一種利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱加熱的碳酸氫銨干法制氨及計(jì)量噴射系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱加熱的碳酸氫銨干法制氨及計(jì)量噴射系統(tǒng)。屬于發(fā)動(dòng)機(jī)SCR【技術(shù)領(lǐng)域】。包括：SCR后處理器（1）、控制單元（2）、氨氣反生器（3）、氨氣發(fā)生器壓力，溫度傳感器（4）、加料口（5）、加熱盤(pán)管（6）、電控開(kāi)關(guān)閥（7）、流量控制閥（8）、氨氣噴嘴（9）、輸氨管（10）。碳酸氫氨固體在氨氣發(fā)生器中被發(fā)動(dòng)機(jī)余熱加熱分解釋放氨氣，水蒸氣，二氧化碳混合氣。混合氣通過(guò)流量控制閥計(jì)量噴入發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管，在催化劑作用下，氨氣將NOx還原成N2。碳酸氫銨運(yùn)輸儲(chǔ)存方便安全，經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)于尿素還原劑。提供了一種成本較低、安全性好的發(fā)動(dòng)機(jī)SCR系統(tǒng)的氨氣制備及計(jì)量噴射系統(tǒng)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱加熱的碳酸氫銨干法制氨及計(jì)量噴射系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于內(nèi)燃機(jī)排氣SCR凈化系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】。特別涉及一種利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱加熱的碳酸氫銨干法制氨及計(jì)量噴射系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)動(dòng)機(jī)排放出的煙氣含有NOx嚴(yán)重污染環(huán)境。日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)要求發(fā)動(dòng)機(jī)組必須配置排氣凈化裝置。常用的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣后處理技術(shù)一般是將一定量的尿素溶液噴入發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管中，尿素在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管中霧化分解釋放氨氣。在催化劑的作用下，NOx被氨氣還原成N2。
[0003]SCR，指選擇性催化還原；SCR反應(yīng)以氨作為還原劑，在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣通路中配置SCR催化劑，通過(guò)向SCR催化劑供給氨，使氨與排氣中的NOx (氮氧化物)發(fā)生還原發(fā)生，形成水蒸氣(H20)和氮(N2)，從而能夠有效地降低柴油機(jī)NOx的排放，凈化了排氣。為了將氨向SCR催化劑供給，通常向排氣通路中供給與氨相比處理更容易的尿素水，因此需要使用尿素水噴射器將尿素水溶液經(jīng)過(guò)精細(xì)霧化計(jì)量噴射進(jìn)排氣管道中，使霧狀的尿素水利用排氣的熱量分解而生成氨，從而將生成的氨吸附在SCR催化劑上，使NOx與氨反應(yīng)分解成水蒸氣(H20)和氮(N2)而排出。如何向排氣管中噴射定量霧化良好的尿素溶液是SCR系統(tǒng)的核心技術(shù)，目前的技術(shù)普遍采用計(jì)量泵對(duì)尿素溶液加壓。由于在汽車(chē)和其他車(chē)船中都需要由蓄電池向該計(jì)量泵供電，而計(jì)量泵需要較高壓力，以利于尿素的霧化，因此加大了蓄電池電能的損耗；同時(shí)，目前計(jì)量泵主要由國(guó)外廠家控制，還不能實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)，而且價(jià)格較貴，且計(jì)量泵屬于精密設(shè)備，也是SCR系統(tǒng)中最容易出故障的設(shè)備之一，出故障后只能更換，因此設(shè)備后期維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用也非常高。
[0004]碳酸氫銨常溫常壓下以固態(tài)存在，碳酸氫氨在儲(chǔ)存和運(yùn)輸方面不存在安全問(wèn)題，與尿素相比，碳酸氫銨價(jià)格便宜，分解溫度低，系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性更好。因此，從安全性和經(jīng)濟(jì)性角度考慮，碳酸氫銨適合作為柴油機(jī)SCR排氣后處理系統(tǒng)的還原劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有的SCR反應(yīng)還原劑計(jì)量噴射系統(tǒng)需要計(jì)量泵使得成本較高、或者使得蓄電池能耗過(guò)高且尿素溶液噴射量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性較差等問(wèn)題，提供一種用于SCR反應(yīng)的碳酸氫銨干法制氨及計(jì)量噴射系統(tǒng)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，通過(guò)利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱加熱使碳酸氫銨固體分解出氨氣，水蒸氣，
二氧化碳混合氣，依靠控制單元和一組氣體流量控制閥，實(shí)現(xiàn)氨的計(jì)量輸送并方便的導(dǎo)入SCR后處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)NOx的祛除；該系統(tǒng)省卻了傳統(tǒng)的液體SCR系統(tǒng)的液體尿素還原劑的輸送泵、保溫管路、過(guò)濾器、液位計(jì)和尿素噴嘴等部件，簡(jiǎn)化系統(tǒng)，提高可靠性，此外，也大幅度的降低成本。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱加熱的碳酸氫銨干法制氨及計(jì)量噴射系統(tǒng)，由SCR后處理器、控制單元、氨氣反生器、氨氣發(fā)生器壓力，溫度傳感器、力口料口、加熱盤(pán)管、電控開(kāi)關(guān)閥、流量控制閥、氨氣噴嘴、輸氨管組成，其特征在于:氨氣發(fā)生器既是碳酸氫銨固體的儲(chǔ)存容器，也是碳酸氫銨的分解反應(yīng)的反應(yīng)器，填充量為氨氣發(fā)生器體積的40%，氨氣發(fā)生器上設(shè)置有加熱盤(pán)管、壓力，溫度傳感器、加料口。壓力，溫度傳感器的感應(yīng)端位于氨氣發(fā)生器內(nèi)部但不接觸碳酸氫銨固體，氨氣發(fā)生器上有備用管閥，與排氣管連接的輸氨管路上有流量控制閥，輸氨管末端的氨氣噴嘴安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管上，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管上有SCR后處理器，SCR后處理器排氣口端連接尾氣排氣管，尾氣進(jìn)氣管上有尾氣管溫度傳感器、NOx傳感器，尾氣管溫度傳感器與NOx傳感器的感應(yīng)端位于尾氣進(jìn)氣管管內(nèi)，加熱盤(pán)管位于氨氣發(fā)生器內(nèi)部的碳酸氫銨固體材料中；氨氣發(fā)生器壓力、溫度傳感器，尾氣管溫度傳感器，NOx傳感器通過(guò)信號(hào)線連接控制單元的信號(hào)接收端，控制單元的控制端通過(guò)電源信號(hào)線連接流量控制閥、電控開(kāi)關(guān)閥。
[0008]所述輸氨管與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管平行布置以利用排氣管伴熱，以避免氨氣和二氧化碳低溫下發(fā)生逆反應(yīng)生成氨基甲酸鹽堵塞管道。
[0009]所述流量控制閥可為氣體或蒸汽比例閥，節(jié)流閥，氣體噴嘴。該流量控制閥是可精確控制混合氣的流量控制裝置。
[0010]所述還原劑可為碳酸氫銨，也可用碳酸氫銨的復(fù)鹽或碳酸氫銨與碳酸氫銨的復(fù)鹽的混合還原劑代替。
[0011]所述利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱加熱的碳酸氫銨干法制氨及計(jì)量噴射系統(tǒng)的工作步驟為:將碳酸氫氨固體加入氨氣發(fā)生器，在氨氣發(fā)生器中利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱的加熱盤(pán)管來(lái)加熱碳酸氫銨，碳酸氫銨高溫加熱分解為氨氣，二氧化碳和水蒸氣混合氣；隨后混合氣經(jīng)過(guò)流量控制閥和氨氣噴嘴進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管，在排氣管中與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣混合，并在催化劑作用下，在SCR后處理器中將NOx還原為N2。
[0012]本發(fā)明的有益效果為:
1.本發(fā)明采用碳酸氫銨作為還原劑，由于碳酸氫銨無(wú)毒，且受熱易分解，制氨過(guò)程容易控制，氨氣生成速率穩(wěn)定。運(yùn)輸儲(chǔ)存方便安全。系統(tǒng)運(yùn)行十分安全。
[0013]2.本發(fā)明采用碳酸氫銨作為還原劑，按SCR反應(yīng)所需的氨氣量折算，還原劑采用碳酸氫銨比采用尿素便宜，經(jīng)濟(jì)性好。碳酸氫銨含氧量為21.5%,尿素含氧量為56.7%。國(guó)內(nèi)碳酸氫銨的平均價(jià)格約在480元/噸左右，尿素的平均銷(xiāo)售價(jià)格在1800元/噸左右。每生成I公斤氨氣，采用碳酸氫接作為還原劑，需要花費(fèi)2.23元；而采用尿素作為還原劑，則需要花費(fèi)3.17元。明顯，碳酸氫銨作為還原劑比尿素更為經(jīng)濟(jì)。
[0014]3、本發(fā)明采用氣體或蒸汽流量控制閥控制噴入發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管中的還原劑氨氣的量，不需要制造精密且價(jià)格昂貴的尿素溶液計(jì)量泵，因而能大大地降低產(chǎn)品成本及維護(hù)費(fèi)用，擺脫對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品的依賴(lài)；同時(shí)由于采用氣體流量控制閥計(jì)量噴入排氣管中的氨氣量，計(jì)量精度非常高，價(jià)格便宜能?chē)?guó)產(chǎn)化，設(shè)備技術(shù)成熟，成本低廉，所有設(shè)備都可選用國(guó)產(chǎn)化設(shè)備，容易依靠國(guó)內(nèi)資源實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，有利于大規(guī)模推廣與應(yīng)用。
[0015]4.碳酸氫銨分解的混合氣采用氣態(tài)噴入發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管，因而更容易與排氣管的廢氣均勻混合，有利于反應(yīng)的進(jìn)行，而且不會(huì)存在尿素溶液結(jié)晶和堵塞等問(wèn)題。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0016]圖1是所述利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱加熱的碳酸氫銨干法制氨及計(jì)量噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中標(biāo)號(hào):1:SCR后處理器、2:控制單元、3:氨氣反生器、4:氨氣發(fā)生器壓力，溫度傳感器、5:加料口、6:加熱盤(pán)管、7:電控開(kāi)關(guān)閥、8:流量控制閥、9:氨氣噴嘴、10:輸氨管。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本發(fā)明提供了一種利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱加熱的碳酸氫銨干法制氨及計(jì)量噴射系統(tǒng)，以下結(jié)合【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0019]如圖1所示，利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱加熱的的碳酸氫銨干法制氨及計(jì)量噴射系統(tǒng)，包括1:SCR后處理器、2:控制單元、3:氨氣反生器、4:氨氣發(fā)生器壓力，溫度傳感器、5:加料口、6:加熱盤(pán)管、7:電控開(kāi)關(guān)閥、8:流量控制閥、9:氨氣噴嘴、10:輸氨管。
[0020]所述碳酸氫銨儲(chǔ)存在氨氣發(fā)生器內(nèi)，碳酸氫銨在氨氣發(fā)生器中被利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱的加熱盤(pán)管加熱分解產(chǎn)生氨氣，二氧化碳，水蒸氣混合氣；氨氣發(fā)生器2上設(shè)置有氨氣發(fā)生器壓力、溫度傳感器4，所述的氨氣發(fā)生器壓力、溫度傳感器4與控制器2或車(chē)載ECU電連接，氨氣發(fā)生器壓力、溫度傳感器4將氨氣反發(fā)生器3的溫度與壓力等參數(shù)都反饋給控制單元2或車(chē)載ECU。氨氣發(fā)生器3利用引入發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣，或冷卻水，或進(jìn)氣增壓器后的發(fā)動(dòng)機(jī)高溫進(jìn)氣的加熱盤(pán)管6來(lái)加熱，加熱盤(pán)管6由電控開(kāi)關(guān)閥7控制發(fā)動(dòng)機(jī)排氣或冷卻水的引入與否控制加熱與否，電控開(kāi)關(guān)閥7的開(kāi)關(guān)由電控單元2或車(chē)載ECU控制。其目的是為氨氣發(fā)生器3中的碳酸氫銨反應(yīng)提供熱量。氨氣發(fā)生器3通過(guò)輸氨管10與氨氣噴嘴9相連接，所述的輸氨管10上設(shè)置流量控制閥8 ;所述的流量控制閥8與控制單元2或車(chē)載ECU電連接，控制單元2或車(chē)載ECU控制流量控制閥8的開(kāi)啟大小從而控制氨氣、二氧化碳與水蒸氣混合物的輸送量，由此實(shí)現(xiàn)流量控制閥8精確控制噴入排氣管混合氣量。SCR后處理器I設(shè)置在氨氣噴嘴9下游，主要是由載體和催化劑組成，其作用是在催化劑的作用下，將發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的NOx與噴射的氨氣反應(yīng)生成無(wú)害的氮?dú)夂退?，達(dá)到降低、凈化排氣內(nèi)NOx的效果。
[0021]參見(jiàn)圖1,工作過(guò)程具體包括如下:一、啟動(dòng)系統(tǒng):發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，該用于發(fā)動(dòng)機(jī)SCR的碳酸氫銨干法制氨及計(jì)量噴射系統(tǒng)將啟動(dòng)，控制單元2通過(guò)氨氣發(fā)生器壓力、溫度傳感器4檢測(cè)氨氣發(fā)生器3內(nèi)的溫度和壓力參數(shù)，當(dāng)氨氣發(fā)生器3的壓力下降到流量控制閥8的工作壓力最小值時(shí)，控制單元2發(fā)送指令打開(kāi)電控開(kāi)關(guān)閥7，向加熱盤(pán)管中引入發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣，或冷卻水，或進(jìn)氣增壓器后的發(fā)動(dòng)機(jī)高溫進(jìn)氣以加熱氨氣發(fā)生器3，使氨氣發(fā)生器3內(nèi)的一部分碳酸氫銨分解并提高氨氣發(fā)生的壓力，當(dāng)氨氣發(fā)生器3的工作壓力達(dá)到流量控制閥8的工作壓力最大值時(shí)，控制單元2發(fā)送指令關(guān)閉電控開(kāi)關(guān)閥7以停止給氨氣發(fā)生器加熱；此處的流量控制閥8保證正常計(jì)量氣體時(shí)，其通常有一個(gè)工作壓力范圍，在這個(gè)工作壓力范圍內(nèi)，流量控制閥8能實(shí)現(xiàn)正確計(jì)量功能，流量控制閥8工作壓力的最大值和最小值由其設(shè)計(jì)決定。二、碳酸氫銨固體分解:碳酸氫銨固體在氨氣發(fā)生器3內(nèi)在電加熱器加熱的作用下分解為氨氣、二氧化碳和水蒸氣混合氣，混合氣使氨氣發(fā)生器3壓力升高到流量控制閥8的工作壓力范圍。三、氨氣噴射:當(dāng)氨氣發(fā)生器3壓力升高到流量控制閥8的工作壓力范圍后，氨氣、二氧化碳與水蒸氣的混合氣通過(guò)輸氨管10輸送到氨氣噴嘴9，然后將氨氣與水蒸氣的混合氣噴入排氣管內(nèi)，流量控制閥8根據(jù)控制單元2或車(chē)載ECU指令精確控制氨氣、二氧化碳與水蒸氣混合氣噴入排氣管內(nèi)的量，在SCR后處理器I中，混合氣中的氨氣在催化劑作用下將排氣內(nèi)的NOx排放還原為氮?dú)?，達(dá)到降低排氣內(nèi)NOx的效果；四、重新加注碳酸氫銨固體:當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到氨氣發(fā)生器內(nèi)碳酸氫銨固體較少時(shí)，可通過(guò)加料口 5重新加入一定量的碳酸氫銨固體，碳酸氫銨固體可通過(guò)固體投入氨氣發(fā)生器，也可以以氣態(tài)充入氨氣發(fā)生器；或者通過(guò)更換新的氨氣發(fā)生器的方式使系統(tǒng)有合適量的碳酸氫銨，如此循環(huán)工作。本發(fā)明中由于采用直接向排氣管中噴入氨氣，不需要價(jià)格昂貴的精密尿素計(jì)量泵，成本低廉，所有設(shè)備都可選用國(guó)產(chǎn)化設(shè)備，有利于大規(guī)模推廣與應(yīng)用；且氨氣更容易與NOx混合與反應(yīng)，NOx轉(zhuǎn)化效率更高。
[0022]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，上述結(jié)構(gòu)都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱加熱的碳酸氫銨干法制氨及計(jì)量噴射系統(tǒng)，包括:SCR后處理器(I)、控制單元(2)、氨氣反生器(3)、氨氣發(fā)生器壓力，溫度傳感器(4)、加料口(5)、加熱盤(pán)管(6)、電控開(kāi)關(guān)閥(7)、流量控制閥(8)、氨氣噴嘴(9)、輸氨管(10);其特征在于氨氣發(fā)生器既是碳酸氫銨固體的儲(chǔ)存容器，也是碳酸氫銨的分解反應(yīng)的反應(yīng)器，氨氣發(fā)生器上設(shè)置有加熱盤(pán)管(6)、壓力，溫度傳感器(4)、加料口(5)，碳酸氫氨固體在氨氣發(fā)生器中被利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱的加熱盤(pán)管加熱分解釋放氨氣，水蒸氣，二氧化碳混合氣，氨氣發(fā)生器(3)通過(guò)輸氨管(10)與氨氣噴嘴(9)相連接，所述的輸氨管(10)上設(shè)置流量控制閥(8)，混合氣通過(guò)流量控制閥(8)計(jì)量噴入發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管，在催化劑作用下，氨氣將NOx還原成N2，所述的氨氣發(fā)生器壓力、溫度傳感器(4)、和流量控制閥(8)、分別與控制單元(2)或車(chē)載ECU電連接，控制單元(2 )或車(chē)載E⑶控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱加熱的碳酸氫銨干法制氨及計(jì)量噴射系統(tǒng)，其特征在于:所述碳酸氫銨分解反應(yīng)所需熱量可將廢氣引入加熱盤(pán)管獲得，也可將發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水或進(jìn)氣增壓器后的發(fā)動(dòng)機(jī)高溫進(jìn)氣引入加熱盤(pán)管獲得，加熱盤(pán)管加熱氨氣發(fā)生器內(nèi)的碳酸氫銨固體以產(chǎn)生氨氣，水蒸氣，二氧化碳混合氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的一種利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱加熱的碳酸氫銨干法制氨及計(jì)量噴射系統(tǒng)，其特征在于:所述引入加熱盤(pán)管廢氣可取于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管，具體位置可以是排氣支管，渦輪增壓器前排氣總管，渦輪增壓器與排氣尾管之間的排氣管或排氣處理器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱加熱的碳酸氫銨干法制氨及計(jì)量噴射系統(tǒng)，其特征在于:所述輸氨管與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管平行布置以利用排氣管伴熱，以避免氨氣和二氧化碳低溫下發(fā)生逆反應(yīng)生成氨基甲酸鹽堵塞管道。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱加熱的碳酸氫銨干法制氨及計(jì)量噴射系統(tǒng)，其特征在于:所述流量控制閥可為氣體或蒸汽比例閥，節(jié)流閥，氣體噴嘴；該流量控制閥是可精確控制混合氣的流量控制裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱加熱的碳酸氫銨干法制氨及計(jì)量噴射系統(tǒng)，其特征在于:所述還原劑可為碳酸氫銨，也可用碳酸氫銨的復(fù)鹽或碳酸氫銨與碳酸氫銨的復(fù)鹽的混合還原劑代替。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱加熱的碳酸氫銨干法制氨及計(jì)量噴射系統(tǒng)，其特征在于:所述的氨氣噴嘴可布置于發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前的排氣管上，以利用渦輪將氨氣與排氣充分混合均勻，也可布置于渦輪后的排氣管或SCR后處理上。
【文檔編號(hào)】F01N3/28GK103939189SQ201410191145
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月8日
【發(fā)明者】劉觀柏 申請(qǐng)人:劉觀柏