一种氢气发动机尾气处理装置及方法与流程

1.本发明涉及氢气发动机尾气处理技术领域，具体涉及一种氢气发动机尾气处理装置及方法。


背景技术：

2.在车辆领域，柴油发动机废气成分主要有nox和颗粒，对应的传统尾气处理装置为doc+dpf+urea-scr+asc装置。配备有尿素喷射系统，包括尿素罐、喷嘴、尿素加热及喷射管路。尿素水溶液在高温下，分解产生nh3，用于scr还原nox；dpf用于过滤颗粒；主要问题就是尿素结晶问题，为解决尿素结晶问题，有新的固态氨技术；但是该技术尚未解决固态氨储氨物质耐久性问题，当前价格相对尿素喷射系统也更贵。
3.doc+dpf+urea-scr+asc尾气处理装置缺点为尿素结晶问题。
4.doc+dpf+nh
3-scr+asc尾气处理装置缺点为价格贵，耐久问题。
5.氢气发动机尾气成分主要为nox、h2。当前尚无成熟的尾气处理装置。有研究直接采用柴油机的(urea or nh3)-scr+asc系统，缺点也同柴油机尾气处理装置的缺点。


技术实现要素：

6.针对现有技术中存在的不足，本发明提供的一种氢气发动机尾气处理装置及方法。本发明采用h
2-scr+doc技术，彻底解决了(urea or nh3)-scr+asc系统的问题，h
2-scr用于消除nox，doc用于消除未反应的h2。
7.为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：
8.一方面，本发明提供一种氢气发动机尾气处理装置，包括：
9.排气管路，所述排气管路的进气端连接于氢气发动机的排气口；
10.旁通阀，所述旁通阀安装于所述排气歧管上，所述旁通阀将所述排气歧管分为第一排气支路和第二排气支路；
11.温度传感器，所述温度传感器设置于所述旁通阀上游的所述排气管路上；
12.h
2-scr装置，所述h
2-scr装置安装于所述第一排气支路上，所述h
2-scr装置用于消除尾气中的氮氧化合物；
13.余热回收系统，所述余热回收系统安装于所述第二排气支路上，所述余热回收系统用于冷却流经所述第二排气支路内的尾气，所述第二排气支路的出气口连接于所述h
2-scr装置上游的所述第一排气支路上；
14.doc装置，所述doc装置安装于所述h
2-scr装置下游的所述第一排气支路上，所述doc装置用于消除尾气中的h2；
15.以及dcu单元，所述dcu单元与所述旁通阀、所述温度传感器、所述h
2-scr装置、所述余热回收系统以及所述doc装置电连接。
16.优选地，所述余热回收系统包括冷却管路、泵、冷凝机、膨胀机和电机，所述冷却管路安装于所述第二排气支路上并与所述第二排气支路内部的尾气接触，所述泵与所述冷却
管路的进水口连接，所述膨胀机与所述冷却管路的出水口连接，所述冷凝机连接于所述泵和所述膨胀机中间，所述电机与所述膨胀机相连。
17.优选地，所述h
2-scr装置前后端均设置有温度传感器，所述温度传感器与所述dcu单元电连接。
18.优选地，所述h
2-scr装置前后端均设置有氮氧化合物传感器，所述氮氧化合物传感器与所述dcu单元电连接。
19.优选地，所述doc装置后端设置有氢气传感器，所述氢气传感器与所述dcu单元电连接。
20.另一方面，本发明还提供一种氢气发动机的尾气处理方法，包括：
21.当氢气发动机的排气温度不超过第一预设温度值时，关停余热回收系统，切换旁通阀将尾气由第一排气支路进入h
2-scr装置中消除氮氧化合物，再经doc装置消除未反应的h2；
22.当氢气发动机的排气温度大于第一预设温度值时，启动余热回收系统，切换旁通阀将尾气由第二排气支路进入h
2-scr装置中消除氮氧化合物，再经doc装置消除未反应的h2。
23.优选地，所述预设温度值为350℃。
24.本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
25.h
2-scr催化剂技术目前的难题是高效转化区域较窄且偏向低温区域，在150-350℃区间内能实现90％的nox转化，但是温度高于350℃转化效率大大降低，而排气温度主要的范围为250-450℃。为解决这个问题，本发明将氢气尾气处理装置与发动机废气余热回收装置结合，通过废气余热回收，降低排气温度，从而使进入后处理的温度维持在低温区域。满足排放法规的同时，提高发动机经济性。
附图说明
26.图1为本发明尾气处理装置的系统原理示意图。
27.图中标号：1、排气管路；11、第一排气支路；12、第二排气支路；2、旁通阀；3、h
2-scr装置；4、余热回收系统；41、冷却管路；42、泵；43、冷凝机；44、膨胀机；45、电机；5、doc装置；6、氢气发动机；7、温度传感器；8、氮氧化合物传感器；9、氢气传感器；10、dcu单元。
具体实施方式
28.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
29.如图1所示，本发明提供一种氢气发动机尾气处理装置，包括排气管路1、旁通阀2、温度传感器7、h
2-scr装置3、余热回收系统4、doc装置5以及dcu单元10；dcu单元10与旁通阀2、温度传感器7、h
2-scr装置3、余热回收系统4以及doc装置5电连接。
30.排气管路1的进气端连接于氢气发动机6的排气口；旁通阀2安装于排气歧管上，旁
通阀2将排气歧管分为第一排气支路11和第二排气支路12，可以通过旁通阀2切换尾气的两个流向；温度传感器7设置于旁通阀2上游的排气管路1上，可以通过该温度传感器7实时监测发动机尾气口的温度，h
2-scr装置3安装于第一排气支路11上，h
2-scr装置是利用h2和nox反应生成n2的催化装置，是专门针对氢气发动机开发的催化装置，采用本领域的常规选择即可；余热回收系统4安装于第二排气支路12上，余热回收系统4用于冷却流经第二排气支路12内的尾气，第二排气支路12的出气口连接于h
2-scr装置3上游的第一排气支路11上；doc装置5，doc装置5安装于h
2-scr装置3下游的第一排气支路11上。
31.具体的，余热回收系统4包括冷却管路41、泵42、冷凝机43、膨胀机44和电机45，冷却管路41安装于第二排气支路12上并与第二排气支路12内部的尾气接触，泵42与冷却管路41的进水口连接，膨胀机44与冷却管路41的出水口连接，冷凝机43连接于泵42和冷凝机43中间，电机45与膨胀机44相连。
32.h
2-scr装置3前后端均设置有温度传感器7，温度传感器7与dcu单元10电连接。
33.h
2-scr装置3前后端均设置有氮氧化合物传感器8，氮氧化合物传感器8与dcu单元10电连接，氮氧化合物传感器8用于检测排气管路1中的氮氧化合物含量。
34.doc装置5后端设置有氢气传感器9，氢气传感器9与dcu单元10电连接，氢气传感器9用于检测排气管路1中的氢气含量。
35.基于上述结构，本发明提供一种氢气发动机6的尾气处理方法，包括：
36.发动机涡后排气管路1上布置温度传感器7，温度传感器7后布置旁通阀2，将排气管路1一分为二。
37.当排气温度≤350℃时，切换旁通阀2将尾气由第一排气支路11进入h
2-scr装置3中消除氮氧化合物，再经doc装置5消除未反应的h2。
38.当排气温度≤350℃时，余热回收系统4不工作。
39.当排气温度＞350℃时，排气经旁通阀2，切换旁通阀2将尾气由第二排气支路12进入h
2-scr装置3中消除氮氧化合物，再经doc装置5消除未反应的h2。
40.当排气温度＞350℃时，废气余热回收系统4启动工作。
41.在泵42的带动下，有机冷却液经过排气管内部管路，与废气进行热交换，温度升高；升温后的有机冷却液进入膨胀机44进行做功，将热能转化成电能，由电机45输出；从膨胀机44出来的有机冷却液，经过冷凝机43，在与发动机冷却液的热交换下，温度进一步降低。发动机冷却液温度低于100℃；从冷凝机43出来的有机冷却液，在泵42的作用下，再次进入排气系统进行热交换。形成一个完整循环。
42.h
2-scr入口的温度传感器7可以实时获取尾气的温度，dcu单元10可以根据温度反馈实时调节余热回收系统4中有机冷却液的流速，从而保证h
2-scr入口温度能够维持在低于350℃。
43.本发明中所述温度传感器、氮氧化合物传感器、氢气传感器、h
2-scr装置以及doc装置技术特征(本发明的组成单元/元件)，如无特殊说明，均从常规商业途径获得，或以常规方法制得，其具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明的创新点所在，对于本领域技术人员来说，是可以理解的，本发明专利不做进一步具体展开详述。
44.依据本发明的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本发明的一种氢气
发动机尾气处理装置及方法，并且能够产生本发明所记载的积极效果。
45.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。