柴油車尾氣NOX綜合處理裝置的制作方法

本實(shí)用新型涉及一種綜合運(yùn)用堿性燃燒技術(shù)和SCR技術(shù)處理柴油車尾氣的處理裝置和處理方法，特別是能夠減少車尾氣中氮氧化合物的排放量。并通過(guò)檢測(cè)傳感器控制機(jī)外SCR裝置的開(kāi)啟時(shí)間達(dá)到節(jié)能高效的目的。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)柴油車的四大問(wèn)題：油耗大、污染大、噪聲大和體型大，但隨著科技的發(fā)展，已使柴油車成為油耗低，可靠性好的交通運(yùn)輸工具，以優(yōu)良的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性能在車輛領(lǐng)域廣泛使用，可以說(shuō)汽車柴油化將是未來(lái)汽車發(fā)展的主要方向。但目前困擾世界的難題是柴油機(jī)污染排放問(wèn)題，因而降低柴油機(jī)尾氣中的污染物的排放迫在眉睫。由于柴油車尾氣中CO和HC的排放量極少，主要污染物是NO_X和PM，并且NO_X的危害不容小覷。國(guó)內(nèi)雖采用一些柴油車尾氣處理技術(shù)，但對(duì)NO_X處理效果不佳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了降低柴油機(jī)尾氣中氮氧化合物的排放量和完善堿性燃燒技術(shù)與SCR技術(shù)的綜合運(yùn)用，本實(shí)用新型在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)和/或氣缸外采用兩種形式對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒產(chǎn)生的氣體進(jìn)行清潔以提高柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒性能并減少氮氧化物等有害污染氣的排放。在柴油車發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣通道上利用霧化裝置，將特定濃度的堿性溶液霧化成堿性空氣氣溶膠，使空氣改性為具有一定比例的堿性空氣并由進(jìn)氣門進(jìn)入到氣缸內(nèi)部參與燃燒，實(shí)現(xiàn)堿性空氣介質(zhì)參與發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃燒。同時(shí)在發(fā)動(dòng)機(jī)外利用選擇性催化還原法(即SCR技術(shù))，在催化劑的作用下，使NH₃在高溫環(huán)境下有選擇的將NO和NO₂還原為氮?dú)?，并且用NO_X檢測(cè)傳感器檢測(cè)堿性燃燒處理的程度并控制SCR裝置的開(kāi)啟時(shí)間。兩種技術(shù)綜合使用達(dá)到節(jié)能減排的目的。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種柴油車尾氣NO_X綜合處理裝置，包括堿性燃燒裝置，所述堿性燃燒裝置具體包括：

伺服器單元，所述伺服器單元包括堿性溶液箱和堿性溶液霧化裝置，該霧化裝置輸出端與所述發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣端連通，用于將堿性溶液霧化成堿性空氣氣溶膠提供給所述發(fā)動(dòng)機(jī)；

發(fā)動(dòng)機(jī)，用于柴油在堿性氣溶膠環(huán)境下發(fā)生燃燒，減少NO_X含量；

檢測(cè)單元，連接于發(fā)動(dòng)機(jī)出氣端，檢測(cè)尾氣中NO_X的含量。

所述霧化裝置包括氣溶膠生成單元、氣溶膠輸送單元和霧化電控單元，該霧化電控單元電連接于所述氣溶膠生成單元和所氣溶膠輸送單元，并控制二者堿性氣溶膠的生成與輸送。

所述堿性溶液為K₂CO₃、KHCO₃、Na₂CO₃或NaHCO₃水溶液，該堿性水溶液濃度(重量比)為1-4％。

送入發(fā)動(dòng)機(jī)的所述堿性溶液與柴油的比例(重量比)為，堿性溶液:柴油＝0.2-0.5：100。

柴油車尾氣NO_X綜合處理裝置還包括SCR裝置，所述SCR裝置連接于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣端并向發(fā)動(dòng)機(jī)排氣端噴射濃度30％～35％的尿素水溶液噴霧，用于將尾氣中的NO_X氧化還原成氮?dú)夂退鰴z測(cè)單元根據(jù)尾氣中NO_X的含量控制SCR裝置的開(kāi)啟和停止。

所述SCR裝置具體包括：催化轉(zhuǎn)化裝置，連接于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣端；尿素噴射單元，連接于所述催化轉(zhuǎn)化裝置前端，用于向催化轉(zhuǎn)化裝置噴射尿素溶液；尿素溶液箱，連接于尿素噴射單元，和尿素噴射控制單元，根據(jù)檢測(cè)單元的檢測(cè)信號(hào)，控制所述尿素噴射單元的噴射。

一種柴油車尾氣NO_X綜合處理方法，包括以下步驟；

a,將濃度1-4％的堿性水溶液霧化成堿性空氣氣溶膠；

b,將所述堿性空氣氣溶膠送入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣端，與發(fā)動(dòng)機(jī)中柴油進(jìn)行堿性燃燒，送入發(fā)動(dòng)機(jī)的堿性溶液與柴油重量比為0.2-0.5：100。所述堿性溶液可為K₂CO₃、KHCO₃、Na₂CO₃或NaHCO₃水溶液，該堿性水溶液濃度(重量比)為1-4％。

本實(shí)用新型的柴油車尾氣NO_X綜合處理方法，其特征在于還包括以下步驟:

c,檢測(cè)排出的尾氣中NO_X含量并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果控制SCR裝置的開(kāi)啟，由SCR裝置向尾氣中噴射尿素溶液噴霧，進(jìn)行氧化還原反應(yīng)對(duì)排出的尾氣進(jìn)一步處理，去除尾氣中NO_X，其反應(yīng)式為：

NH₂CONH₂+H₂O→2NH₃+CO₂ 4NH₃+NO₂→3N₂+6H₂O

4NH₃+2NO+O₂→4N₂+6H₂O 8NH₃+6NO₂→7N₂+12H₂O。

本實(shí)用新型所述堿性燃燒屬于催化燃燒，其機(jī)理與傳統(tǒng)催化相同。堿性燃燒就是在燃燒反應(yīng)中加入堿性金屬氧化物和水一樣發(fā)揮催化作用，由于堿性金屬氧化物的路易斯堿性大、配位性強(qiáng)，催化效果大幅提高。換言之，傳統(tǒng)燃燒是碳酸為過(guò)渡態(tài)的催化燃燒，而堿性燃燒(如果用鈉堿催化)則是碳酸鈉為過(guò)渡態(tài)的催化燃燒。碳酸與碳酸鈉的化學(xué)性質(zhì)差距頗大。因此說(shuō)，堿性燃燒與傳統(tǒng)燃燒相比在化學(xué)熱力學(xué)上有巨大的改變。在柴油燃燒過(guò)程中，通過(guò)將堿性物質(zhì)添加到進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的空氣當(dāng)中，也就是讓堿性空氣參與缸內(nèi)燃燒。由于堿性物質(zhì)在燃燒過(guò)程中對(duì)NO_X化物具有催化氧化作用，并能抑制空氣中的N₂轉(zhuǎn)化成NO_X，改變NO_X生成的條件。促進(jìn)燃燒，一定程度降低顆粒物的產(chǎn)生?？蛇_(dá)到清潔燃燒的目的。

SCR裝置：SCR技術(shù)的基本原理是在氨氣作為還原劑的條件和催化劑作用下，把柴油機(jī)尾氣中的有害物質(zhì)氮氧化合物轉(zhuǎn)化為無(wú)害的氮?dú)夂退魵?，在這里催化還原劑我們一般選用質(zhì)量百分比為31.8％～33.2％尿素的水溶液，因?yàn)槟蛩氐膬r(jià)格低廉、低毒、容易存放等特點(diǎn)，具備了可以廣泛應(yīng)用的特點(diǎn)。同時(shí)，尿素可以與水發(fā)生反應(yīng)可以分解生成氨氣和二氧化碳，為SCR催化系統(tǒng)提供了還原劑NH₃。SCR技術(shù)反應(yīng)方程式如下：

NH₂CONH₂+H₂O→2NH₃+CO₂ 4NH₃+NO₂→3N₂+6H₂O

4NH₃+2NO+O₂→4N₂+6H₂O 8NH₃+6NO₂→7N₂+12H₂O

本實(shí)用新型的有益效果是：

采用本實(shí)用新型的堿性燃燒技術(shù)，能大幅度減少柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中氮氧化物的排放量。實(shí)驗(yàn)表明，采用濃度(重量比)為1-4％的K₂CO₃、KHCO₃、Na₂CO₃或NaHCO₃水溶液，對(duì)NO_X處理效果最明顯，NO_X減少量能達(dá)到正常燃燒的40％—45％。人們?cè)诖酥皢为?dú)使用SCR技術(shù)，雖能在一定程度上減少NO_X的排放，但是難以達(dá)到理想的效果，并且SCR裝置護(hù)理費(fèi)使用費(fèi)高，且存在NH₃泄漏造成二次污染，原料尿素需要不斷補(bǔ)充的缺點(diǎn)。本實(shí)用新型將二者結(jié)合進(jìn)行，對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)采用堿性燃燒技術(shù)和SCR技術(shù)，既能減少運(yùn)行成本，減少尿素的用量，而且能準(zhǔn)確充分的降低氮氧化合物的含量，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)能高效。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的堿性燃燒裝置中伺服器單元示意圖。

圖2是本實(shí)用新型的SCR裝置示意圖。

圖3是伺服器單元和SCR裝置與發(fā)動(dòng)機(jī)的連接順序及位置示意圖。

圖中

1.支架 2.霧化裝置輸出端 3.氣溶膠生成裝置 4.堿性溶液箱 5.基座 6.塑料管道 7.氣溶膠輸送單元 8.霧化電控單元 9.尿素噴射單元 10.發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管 11.催化轉(zhuǎn)換裝置 12.尿素噴射控制單元 13.尿素溶液箱 14.發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣端 15.柴油發(fā)動(dòng)機(jī) 16.檢測(cè)單元 17.SCR裝置 18.伺服器單元 19.發(fā)動(dòng)機(jī)排氣端

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖3所示，本實(shí)用新型是一種柴油車尾氣NO_X的綜合處理裝置，包括NO_X檢測(cè)單元16，SCR裝置17，伺服器單元18，發(fā)動(dòng)機(jī)15。伺服器單元18設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣端14，與發(fā)動(dòng)機(jī)一起構(gòu)成堿性燃燒裝置。檢測(cè)單元16和SCR裝置17設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣端19，對(duì)堿性燃燒后排放的尾氣進(jìn)行二次處理，檢測(cè)單元16檢測(cè)尾氣中NO_X含量，確定SCR裝置17開(kāi)啟和停止。

所述伺服器單元18如圖1所示，包括支架1，鋼性噴頭2，氣溶膠生成裝置3，堿性溶液箱4，基座5，塑料管道6，氣溶膠輸送單元7，霧化電控單元8。其中氣溶膠輸送單元7可以使用風(fēng)扇、風(fēng)機(jī)等氣體輸送裝置。伺服器單元18固定于發(fā)動(dòng)機(jī)前端的進(jìn)氣管附近，車載電源與霧化電控單元8連接，將特定的堿性化合物溶液盛放在堿性溶液箱4中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)啟時(shí)霧化電控單元8同時(shí)控制氣溶膠輸送單元7和氣溶膠生成裝置3開(kāi)啟，堿性溶液在塑料管道6中被霧化成一定比例的堿性空氣氣溶膠在氣溶膠輸送單元7的助力下通過(guò)鋼性噴頭2噴出并與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣門的空氣混合一起進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)參與燃燒。

所述NO_X檢測(cè)單元16固定于發(fā)動(dòng)機(jī)末端排氣管10附近，發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)啟時(shí)同時(shí)開(kāi)啟該裝置，用于檢測(cè)堿性燃燒對(duì)NO_X的處理程度并控制后端的SCR裝置的開(kāi)啟時(shí)刻和開(kāi)啟時(shí)間的長(zhǎng)短。

所述SCR裝置17如圖2所示，包括尿素噴射單元9，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管10，催化轉(zhuǎn)換裝置11，尿素噴射控制單元12，尿素溶液箱13。SCR裝置17固定于發(fā)動(dòng)機(jī)后端的排氣管10附近，車載電源與尿素噴射控制單元12連接，將一定比例的尿素溶液盛放在尿素溶液箱13中，并通過(guò)尿素噴射控制單元12控制尿素噴射單元9的開(kāi)啟，將尿素噴到發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管10中并在排氣管分解出NH₃進(jìn)入后端的催化轉(zhuǎn)換裝置11發(fā)生一系列的反應(yīng)，將產(chǎn)生的NO_X進(jìn)一步處理轉(zhuǎn)化成N₂排出。

實(shí)施例1

實(shí)驗(yàn)車輛采用小型柴油機(jī)動(dòng)車，伺服器，德圖煙氣測(cè)試儀，自動(dòng)煙塵氣測(cè)試儀作為實(shí)驗(yàn)設(shè)備。堿性溶液使用2％的Na₂CO₃和1％NaHCO₃的混合水溶液。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將實(shí)驗(yàn)用柴油機(jī)動(dòng)車停在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)并保持怠速狀態(tài)10分鐘，然后在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速的狀態(tài)下，分別進(jìn)行普通空氣燃燒，加入Na₂CO₃和NaHCO₃的混合水溶液燃燒。測(cè)定各種性質(zhì)的空氣對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放的影響，并做對(duì)比，具體步驟如下：(1)預(yù)熱伺服器十分鐘；(2)在不加任何助劑的情況下怠速運(yùn)轉(zhuǎn)十分鐘；(3)開(kāi)啟堿性燃燒氣體發(fā)生裝置，采用2％的Na₂CO₃和1％NaHCO₃的混合水溶液，按照堿性溶液與柴油重量比為0.3：100比例送入發(fā)動(dòng)機(jī)，并使發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)十分鐘。堿性溶液添加前時(shí)隔5分鐘然后開(kāi)始測(cè)量，加堿性溶液與不加堿性溶液交替進(jìn)行轉(zhuǎn)換狀態(tài)間隔5分鐘。每組溶液實(shí)驗(yàn)測(cè)10次，每次時(shí)隔5分鐘，并做詳細(xì)記錄。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我們得出NO排放數(shù)據(jù)，得表1。

表1

實(shí)施例2

實(shí)驗(yàn)車輛采用小型柴油機(jī)動(dòng)車，小型柴油車載SCR裝置(用NH₃選擇催化還原裝置)，伺服器，德圖煙氣測(cè)試儀，自動(dòng)煙塵氣測(cè)試儀作為實(shí)驗(yàn)設(shè)備。堿性溶液使用2％的Na₂CO₃和 1％NaHCO₃的混合水溶液。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將實(shí)驗(yàn)用柴油機(jī)動(dòng)車停在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)并保持怠速狀態(tài)10分鐘，然后在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速的狀態(tài)下，分別進(jìn)行普通空氣燃燒，加入Na₂CO₃和NaHCO₃的混合水溶液燃燒。測(cè)定各種性質(zhì)的空氣對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放的影響，并做對(duì)比，具體步驟如下：(1)預(yù)熱伺服器和SCR裝置十分鐘；(2)在不加任何助劑的情況下怠速運(yùn)轉(zhuǎn)十分鐘；(3)開(kāi)啟堿性燃燒氣體發(fā)生裝置，采用2％的Na₂CO₃和1％NaHCO₃的混合水溶液，按照堿性溶液與柴油重量比為0.3：100比例送入發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)將經(jīng)過(guò)堿性燃燒處理的尾氣通到SCR裝置的進(jìn)氣管，并使發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)十分鐘。堿性溶液添加前時(shí)隔5分鐘然后開(kāi)始測(cè)量，加堿性溶液和SCR裝置處理與不加堿性溶液交替進(jìn)行轉(zhuǎn)換狀態(tài)間隔5分鐘。每組溶液實(shí)驗(yàn)測(cè)10次，每次時(shí)隔5分鐘，并做詳細(xì)記錄。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我們得出NO排放數(shù)據(jù)，得表2。

表2

NO含量隨時(shí)間變化(單位mg/m³)

以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。