[发明专利]一种利用发动机余热加热的碳酸氢铵干法制氨及计量喷射系统

说明书

技术领域

本发明属于内燃机排气SCR净化系统技术领域。特别涉及一种利用发动机余热加热的碳酸氢铵干法制氨及计量喷射系统。 

背景技术

发动机排放出的烟气含有NOx严重污染环境。日益严格的环保法规要求发动机组必须配置排气净化装置。常用的发动机排气后处理技术一般是将一定量的尿素溶液喷入发动机排气管中，尿素在发动机排气管中雾化分解释放氨气。在催化剂的作用下，NOx被氨气还原成N₂。

SCR，指选择性催化还原；SCR反应以氨作为还原剂，在发动机的排气通路中配置SCR催化剂，通过向SCR催化剂供给氨，使氨与排气中的NOx（氮氧化物）发生还原发生，形成水蒸气（H2O）和氮（N2），从而能够有效地降低柴油机NO_X的排放，净化了排气。为了将氨向SCR催化剂供给，通常向排气通路中供给与氨相比处理更容易的尿素水，因此需要使用尿素水喷射器将尿素水溶液经过精细雾化计量喷射进排气管道中，使雾状的尿素水利用排气的热量分解而生成氨，从而将生成的氨吸附在SCR催化剂上，使NOx与氨反应分解成水蒸气（H2O）和氮（N2）而排出。如何向排气管中喷射定量雾化良好的尿素溶液是SCR系统的核心技术，目前的技术普遍采用计量泵对尿素溶液加压。由于在汽车和其他车船中都需要由蓄电池向该计量泵供电，而计量泵需要较高压力，以利于尿素的雾化，因此加大了蓄电池电能的损耗；同时，目前计量泵主要由国外厂家控制，还不能实现国产，而且价格较贵，且计量泵属于精密设备，也是SCR系统中最容易出故障的设备之一，出故障后只能更换，因此设备后期维护保养费用也非常高。

碳酸氢铵常温常压下以固态存在，碳酸氢氨在储存和运输方面不存在安全问题，与尿素相比，碳酸氢铵价格便宜，分解温度低，系统经济性更好。因此，从安全性和经济性角度考虑，碳酸氢铵适合作为柴油机SCR排气后处理系统的还原剂。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的SCR反应还原剂计量喷射系统需要计量泵使得成本较高、或者使得蓄电池能耗过高且尿素溶液喷射量的准确性和稳定性较差等问题，提供一种用于SCR反应的碳酸氢铵干法制氨及计量喷射系统。

为实现上述目的，通过利用发动机余热加热使碳酸氢铵固体分解出氨气，水蒸气，二氧化碳混合气，依靠控制单元和一组气体流量控制阀，实现氨的计量输送并方便的导入SCR后处理系统，实现对NOx的祛除；该系统省却了传统的液体SCR 系统的液体尿素还原剂的输送泵、保温管路、过滤器、液位计和尿素喷嘴等部件，简化系统，提高可靠性，此外，也大幅度的降低成本。

本发明的技术方案是这样实现的: 利用发动机余热加热的碳酸氢铵干法制氨及计量喷射系统，由SCR后处理器、控制单元、氨气反生器、氨气发生器压力，温度传感器、加料口、加热盘管、电控开关阀、流量控制阀、氨气喷嘴、输氨管组成，其特征在于: 氨气发生器既是碳酸氢铵固体的储存容器，也是碳酸氢铵的分解反应的反应器，填充量为氨气发生器体积的40%，氨气发生器上设置有加热盘管、压力，温度传感器、加料口。压力，温度传感器的感应端位于氨气发生器内部但不接触碳酸氢铵固体，氨气发生器上有备用管阀，与排气管连接的输氨管路上有流量控制阀，输氨管末端的氨气喷嘴安装在发动机的排气管上，发动机排气管上有SCR后处理器，SCR后处理器排气口端连接尾气排气管，尾气进气管上有尾气管温度传感器、NOx传感器，尾气管温度传感器与NOx传感器的感应端位于尾气进气管管内，加热盘管位于氨气发生器内部的碳酸氢铵固体材料中；氨气发生器压力、温度传感器，尾气管温度传感器，NOx传感器通过信号线连接控制单元的信号接收端，控制单元的控制端通过电源信号线连接流量控制阀、电控开关阀。

所述输氨管与发动机排气管平行布置以利用排气管伴热，以避免氨气和二氧化碳低温下发生逆反应生成氨基甲酸盐堵塞管道。

所述流量控制阀可为气体或蒸汽比例阀，节流阀，气体喷嘴。该流量控制阀是可精确控制混合气的流量控制装置。

所述还原剂可为碳酸氢铵，也可用碳酸氢铵的复盐或碳酸氢铵与碳酸氢铵的复盐的混合还原剂代替。

所述利用发动机余热加热的碳酸氢铵干法制氨及计量喷射系统的工作步骤为：将碳酸氢氨固体加入氨气发生器，在氨气发生器中利用发动机余热的加热盘管来加热碳酸氢铵，碳酸氢铵高温加热分解为氨气，二氧化碳和水蒸气混合气；随后混合气经过流量控制阀和氨气喷嘴进入发动机排气管，在排气管中与发动机排气混合，并在催化剂作用下，在SCR后处理器中将NOx还原为N₂。