置进行监管的目的，持续保证污染物减排效果。

排气温度传感器、排气压力传感器、NOx传感器、颗粒物传感器依次布置于后处理组合装置适当位置，传感器与数据处理模块相连，并将处理后的数据信息发送至微控制器；微控制器依据各传感器采集参数，一方面控制执行模块对尿素泵、尿素喷嘴、辅助加热装置工作状态进行调整，另一方面将所采集参数发送至数据存储模块进行本地存储，并将数据通过数据传输模块远程传输至监控平台数据库。通过采集排气温度、排气压力、NOx传感器、颗粒物传感器控制执行器的尿素供给，执行器动作产生后处理装置变化又能通过各传感器的状态进行反馈，达到闭环控制后机械排气污染物的目的。

下面结合实施例和附图对本实用新型的一种用于降低工程机械颗粒物与氮氧化物排放的装置做出详细说明；

如图1所述，用于降低工程机械颗粒物与氮氧化物排放的装置包括筒状壳体，壳体的两端分别设置排气入口接头和尾气出口接头，筒状壳体内部自入口端至出口端依次设置氧化型催化转化器1、部分流式颗粒物捕集器2、选择性催化还原器3和氨逃逸催化器4。

氧化型催化转化器1的上游壳体内壁上设置有第一排气温度传感器5和排气压力传感器6。

氧化型催化转化器1和部分流式颗粒物捕集器2之间的壳体内壁上设置有第二排气温度传感器7。

部分流式颗粒物捕集器2与选择性催化还原器3之间的壳体内壁上设置有第三排气温度传感器8、前端NOx浓度传感器9、辅助加热装置10和尿素喷嘴11。

氨逃逸催化剂4的下游设置有后端NOx浓度传感器12和颗粒物传感器13。

排气入口接头和尾气出口接头均为缩径结构。

如图2所示，该用于降低工程机械颗粒物与氮氧化物排放的装置的主要功能模块包括数据采集模块A、执行器模块B、数据处理模块15、执行模块16、GPS模块17、数据存储模块18、数据传输模块19、微控制器20。

数据采集模块A包括热敏电阻温度传感器(第一排气温度传感器5、第二排气温度传感器7和第三排气温度传感器8)、电容式压力传感器(排气压力传感器6)、颗粒物传感器13及NOx传感器(前端NOx浓度传感器9和后端NOx浓度传感器12)组成，整个排放治理装置采集单元通过数据处理模块与微控制器相连。

第一排气温度传感器5和排气压力传感器6分别安装于DOC载体前端10cm和5cm处，第二排气温度传感器7安装于PF载体前端3cm处，第三排气温度传感器8安装于SCR上游5cm处，与前端NOx浓度传感器9、辅助加热装置10、尿素喷嘴11依次安装于统一轴向切面上，前端NOx浓度传感器9布置于第三排气温度传感器8后端3cm处，辅助加热装置10与尿素喷嘴11距离间隔8cm以上，布置于尿素喷嘴之前；后端NOx浓度传感器12、颗粒物传感器13布置于SCR后端，用以监测最终污染物排放水平。

辅助加热装置10用以低温低负荷工况下SCR的快速起燃，采用电加热装置快速加热流经排气系统的尾气，以解决低温工况下车辆NOx控制问题。

尿素喷嘴11与尿素泵14为反应剂供给装置，受微控制器控制，通过采集模块所采集排气温度、压力、NOx等数据执行相应的动作。

数据处理模块15将电信号转化为数字信号，与微控制器20相连；执行模块16与微控制器20相连，将数字信号转化为电信号，用以控制各执行器完成尿素喷射、尾气加热、尿素泵供给尿素等动作。

GPS模块17可以接收GPS信号，测定机械的地理位置、经纬度及对应的运行时间；数据传输模块19进行数据采集模块所采集排气温度、压力、NOx及PM传感器等数据、执行器运行数据(加热状态、尿素喷射量)、GPS位置和时间等数据上传至远程监控平台，并可通过无线传输的方式接收远程数据刷新、数据读取等；传输模块采用标准的串行数据接口，在数据发送前，会自动对所发送数据进行AES机密，使用长度为256Bit的密钥，确保数据的安全。

数据存储模块18用以进行系统运行数据的本地存储，数据存储模块采用型号为AS7C4098的芯片进行数据的本地存储；数据存储具备自动覆盖功能，存储空间满时可进行数据的自动覆盖。

机械启动后，系统各相关部件在微控制器的控制下协同工作，形成数据采集→微控制器判断并向执行器发送指令→执行器动作→数据采集反馈的闭环控制，并将系统运行数据实时存储和发送至远程监控平台。

微控制器具备系统运行异常告警的功能，系统运行异常(排气背压过高、排气温度过高、电信号缺失等)出现时自动生成故障码报送至远程监控平台。

尿素喷射控制由执行模块控制尿素喷嘴11完成，结合SCR前端排气温度、SCR前后端NOx浓度等，通过闭环反馈控制方法进行尿素喷射的控制。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于降低工程机械颗粒物与氮氧化物排放的装置，其特征在于：其壳体为筒状结构，壳体的两端分别设置排气入口接头和尾气出口接头；

筒状壳体内部自入口端至出口端依次设置氧化型催化转化器、部分流式颗粒物捕集器、选择性催化还原器和氨逃逸催化器；

部分流式颗粒物捕集器和选择性催化还原器之间的壳体内壁上设置有辅助加热装置和尿素喷嘴。

2.根据权利要求1所述的用于降低工程机械颗粒物与氮氧化物排放的装置，其特征在于：氧化型催化转化器的上游壳体内壁上设置有第一排气温度传感器和排气压力传感器。

3.根据权利要求2所述的用于降低工程机械颗粒物与氮氧化物排放的装置，其特征在于：氧化型催化转化器和部分流式颗粒物捕集器之间的壳体内壁上设置有第二排气温度传感器。

4.根据权利要求3所述的用于降低工程机械颗粒物与氮氧化物排放的装置，其特征在于：部分流式颗粒物捕集器与选择性催化还原器之间的壳体内壁上设置有第三排气温度传感器和前端NOx浓度传感器。

5.根据权利要求4所述的用于降低工程机械颗粒物与氮氧化物排放的装置，其特征在于：自尾气进口至出口方向依次设置所述第三排气温度传感器、前端NOx浓度传感器、辅助加热装置和尿素喷嘴。

6.根据权利要求5所述的用于降低工程机械颗粒物与氮氧化物排放的装置，其特征在于：氨逃逸催化剂的下游设置有后端NOx浓度传感器和颗粒物传感器。

7.根据权利要求6所述的用于降低工程机械颗粒物与氮氧化物排放的装置，其特征在于：还包括微控制器、数据处理模块和执行模块，数据处理模块分别与温度传感器、NOx浓度传感器和颗粒物传感器信号连接；执行模块分别与辅助加热装置、尿素喷嘴和尿素泵连接；

微控制器与数据处理模块和执行模块信号连接。

8.根据权利要求7所述的用于降低工程机械颗粒物与氮氧化物排放的装置，其特征在于：还包括GPS模块，GPS模块与所述微控制器信号连接。

9.根据权利要求8所述的用于降低工程机械颗粒物与氮氧化物排放的装置，其特征在于：还包括数据存储模块，数据存储模块与微控制器信号连接。

10.根据权利要求9所述的用于降低工程机械颗粒物与氮氧化物排放的装置，其特征在于：还包括数据传输模块，数据传输模块与微控制器信号连接。

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