一种基于尿素水解制氨的柴油机超低排放系统和方法

本发明涉及柴油机尾气后处理，尤其涉及一种基于尿素水解制氨的柴油机超低排放系统和方法。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、传统柴油机具有较高的比功率、经济性和燃料兼容性，在运输等领域具有广泛应用。出于环境保护的考虑，柴油机尾气需要经过后处理，使尾气成分符合排放法规后才能排放到大气中。尾气排放标准也在不断变严格：欧洲后续的排放标准中nox的排放限值降低，还增加了n2o的排放限值，冷起动工况的nox排放量的降低是需要持续改进的技术问题。

3、目前使用的后处理技术中，scr(选择性催化还原技术)是能将柴油机排气中的nox转化为h2o和n2的关键技术，scr装置中的催化转化器的工作过程包括：尿素储存罐里的尿素溶液直接喷入尾气管内，与管内热尾气充分混合后发生尿素热解反应生成氨气，氨气作为还原剂在scr催化转化器内将nox还原为无毒无害的n2和h2o。但是因为尿素热解过程难以精确控制，热解程度不完全等因素，会在尾气管内的入口处和尾气管中产生沉积物，造成排气背压增大，影响发动机的工作效率，沉积物还会附着在scr催化剂表面，从而降低nox的转化率。lo-scr(低负荷-冷起动选择催化转化器)，通过采用新型催化剂材料等手段，可以在低温下高效转化nox。

4、目前低温冷起动和中低速工况下nox的转化率低，而采用的lo-scr催化转化器在高温条件下又容易生成n2o，是阻碍nox减排的因素。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于尿素水解制氨的柴油机超低排放系统和方法，不仅解决了尿素热解不完全造成沉积物堵塞的问题，还有效提高了全工况的nox转化率，实现了nox的超低排放。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、本发明第一方面提供了一种基于尿素水解制氨的柴油机超低排放系统，包括：电加热单元、后处理系统和尿素水解系统；

4、所述电加热单元包括：安装于尾气管筒体中的电加热器；

5、所述后处理系统包括在所述尾气管筒体中依次排列的lo-scr催化转化器、dpf装置和scr催化转化器；所述电加热器位于所述lo-scr催化转化器的尾气流动方向的上游位置，所述scr催化转化器位于所述lo-scr催化转化器的尾气流动方向的下游位置；

6、所述尿素水解系统包括尿素水解装置，所述尿素水解装置通过第一反应气出口和第二反应气出口连通尾气管筒体内部；所述第一反应气出口位于电加热器和lo-scr催化转化器之间，所述第二反应气出口位于所述dpf装置和所述scr催化转化器之间。

7、可选的，所述尾气管筒体通过尾气管前端与柴油发动机的排气管相连，所述尾气管筒体的末端与用于排出尾气的尾气管末端相连。

8、可选的，所述尿素水解装置包括依次连通的尿素储存箱、水解室和气液分离室，所述水解室靠紧尾气管壁，能够吸收尾气管壁的热量。

9、可选的，所述尿素水解装置中，所述尿素储存箱与水解室之间的连接管道上安装有计量泵。

10、可选的，所述水解室的进料端设置有进风口，所述进风口连通外界大气。

11、可选的，所述气液分离室的位置高于所述水解室，所述气液分离室伸出管道，连通所述第一反应气出口和所述第二反应气出口。

12、可选的，所述第一反应气出口的管道上安装有第一止回阀，所述第二反应气出口的管道上安装有第二止回阀。

13、可选的，所述后处理系统包括第一asc装置、doc装置和第二asc装置。

14、可选的，所述尾气管筒体中依次安装有电加热器、lo-scr催化转化器、第一asc装置、doc装置、dfp装置、第二scr催化转化器和第二asc装置。

15、第二方面，利用上述基于尿素水解制氨的柴油机超低排放系统的柴油机超低排放方法，包括以下过程：

16、在低温冷起动和中低速工况下，氨气只通过第一反应气出口喷出，柴油发动机尾气经过电加热器加热升温与氨气混合后进入lo-scr催化转化器进行还原反应，到达下游scr催化转化器时温度降低至催化温度以下，但下游scr催化器温度持续升高；

17、在高负荷工况下，下游scr催化转化器载体温度升高，达到尿素起喷温度后，氨气通过第二反应气出口喷出进行氨储喷射，在下游scr起喷后，根据尾气中nox的浓度、尾气流量、lo-scr后氨气浓度和尾气温度调整第一反应气出口的喷射量和喷射时机，以降低lo-scr氨储，避免lo-scr高负荷工况下生成n2o。

18、本发明的有益效果如下：

19、1.本发明将尿素水解产生的氨气以气体形式直接喷入尾气管筒体内，并通过止回阀避免回流，解决了传统方式直接向尾气管筒体内喷射尿素溶液由于不完全反应而产生的沉积物堵塞的问题，提高了催化转化器的转化效率和柴油机的工作效率。同时，设置两级scr催化转化器，满足不同工况下的scr脱硝需求：在低温工况下通过安装电加热器和lo-scr，保证了此工况下nox的高转化率；为了避免lo-scr生成n2o,设置了能够调节流量的第一反应气出气口和第二反应气出气口，有效抑制n2o的生成，在高温工况下能够满足大流量氮氧化物的处理排放要求。

20、2.本发明通过计量泵控制进入水解室的尿素溶液供给量，水解室通过尾气管筒体吸收柴油发动机的尾气热量，能够精确控制尿素水解室内氨气的生成量，提高尿素溶液的利用率。通过气液分离器实现气液分离，反应气进入通过反应气出口和尾气混合，液体通过壁面流回水解室继续进行水解反应。

21、3.本发明通过在尾气管筒体前端加装电加热器，提高了排气温度，促进lo-scr在短时间内高效工作，尽最大可能减少低温下nox的排放，提高了其他后处理装置催化剂的温度，使它们在更短的时间内进入工作温度，在低温工况下仅吸收尾气热量不足以发生水解反应时提供额外热源，让水解器快速达到水解温度提供足够的氨气。

技术特征：

1.一种基于尿素水解制氨的柴油机超低排放系统，其特征在于，包括：电加热单元、后处理系统和尿素水解系统；

2.根据权利要求1所述的基于尿素水解制氨的柴油机超低排放系统，其特征在于，所述尾气管筒体通过尾气管前端与柴油发动机的排气管相连，所述尾气管筒体的末端与用于排出尾气的尾气管末端相连。

3.根据权利要求1所述的基于尿素水解制氨的柴油机超低排放系统，其特征在于，所述尿素水解装置包括依次连通的尿素储存箱、水解室和气液分离室，所述水解室靠紧尾气管壁，能够吸收尾气管壁的热量；

4.根据权利要求3所述的基于尿素水解制氨的柴油机超低排放系统，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的基于尿素水解制氨的柴油机超低排放系统，其特征在于，所述后处理系统包括第一asc装置、doc装置和第二asc装置；

6.根据权利要求1所述的基于尿素水解制氨的柴油机超低排放系统，其特征在于，尾气管筒体中，电加热器后安装有温度传感器，用于检测lo-scr催化转化器前的进气温度。

7.根据权利要求1-6任一所述的基于尿素水解制氨的柴油机超低排放系统，其特征在于，电加热单元、计量泵、温度测量机、液位计、第一反应气出口末端的气体喷嘴和第二反应气出口末端的气体喷嘴分别与控制单元连接，控制单元还与柴油机及其配件的传感装置连接，用于在不同的柴油机工况下调整系统的工作状态；

8.一种利用权利要求1-7任一所述的基于尿素水解制氨的柴油机超低排放系统的基于尿素水解制氨的柴油机超低排放方法，其特征在于，包括以下过程：

9.根据权利要求8所述的基于尿素水解制氨的柴油机超低排放方法，其特征在于，控制单元根据柴油机工况、温度测量机和液位计的反馈数据，调整计量泵的开放程度，以实现对尿素水解氨气释放量的精确调控。

10.根据权利要求8所述的基于尿素水解制氨的柴油机超低排放方法，其特征在于，尿素储存箱里的尿素溶液在计量泵的开度控制下进入水解室，水解室通过尾气管筒体吸收热量，促使尿素发生水解反应产生氨气，尿素水解产物通过上方的气液分离器分离出氨气进入尾气管筒体内部。

技术总结
本发明公开了一种基于尿素水解制氨的柴油机超低排放系统和方法，涉及柴油机尾气后处理技术领域。系统包括电加热单元、后处理系统和尿素水解系统；电加热单元包括安装于尾气管筒体中的电加热器；后处理系统包括在尾气管筒体中依次排列的LO‑SCR催化转化器、DPF装置和SCR催化转化器；电加热器位于LO‑SCR催化转化器的的上游位置，SCR催化转化器位于LO‑SCR催化转化器的下游位置；尿素水解装置通过第一反应气出口和第二反应气出口连通尾气管筒体内部；第一反应气出口位于电加热器和LO‑SCR催化转化器之间，第二反应气出口位于DPF装置和下游SCR催化转化器之间。本发明将尿素水解产生的氨气直接喷入尾气管筒体内，解决了直接向尾气管筒体内喷射尿素溶液而产生的沉积物堵塞的问题。同时，设置了能够调节流量的第一反应气出气口和第二反应气出气口，有效抑制N<subgt;2</subgt;O的生成，在高温工况下能够满足大流量氮氧化物的处理排放要求。

技术研发人员：孙柯,黄春超,白书战
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/29