[发明专利]一种柴油机SCR系统还原剂分布均匀性测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于柴油机氮氧化物(NOx)排放污染测量领域，具体涉及柴油机SCR(选择性催化还原)系统还原剂分布均匀性测量领域。

背景技术

选择性催化还原(SCR)技术是柴油机降低氮氧化物(NOx)排放的技术之一。SCR技术需要根据柴油机排气状态向排气中喷入适量的尿素水溶液，此后尿素水溶液在排气中分解出氨气(NH₃)，氨气与排气中的氮氧化物(NOx)在催化剂表面发生氧化还原反应，最终NH₃把NOx还原为氮气(N₂)。SCR技术要求作为还原剂的NH₃在催化转化器横截面尽量分布均匀，但是实际应用中以下原因会造成NH₃分布不均匀，如尿素水溶液喷嘴雾化效果差、尿素水溶液喷射压力较低、尿素水溶液喷射量大、排气温度较低、尿素水溶液喷嘴与催化剂距离较近以及未安装混合器等。如果NH₃分布不均匀会造成NOx转化效率降低、NH₃泄漏量增加，从而使柴油机的排放恶化。目前对SCR系统还原剂分布均匀性分析主要采用计算机仿真手段进行模拟验证，缺少试验数据验证。而现有的SCR系统还原剂分布均匀性测量装置和方法将采样测量点放置在SCR催化转化器入口截面，由于催化转化器入口截面处排气流动不稳定，此外，在前端测量时采样管会对流动造成扰动而影响流场，从而造成比较大的测量误差。由于涂覆在载体上的催化剂(待测SCR催化剂)具有吸附和转化作用，使得测量结果不准确，本发明利用与待测SCR催化转化器载体具有相同尺寸、孔密度和材料的未涂覆催化剂的白载体代替待测SCR催化转化器，将采样点放置在白载体出口截面，从而大幅减小了由于气流运动不稳定造成的测量误差，同时消除催化剂对NH3的吸附和转化作用，测量更加准确。

发明内容

本发明的内容为一种柴油机SCR系统还原剂分布均匀性测量装置及方法，通过试验对催化转化器横截面上17个均匀分布测量点处的还原剂浓度进行测量，并根据测量结果计算得到还原剂分布均匀指数γ。本发明的目的是提供一种操作简便、测量准确可靠的柴油机SCR系统还原剂分布均匀性测量装置和方法。利用该方法得到的还原剂分布均匀指数γ可以准确反映催化转化器横截面上还原剂分布均匀性。

为达到以上目的，本发明的技术方案如下：

一种柴油机SCR系统还原剂分布均匀性测量装置，包括进气管1、白载体封装外壳2、催化剂白载体3、采样管4、采样管安装座8、出气口封壳9；

催化剂白载体3封装在白载体封装外壳2内，并保证二者端面在同一平面上；采样管安装座8与白载体封装外壳2通过法兰连接；

采样管4安装在采样管安装座8的采样孔内；

出气口封壳9与采样管安装座8通过法兰连接；

测量装置尺寸、形状及管路布置形式与待测SCR系统相同；测量装置中的催化剂白载体尺寸、孔密度及材料与待测SCR系统催化转化器所用载体相同；

在采样管安装座8上开有4个不同直径方向的采样孔，且四个采样孔中任意两个相邻采样孔周向相隔45°，测量时采样管4依次插入到每一采样孔中，通过改变采样管在每个采样孔插入的深度来改变测量点位置；

进气管1位于催化剂白载体3入口截面，采样管安装座8安装在催化剂白载体3后端，采样点位于催化剂白载体3出口截面。

进一步，当通过某一采样孔A进行采样测量时，其余三个采样孔通过螺栓密封；采样管4上标有5个等间距标记，根据采样管上标着的5个标记改变采样管插入采样孔A的深度可以对沿采样孔A直径方向均布的5个测量点A1、A2、A3、A4和A5进行采样。

进一步，当催化剂白载体3的直径为R时，每两个相邻标记间相距0.45R，5个标记位置应保证采样管插入采样孔后，当第三个标记位于采样孔端面时，采样管4的采样端正好位于采样管安装座8的圆心。

进一步，在采样管安装座8和白载体封装外壳2之间填充有石棉垫6；采样管4与采样管安装座8通过螺母固定以保证装置密封；出气口封壳9与采样管安装座8利用紧固螺栓5和紧固螺母7固定；此外在出气口封壳9和采样管安装座8之间填充有石棉垫6。

进一步，对催化剂白载体出口横截面上17个均匀分布测量点的还原剂浓度进行测量，得到各个测量点排气中还原剂的浓度，进而计算得到还原剂分布均匀性指数γ。

进一步，采样管4的采样端为45度斜切面，斜切面对准排气来流方向以便对排气进行采样。