SCR后處理系統用管路系統及SCR后處理系統的制作方法

本實用新型涉及SCR后處理系統用管路系統及SCR后處理系統。

背景技術：

柴油機作為一種主要動力裝置，憑借其在熱效率、動力性和燃油經濟性等方面的優勢，廣泛應用于交通運輸、能源動力和農用機械等重要領域。由于柴油機在富氧狀態下采用擴散燃燒方式工作，其尾氣中的主要污染物是NOx和PM。而NOx和PM在發動機內的生成存在兩律悖反關系，使得僅靠機內凈化措施很難將兩者同時降低。通過采用高壓噴射、優化燃燒等措施在機內降低 PM，再通過選擇性催化還原（SCR，Selective Catalytic Reduction）技術降低NOx，通過在SCR反應器中加入霧化分解的尿素溶液，尿素溶液在分解后形成氨氣，氨氣在SCR反應器中再與尾氣中NOx反應，生成無污染的氮氣和水，實現對尾氣中氮氧化物的凈化,可滿足當前的排放法規。

影響SCR催化還原反應的因素很多，其中對NOx轉化效率最主要的影響因素有尾氣的流量、溫度、催化箱內NH₃的濃度和催化劑種類。常采用的研究方法有數值模擬、小樣試驗、臺架試驗。由于采用數值模擬方法時所考慮的邊界條件及影響因素與實驗有一定偏差，導致其計算結果與實驗相比偏差較大，并且數值模擬只能反應一種趨勢，不能代表真實的反應。采用小樣實驗方法進行研究時，由于反應物的量與真實反應物相比有一定差距，試驗結果不夠精確，因此研究時具有一定的局限性。在發動機臺架上進行試驗時，由于尾氣的成分、流量、溫度不易做到獨立地控制，故無法對某一影響因素進行單獨研究。當研究尿素的霧化、分解、氨氣在SCR反應器內的分布時，尾氣中的氮氧化物會與尿素分解出的氨氣發生氧化還原反應，這給研究尿素的霧化、分解、氨氣在催化箱內的分布以及NO₂和NO氣體的含量對催化還原反應的影響帶來一定的限制。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種SCR后處理系統用管路系統，以解決在SCR后處理系統中研究尿素的霧化、分解、氨氣在SCR反應器中分布時會受到尾氣中氮氧化物影響的技術問題；本實用新型的目的還在于提供一種SCR后處理系統。

為實現上述目的，本實用新型SCR后處理系統用管路系統的技術方案是：SCR后處理系統用管路系統，包括用于連接在柴油機排氣管與SCR后處理系統之間的通氣管路，通氣管路上設有用于除去尾氣中氮氧化物的尾氣脫硝裝置，所述尾氣脫硝裝置的下游設有除氨裝置。

進一步地，所述除氨裝置的下游還連接有向通氣管路中充入NO2和NO氣體的氮氧化物供應裝置。

進一步地，所述氮氧化物供應裝置的下游還連接有將尾氣與氮氧化物混合并加熱的氣體混合加熱裝置。

進一步地，SCR后處理系統用管路系統還包括設在所述氣體混合加熱裝置下游、用于抽吸氣體混合加熱裝置中氣體的氣泵。

進一步地，SCR后處理系統用管路系統還包括設在除氨裝置的下游、用于檢測除氨裝置出口處的氣體成分的氣體成分檢測裝置。

進一步地，所述尾氣脫硝裝置上游連接有旁通支路，旁通支路上設有用于對多余尾氣泄壓的旁通閥。

本實用新型SCR后處理系統用管路系統的有益效果是：采用本實用新型SCR后處理系統用管路系統，通過設置的尾氣脫硝裝置，可將尾氣中的氮氧化物去除，然后通過出氨裝置除去尾氣脫硝裝置產生的多余氨氣，使得通入其后的SCR后處理系統的尾氣不再含有氮氧化物和氨氣，以避免尾氣中的氮氧化物和氨氣對SCR后處理系統中尿素的霧化、分解和氨氣在SCR反應器中分布的研究造成干涉，提高研究實驗的準確性，本實用新型僅通過具有尾氣脫硝裝置和除氨裝置的管路系統即可實現對尾氣中氮氧化物的處理，系統結構簡單，無需更改原有SCR后處理系統，直接在柴油機排氣管和SCR后處理系統之間增加本實用新型的管路系統即可，實用性強。

進一步地，通過氮氧化物供應裝置定量的向經過脫硝和除氨的尾氣中加入NO₂和NO氣體，實現對尾氣中NO₂和NO含量的獨立控制，以便研究不同含量的NO₂和NO氣體對催化還原反應的影響。

進一步地，通過氣體混合加熱裝置的設置，可實現尾氣與氮氧化物供應裝置供應的NO₂、NO氣體的混合，并且可以實現對混合后氣體溫度的獨立控制，以便研究不同溫度下催化還原反應的特性。

進一步地，氣體在管路進入氣體混合加熱裝置后，體積變大，氣體的壓力突然變小，使得從氣體混合加熱裝置下游的氣體壓力不穩定、流量不確定，通過在氣體混合裝置下游設置氣泵，主動抽吸氣體混合加熱裝置內的混合氣體，并將混合氣體穩定輸出，以實現對進入SCR后處理系統的氣體流量的控制，方便研究氣體流量對催化還原反應的影響。

進一步地，氣體成分檢測裝置用于檢測從除氨裝置出口流出的尾氣的氣體成分，如果氣體成分中氮氧化物含量無法達到要求，則需要調整前面的尾氣脫硝裝置，如增加氨氣濃度或調整溫度等使氮氧化物反應更充分；若檢測到氨氣含量較高，則調整前面的氨氣通入量或調整除氨裝置使其對氨氣氧化更充分。氣體成分檢測裝置的設置不僅使實驗調整過程十分方便，而且可使實驗過程可視化，更精確化。

進一步地，由于尾氣向管道中供應時其流量大小不固定，就會導致一部分尾氣無法排出，嚴重時可能導致管道爆裂，通過增加旁通支路及旁通閥，在尾氣流量多余時，自動開啟或人工開啟旁通閥泄壓，保證系統的安全運行。

本實用新型SCR后處理系統的技術方案是：SCR后處理系統包括SCR反應器和與SCR反應器的進口相連的尿素供給裝置，還包括SCR后處理系統用管路系統，SCR后處理系統用管路系統包括用于連接在柴油機排氣管與SCR反應器之間的通氣管路，通氣管路上設有用于除去尾氣中氮氧化物的尾氣脫硝裝置，所述尾氣脫硝裝置的下游設有除氨裝置。

進一步地，所述除氨裝置的下游還連接有向通氣管路中充入NO2和NO氣體的氮氧化物供應裝置。

進一步地，所述氮氧化物供應裝置的下游還連接有將尾氣與氮氧化物混合并加熱的氣體混合加熱裝置。

進一步地，SCR后處理系統用管路系統還包括設在所述氣體混合加熱裝置下游、用于抽吸氣體混合加熱裝置中氣體的氣泵。

進一步地，SCR后處理系統用管路系統還包括設在除氨裝置的下游、用于檢測除氨裝置出口處的氣體成分的氣體成分檢測裝置。

進一步地，所述尾氣脫硝裝置上游連接有旁通支路，旁通支路上設有用于對多余尾氣泄壓的旁通閥。

本實用新型SCR后處理系統的有益效果是：采用本實用新型SCR后處理系統，通過設置的尾氣脫硝裝置，可將尾氣中的氮氧化物去除，然后通過出氨裝置除去尾氣脫硝裝置產生的多余氨氣，使得通入其后的SCR后處理系統的尾氣不再含有氮氧化物和氨氣，以避免尾氣中的氮氧化物和氨氣對SCR后處理系統中尿素的霧化、分解和氨氣在SCR反應器中分布的研究造成干涉，提高研究實驗的準確性，本實用新型僅通過具有尾氣脫硝裝置和除氨裝置的管路系統即可實現對尾氣中氮氧化物的處理，系統結構簡單，無需更改原有SCR 后處理系統，直接在柴油機排氣管和SCR后處理系統之間增加本實用新型的管路系統即可，實用性強。

進一步地，通過氮氧化物供應裝置定量的向經過脫硝和除氨的尾氣中加入NO₂和NO氣體，實現對尾氣中NO₂和NO含量的獨立控制，以便研究不同含量的NO₂和NO氣體對催化還原反應的影響。

進一步地，通過氣體混合加熱裝置的設置，可實現尾氣與氮氧化物供應裝置供應的NO₂、NO氣體的混合，并且可以實現對混合后氣體溫度的獨立控制，以便研究不同溫度下催化還原反應的特性。

進一步地，氣體在管路進入氣體混合加熱裝置后，體積變大，氣體的壓力突然變小，使得從氣體混合加熱裝置下游的氣體壓力不穩定、流量不確定，通過在氣體混合裝置下游設置氣泵，主動抽吸氣體混合加熱裝置內的混合氣體，并將混合氣體穩定輸出，以實現對進入SCR后處理系統的氣體流量的控制，方便研究氣體流量對催化還原反應的影響。

進一步地，氣體成分檢測裝置用于檢測從除氨裝置出口流出的尾氣的氣體成分，如果氣體成分中氮氧化物含量無法達到要求，則需要調整前面的尾氣脫硝裝置，如增加氨氣濃度或調整溫度等使氮氧化物反應更充分；若檢測到氨氣含量較高，則調整前面的氨氣通入量或調整除氨裝置使其對氨氣氧化更充分。氣體成分檢測裝置的設置不僅使實驗調整過程十分方便，而且可使實驗過程可視化，更精確化。

進一步地，由于尾氣向管道中供應時其流量大小不固定，就會導致一部分尾氣無法排出，嚴重時可能導致管道爆裂，通過增加旁通支路及旁通閥，在尾氣流量多余時，自動開啟或人工開啟旁通閥泄壓，保證系統的安全運行。

附圖說明

圖1為本實用新型SCR后處理系統的具體實施例示意圖；

圖2為圖1的原理流程示意圖；

圖中：1-旁通閥，2-流量控制閥，3-三通閥，4-尾氣脫硝裝置，5-除氨裝置，6-氣體成分檢測裝置，7-NO₂供應裝置，8-NO供應裝置，9-氣體混合加熱裝置，10-氣泵，11-尿素供給裝置，12-溫度計，13-流量計，14-SCR反應器，15-氨氣傳感器，16-溫度檢測器。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的實施方式作進一步說明。

本實用新型的SCR后處理系統的具體實施例，如圖1至圖2所示，SCR后處理系統包括設置在柴油機進氣管路上的流量控制閥2，可控制尾氣進入系統的流量大小。在流量控制閥2進氣口前面設有旁通支路，旁通支路上設有旁通閥1，在柴油機尾氣供應太快或者流量控制閥2調節小流量進入系統時，會有多余的尾氣需要泄壓，即可打開旁通閥1，使多余的柴油機尾氣從旁通支路排走。

流量控制閥2的出口后端通過管路連通有對尾氣中NO和NO₂進行反應以將尾氣中的NO和NO₂消除的尾氣脫硝裝置4，尾氣脫銷裝置由氨氣供應裝置和SCR催化箱構成，在其他實施例中，也可采用其他方式消除尾氣中的氮氧化物。尾氣脫硝裝置4的后端出口連接有除氨裝置5，以便將尾氣脫硝裝置4中未反應的多余氨氣氧化掉，即除去多余的氨氣。除氨裝置5出口后端的管路上連接有氣體成分檢測裝置6，以便分析從除氨裝置5的出口中流出的氣體的成分，主要是分析氣體中的NO、NO₂、CO和CO₂，并將分析到的數據信息反饋給系統或供工作人員查看。

流量控制閥2與尾氣脫硝裝置4之間的管路上還設置有三通閥3，三通閥3的其中兩通道連接在流量控制閥2與尾氣脫硝裝置4之間的管路上，其第三通道通過管道連接在除氨裝置5和氣體成分檢測裝置6之間的主管道上，以便在進行其他無需脫硝處理的實驗時，可以將尾氣直接經過三通閥3的第三通道和管道、繞過尾氣脫硝裝置4導入后面的管路中。在其他實施例中，三通閥3及與其第三通道相連的管路可撤掉，不影響SCR后處理系統的性能研究。

除氨裝置5后端出口后面的管道、且位于氣體成分檢測裝置6之后還連接有氣體混合加熱裝置9，氣體混合加熱裝置9的前端還連接有NO₂供應裝置7和NO供應裝置8，從除氨裝置5出口流出的氣體以及NO₂供應裝置7和NO供應裝置8供應的NO₂、NO氣體在氣體混合加熱裝置9中混合并被加熱，氣體混合加熱裝置9后端出口相連的管路上還設有溫度計12，用來檢測管路中混合氣體的溫度并將溫度信息反饋給控制系統或供工作人員查看，根據溫度計12顯示的溫度，通過調整柴油機的運行工況及氣體混合加熱裝置9對通向SCR后處理系統的尾氣溫度進行控制。

氣體混合加熱裝置9包含有陶瓷電加熱器、溫度傳感器、溫度調控器、保溫箱，陶瓷電加熱器是由耐高溫的陶瓷電熱圈采用陶瓷條穿絲的方式制作而成，陶瓷電加熱器的發熱體采用圓絲陶撓成彈簧狀穿入陶瓷條圈的方式制作而成,其外罩采用不銹鋼,中間用高溫隔熱保溫棉（硅酸鋁纖維板）進行隔熱。陶瓷條具有傳熱快、散熱快，發熱均勻、高溫穩定、堅硬不易碎、高溫不變形、不易老化等特點，可長時間在600－800℃下使用。在其他實施例中，也可采用其他加熱方式的加熱裝置，不限于采用陶瓷電加熱器以及相應的發熱器的布置方式。

氮氧化物供應裝置采用NO和NO₂分開獨立供氣的方式，即采用NO₂供應裝置7和NO供應裝置8，兩個供應裝置的出口處均設有控制閥和流量計13，起到定量控制并能讀取流量的目的，NO和NO₂分開獨立供氣可很方便的調節最佳氣體比，以調控氣體反應效率，且可根據不同的NO和NO₂比值繪制特性曲線，通過控制NO₂供應裝置7和NO供應裝置8可很方便準確的研究NO和NO₂氣體含量對催化還原反應的影響。在其他實施例中，也可將NO和NO₂氣體按照一定的比例混合后供氣，也可控制尾氣中氮元素的含量。

氣體混合加熱裝置9的后端出口的管路上連接有SCR反應器14，SCR反應器14的前端進口連接有尿素供給裝置11，經氣體混合加熱裝置9加熱后的混合氣體與尿素供給裝置11噴出的水霧接觸后，在高溫情況下使尿素水解為氨氣，氨氣和混合氣體中的氮氧化物反應生成氮氣和水，實現尾氣中氮氧化物的消除。

氣體混合加熱裝置9和SCR反應器14之間的管路上連接有耐高溫的氣泵10，由于管路中的氣體在進入氣體混合加熱裝置9后，體積驟然變大，氣體壓力降低，很可能會導致流量變小，因此增設氣泵10對其抽吸以保證流入SCR反應器14中的氣體流量可控。在其他實施例中，如果在系統中氣體充滿或者氣體經過氣體混合加熱裝置9后其壓力不受損失的情況下也可不設置氣泵10；也可將氣泵10更換為閥門，當前面的氣體流量足夠大時再打開閥門。

氣泵10和SCR反應器14之間還設有流量計13，用于檢測進入SCR反應器14的氣體流量，如圖1所示，氣泵10、尿素供給裝置11、溫度計12和流量計13依次布置在氣體混合加熱裝置9和SCR反應器14之間的管道上。

SCR反應器14后端出口相連的管路上設置有氨氣傳感器15和溫度檢測器16，分別用于檢測是否有氨氣泄露和檢測排出氣體的溫度。在其他實施例中，也可不設置氨氣傳感器15和溫度檢測器16。

本實用新型的SCR后處理系統使用時：

1、在不發生催化還原反應時，研究尿素的霧化、分解及儲氨特性。

調整發動機到達某一工況，通過控制流量控制閥2提供一定量的尾氣，轉動三通閥3讓尾氣通向尾氣脫銷裝置進行NOx的去除，再將處理后的氣體通向除氨裝置5去除多余的氨氣，接著通過氣體成分檢測裝置6對尾氣進行分析，最后尾氣通入氣體混合加熱裝置9，在氣泵10的作用下將尾氣供給SCR后處理系統（SCR反應器14等），通過調整尿素供給裝置11供給一定量尿素，由于尿素的蒸發、霧化與管路中氣體的溫度有一定關系，通過溫度計12讀數及相關換算即可了解尿素的蒸發、霧化情況和氨氣在SCR反應器14中的分布情況等。

2、研究NO₂和NO氣體含量對催化還原反應的影響。

調整發動機到達某一工況，通過控制流量控制閥2提供一定量的尾氣，轉動三通閥3讓尾氣通向尾氣脫銷裝置進行NOx去除，再將處理后的氣體通向除氨裝置5去除多余的氨氣，接著通過氣體成分檢測裝置6對尾氣進行分析，最后尾氣通入氣體混合加熱裝置9，由NO₂供應裝置7和NO供應裝置8提供一定量的NO₂和NO氣體并通入氣體混合加熱裝置9進行混合加熱，在氣泵10的作用下將尾氣通向SCR后處理系統（SCR反應器14），通過調整尿素供給裝置11供給一定量尿素，研究NO₂和NO氣體含量對催化還原反應的影響。利用本實用新型的裝置可以實現尾氣的成分不完全依賴于發動機的工況，更加詳細的分析NO₂和NO氣體含量對催化還原反應的影響。

3、研究不同流量、不同溫度的尾氣對SCR后處理系統的影響。

通過調整發動機工況、流量控制閥2、氣體混合加熱裝置9、氣泵10，可以對尾氣的流量、溫度進行控制。使尾氣的流量、溫度不完全依賴于發動機的工況，并且可以分別進行獨立控制，更加方便研究尾氣流量、溫度對SCR催化還原反應的影響。利用本實用新型還可以研究SCR反應器14內溫度場的分布。

4、本實用新型還可實現在一種發動機提供氣源的條件下，對SCR后處理系統中不同型號的SCR反應器14進行研究，由于本實用新型的尾氣成分、流量和溫度均可單獨控制，因此可更換不同型號的SCR反應器14進行測試，并可獲取與SCR系統最匹配的SCR反應器14。

本實用新型SCR后處理系統用管路系統的具體實施例與本實用新型SCR后處理系統各具體實施例中的SCR后處理系統用管路系統的各具體實施例相同，不再贅述。