CN106018696A - 用于柴油机后处理的优化尿素浓度试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于柴油机后处理的优化尿素浓度试验装置及方法，其中，试验装置为：尿素分解管一端通过尿素分解管快接头连接到发动机排气管，所述尿素分解管的另一端通过前催化器快接头连接到催化器，所述催化器再通过后催化器快接头连接到废气连接管，所述废气连接管置入到废气处理池中，所述废气处理池设置有废气尾管；在所述尿素分解管前端设置有尿素喷嘴，后端设置有尿素喷嘴后氨采样口；在尿素喷嘴后氨采样口与催化器之间设置有前氨采样口，在废气连接管上设有后氨采样口。本发明能够找出不同温度下选择性催化还原后处理系统反应的最优尿素浓度。

Description

用于柴油机后处理的优化尿素浓度试验装置及方法

技术领域

本发明涉及内燃机氮氧化物后处理领域，具体涉及一种用于柴油机后处理的优化尿素浓度试验装置及方法。

背景技术

为减少机动车氮氧化物和颗粒物的排放，国家制定了一系列的排放法规。目前，要使柴油机动车适应国IV、国V标准的主要技术手段是以尿素溶液为还原剂的选择性催化还原后处理技术。选择性催化还原后处理系统的还原剂主要是浓度为32.5％的尿素溶液，该浓度的尿素溶液具有最低的冰点。但对于一些环境温度较高的地区或季节，可以不需要这么低的冰点，应以最优的尿素浓度向后处理系统中供应尿素。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于柴油机后处理的优化尿素浓度试验装置及方法，能够找出不同温度下选择性催化还原后处理系统反应的最优尿素浓度。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于柴油机后处理的优化尿素浓度试验装置，尿素分解管一端通过尿素分解管快接头连接到发动机排气管，所述尿素分解管的另一端通过前催化器快接头连接到催化器，所述催化器再通过后催化器快接头连接到废气连接管，所述废气连接管置入到废气处理池中，所述废气处理池设置有废气尾管；

在所述尿素分解管前端设置有尿素喷嘴，后端设置有尿素喷嘴后氨采样口；在尿素喷嘴后氨采样口与催化器之间设置有前氨采样口，在废气连接管上设有后氨采样口。

根据上述方案，在所述尿素喷嘴后氨采样口与前氨采样口之间设有水喷嘴。

根据上述方案，在尿素分解管快接头与尿素喷嘴之间还设有前压力传感器、尿素喷嘴前温度传感器，在尿素喷嘴与尿素喷嘴后氨采样口之间设有尿素喷嘴后温度传感器，在前催化器快接头与尿素喷嘴后氨采样口之间设有催化器前温度传感器，在废气连接管上设有催化器后温度传感器、后压力传感器。

根据上述方案，所述废气处理池为密封箱体，其内部装有废气处理液。

一种用于柴油机后处理的优化尿素浓度试验方法，其特征在于，包括以下步骤：选定发动机工况；定量喷射固体尿素且逐渐增加喷水量、或者定量喷射尿素水溶液且逐渐增加尿素水溶液喷射量；观察氨气的产生效率，当产生效率到达最大时，此时的尿素浓度为当前工况最优喷射浓度、或者观察氮氧化物的转化效率，当转化效率到达最大时，此时的尿素浓度为当前工况最优喷射浓度。

根据上述方案，当采取定量喷射固体尿素且逐渐增加喷水量的喷射方式，而且通过观察氨气的产生效率来判断最优尿素浓度时，

尿素浓度其中，为尿素喷射质量，单位g；为水的喷射量，单位g；氨气产生效率其中，为尿素热解和水解产生的总氨气质量，即前氨采样口测得的氨气质量，单位g；为尿素喷射质量，单位g。

根据上述方案，当采取定量喷射尿素水溶液且逐渐增加尿素水溶液喷射量的喷射方式，而且通过观察氨气的产生效率来判断最优尿素浓度时，

氨气产生效率其中，为尿素热解和水解产生的总氨气质量，即前氨采样口测得的氨气质量，单位g；为当前浓度下尿素水溶液喷射质量，单位g；为当前尿素浓度。

根据上述方案，当采用定量喷射固体尿素且逐渐增加喷水量的喷射方式，而且通过观察氨气的产生效率来判断最优尿素浓度时，

尿素浓度其中，为尿素喷射质量，单位g；为水的喷射量，单位g；氮氧化物转化效率其中，为尿素热解和水解产生的总氨气质量，即前氨采样口测得的氨气质量，单位g；为转化后未参与反应的氨气质量，即后氨采样口测得的氨气质量，单位g。

根据上述方案，当采取定量喷射尿素水溶液且逐渐增加尿素水溶液喷射量的喷射方式，而且通过观察氨气的产生效率来判断最优尿素浓度时，

氮氧化物转化效率其中，为尿素热解和水解产生的总氨气质量，即前氨采样口测得的氨气质量，单位g；为转化后未参与反应的氨气质量，即后氨采样口测得的氨气质量，单位g；

其中η_热解为尿素固体热解产生NH₃的效率；为尿素固体热解产生的NH₃量，即尿素喷嘴后氨采样口所测得的量，单位g；为尿素喷射质量，单位g；

其中η_水解为尿素固体水解产生NH₃的效率；为尿素热解和水解产生的总氨气质量，即前氨采样口测得的氨气质量，单位g；为尿素固体热解产生的NH₃量，即尿素喷嘴后氨采样口所测得的量，单位g；为尿素喷射质量，单位g。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)可以分别测出尿素热解、水解和总的产氨量，分析每一步反应的效率；2)可以测出不同尿素浓度下催化器的转换效率，并找出最优的尿素喷射浓度；3)可以监测在径向不同位置处的温度分布和氨分布，为后续分析提供数据；4)可以监测水对排气温度的影响；5)可以实时显示固体尿素热解效率、水解效率、氮氧化物转化效率。

各氨采样口沿着圆周在径向不同深度插入管中以测取管中径向不同位置的温度分布情况。各温度传感器沿着圆周在径向不同深度插入管中以测取管中径向不同位置的氨气量的分布情况。

附图说明

图1为本发明用于柴油机后处理的优化尿素浓度试验装置结构示意图。

图2为本发明中各温度传感器的径向布置方式。

图3为本发明中各氨采样口的径向布置方式。

图中：尿素分解管快接头1、前压力传感器2、尿素喷嘴前温度传感器3、尿素喷嘴4、尿素分解管5、尿素喷嘴后温度传感器6、尿素喷嘴后氨采样口7、水喷嘴8、催化器前温度传感器9、前氨采样口10、前催化器快接头11、催化器12、后催化器快接头13、催化器后温度传感器14、后压力传感器15、后氨采样口16、废气连接管17、废气处理池18、废气尾管19。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明提供的一种用于柴油机后处理的优化尿素浓度试验装置，其结构为：尿素分解管5一端通过尿素分解管快接头1连接到发动机排气管，所述尿素分解管5的另一端通过前催化器快接头11连接到催化器12，所述催化器12再通过后催化器快接头13连接到废气连接管17，所述废气连接管17置入到废气处理池18中，所述废气处理池18设置有废气尾管19；

在所述尿素分解管5前端设置有尿素喷嘴4，后端设置有尿素喷嘴后氨采样口7；在尿素喷嘴后氨采样口7与催化器12之间设置有前氨采样口10，在废气连接管17上设有后氨采样口16。

在所述尿素喷嘴后氨采样口7与前氨采样口10之间设有水喷嘴8。

在尿素分解管快接头1与尿素喷嘴4之间还设有前压力传感器2、尿素喷嘴前温度传感器3，在尿素喷嘴4与尿素喷嘴后氨采样口7之间设有尿素喷嘴后温度传感器6，在前催化器快接头11与尿素喷嘴后氨采样口7之间设有催化器前温度传感器9，在废气连接管17上设有催化器后温度传感器14、后压力传感器15。

所述废气处理池18为密封箱体，其内部装有废气处理液。

如图2所示，各氨采样口沿着圆周在径向不同深度插入管中以测取管中径向不同位置的温度分布情况。如图3所示，各温度传感器沿着圆周在径向不同深度插入管中以测取管中径向不同位置的氨气量的分布情况。

本发明提供的一种用于柴油机后处理的优化尿素浓度试验方法，详述如下：

一、观察氨气的产生效率，用以确定不同工况下的最优尿素喷射浓度

实施例1：喷射“固体尿素+水”

1)某一工况下的尿素浓度：

${\mathrm{\ω}}_{\left({\mathrm{NH}}_2\right)CO}=\frac{m_{\left({\mathrm{NH}}_2\right)CO}}{m_{\left({\mathrm{NH}}_2\right)CO}+m_{H_{2}O}}\×100\%$

式中：为尿素浓度；为尿素喷射质量，g；为水的喷射量，g。

2)某一工况的氨气产生效率计算公式

式中：为氨气的产生效率；为尿素分解产生的氨气质量，即前氨采样口测得的氨气质量，g；为尿素喷射质量，g。

3)实施步骤为：(1)选定发动机的工况；(2)定量喷射尿素固体；(3)逐渐增加喷水量；(4)观察氨气的产生效率，当产生效率到达最大时，此时的尿素浓度为当前工况最优喷射浓度。

实施例2：喷射不同浓度的尿素溶液

1)某一工况的氨气产生效率计算公式

式中：为氨气的产生效率；为尿素分解产生的氨气质量，即前氨采样口测得的氨气质量，g；为当前浓度下尿素水溶液喷射质量，g；为当前尿素浓度。

2)实施步骤为：(1)选定发动机的工况；(2)定量喷射尿素水溶液；(3)逐渐增加喷射量；(4)观察氨气的产生效率，当产生效率到达最大时，此时的尿素浓度为当前工况最优喷射浓度。

二、通过氮氧化物最优转换效率，用以确定不同工况下的氮氧化物最优转换效率的尿素喷射浓度

实施例3：喷射“固体尿素+水”

1)某一工况下的尿素浓度：

${\mathrm{\ω}}_{\left({\mathrm{NH}}_2\right)CO}=\frac{m_{\left({\mathrm{NH}}_2\right)CO}}{m_{\left({\mathrm{NH}}_2\right)CO}+m_{H_{2}O}}\×100\%$

式中：为尿素浓度；为尿素喷射质量，g；为水的喷射量，g。

2)某一工况的氮氧化物转化效率计算公式

式中：为氮氧化物的转换效率；为尿素分解产生的氨气质量，即前氨采样口测得的氨气质量，g；为转化后未参与反应的氨气质量，即后氨采样口测得的氨气质量，g。

3)实施步骤为：(1)选定发动机的工况；(2)定量喷射尿素固体；(3)逐渐增加喷水量；(4)观察氮氧化物的转化效率，当转化效率到达最大时，此时的尿素浓度为当前工况最优喷射浓度。

实施例4：喷射不同浓度的尿素溶液

1)某一工况的氮氧化物转化效率计算公式

式中：为氮氧化物的转换效率；为尿素分解产生的氨气质量，即前氨采样口测得的氨气质量，g；为转化后未参与反应的氨气质量，即后氨采样口测得的氨气质量，g。

2)实施步骤为：(1)选定发动机的工况；(2)定量喷射尿素水溶液；(3)逐渐增加喷射量；(4)观察氮氧化物的转化效率，当氮氧化物转化效率到达最大时，此时的尿素浓度为当前工况最优喷射浓度。

其中η_热解为尿素固体热解产生NH₃的效率；为尿素固体热解产生的NH₃量，即尿素喷嘴后氨采样口7所测得的量，单位g；为尿素喷射质量，单位g；

其中η_水解为尿素固体水解产生NH₃的效率；为尿素热解和水解产生的总氨气质量，即前氨采样口10测得的氨气质量，单位g；为尿素固体热解产生的NH₃量，即尿素喷嘴后氨采样口7所测得的量，单位g；为尿素喷射质量，单位g。

Claims (9)

1.一种用于柴油机后处理的优化尿素浓度试验装置，其特征在于，尿素分解管(5)一端通过尿素分解管快接头(1)连接到发动机排气管，所述尿素分解管(5)的另一端通过前催化器快接头(11)连接到催化器(12)，所述催化器(12)再通过后催化器快接头(13)连接到废气连接管(17)，所述废气连接管(17)置入到废气处理池(18)中，所述废气处理池(18)设置有废气尾管(19)；

在所述尿素分解管(5)前端设置有尿素喷嘴(4)，后端设置有尿素喷嘴后氨采样口(7)；在尿素喷嘴后氨采样口(7)与催化器(12)之间设置有前氨采样口(10)，在废气连接管(17)上设有后氨采样口(16)。

2.如权利要求1所述的用于柴油机后处理的优化尿素浓度试验装置，其特征在于，在所述尿素喷嘴后氨采样口(7)与前氨采样口(10)之间设有水喷嘴(8)。

3.如权利要求1或2所述的用于柴油机后处理的优化尿素浓度试验装置，其特征在于，在尿素分解管快接头(1)与尿素喷嘴(4)之间还设有前压力传感器(2)、尿素喷嘴前温度传感器(3)，在尿素喷嘴(4)与尿素喷嘴后氨采样口(7)之间设有尿素喷嘴后温度传感器(6)，在前催化器快接头(11)与尿素喷嘴后氨采样口(7)之间设有催化器前温度传感器(9)，在废气连接管(17)上设有催化器后温度传感器(14)、后压力传感器(15)。

4.如权利要求3所述的用于柴油机后处理的优化尿素浓度试验装置，其特征在于，所述废气处理池(18)为密封箱体，其内部装有废气处理液。

5.一种用于柴油机后处理的优化尿素浓度试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

选定发动机工况；

定量喷射固体尿素且逐渐增加喷水量、或者定量喷射尿素水溶液且逐渐增加尿素水溶液喷射量；

观察氨气的产生效率，当产生效率到达最大时，此时的尿素浓度为当前工况最优喷射浓度、或者观察氮氧化物的转化效率，当转化效率到达最大时，此时的尿素浓度为当前工况最优喷射浓度。

6.如权利要求5所述的用于柴油机后处理的优化尿素浓度试验方法，其特征在于，当采取定量喷射固体尿素且逐渐增加喷水量的喷射方式，而且通过观察氨气的产生效率来判断最优尿素浓度时，

尿素浓度其中，为尿素喷射质量，单位g；为水的喷射量，单位g；

氨气产生效率其中，为尿素热解和水解产生的总氨气质量，即前氨采样口(10)测得的氨气质量，单位g；为尿素喷射质量，单位g。

7.如权利要求5所述的用于柴油机后处理的优化尿素浓度试验方法，其特征在于，当采取定量喷射尿素水溶液且逐渐增加尿素水溶液喷射量的喷射方式，而且通过观察氨气的产生效率来判断最优尿素浓度时，

氨气产生效率其中，为尿素热解和水解产生的总氨气质量，即前氨采样口(10)测得的氨气质量，单位g；为当前浓度下尿素水溶液喷射质量，单位g；为当前尿素浓度。

8.如权利要求5所述的用于柴油机后处理的优化尿素浓度试验方法，其特征在于，当采用定量喷射固体尿素且逐渐增加喷水量的喷射方式，而且通过观察氨气的产生效率来判断最优尿素浓度时，

尿素浓度其中，为尿素喷射质量，单位g；为水的喷射量，单位g；

氮氧化物转化效率其中，为尿素热解和水解产生的总氨气质量，即前氨采样口(10)测得的氨气质量，单位g；为转化后未参与反应的氨气质量，即后氨采样口(16)测得的氨气质量，单位g。

9.如权利要求5所述的用于柴油机后处理的优化尿素浓度试验方法，其特征在于，当采取定量喷射尿素水溶液且逐渐增加尿素水溶液喷射量的喷射方式，而且通过观察氨气的产生效率来判断最优尿素浓度时，

氮氧化物转化效率其中，为尿素热解和水解产生的总氨气质量，即前氨采样口(10)测得的氨气质量，单位g；为转化后未参与反应的氨气质量，即后氨采样口(16)测得的氨气质量，单位g。