具有双闭环还原剂给料器的废气后处理制造技术

公开了废气后处理系统和方法。示例系统包括在过滤器上的选择性催化还原(SCRF)和位于SCRF的下游的选择性催化还原(SCR)催化剂。系统还包括位于SCRF的上游的第一还原剂给料器和位于SCRF的下游和SCR催化剂的上游的第二还原剂给料器。系统还包括位于第一还原剂给料器的上游的第一氮氧化物(NOx)传感器和第二氮氧化物(NOx)传感器，位于SCRF的下游和第二还原剂给料器的上游的第三NOx传感器以及位于第一还原剂给料器的上游的催化剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开内容总体上涉及内燃发动机废气后处理系统的领域。背景通常，用于内燃(IC)发动机的规定排放物包括一氧化碳(CO)、烃类(HC)、氮氧化物(NOx)和颗粒。然而，该规定在近年来已经变得更加严格。例如，来自柴油动力的IC发动机的NOx和颗粒的规定排放物是足够低的，以致在许多情况下单独使用改进的燃烧技术不能满足排放水平。为了该目的，废气后处理系统越来越多地被用于降低存在于废气中的有害的废气排放物的水平。常规的废气后处理系统包括用于降低存在于废气中的有害的废气排放物的水平的若干不同部件中的任何。例如，用于柴油动力的IC发动机的某些废气后处理系统包括各种部件，例如柴油氧化催化剂(DOC)、选择性催化还原(SCR)催化剂、柴油颗粒过滤器(DPF)、在过滤器上的SCR(SCRF)和/或氨泄漏催化剂(ammoniaslipcatalyst)(ASC)(也被称为氨氧化催化剂(AMOX))。DOC、SCR催化剂、DPF、SCRF和/或ASC部件中的每一种都被配置成对穿过或越过相应部件的废气进行特定的废气排放处理操作。通常，DOC通过氧化技术降低存在于排放气体中的CO和HC的量，以及为了将NO转化为NO2而用于在DPF上的煤烟的被动再生，并为了促进快速SCR反应。DPF过滤存在于废气中的有害的柴油颗粒物质和煤烟。SCR催化剂和SCRF已经被开发以从废气中除去NOx，其比CO、HC和颗粒物质相对更难以除去。SCR催化剂被配置成将NOx(以某种分数的NO和NO2)转化成无害的氮气(N2)和水蒸汽(H2O)。还原剂(通常为以某种形式的氨(NH3))被加入到催化剂的上游的废气中。NOx和氨越过催化剂，并且催化反应发生，其中NOx和氨转化为N2和H2O。SCRF是进行SCR和DPF的组合功能的组件。在大多数常规的SCR和SCRF系统中，使用氨作为还原剂。通常，由于安全考虑、费用、重量、缺乏基础设施和其他因素，而不直接使用纯氨。相反，许多常规系统利用柴油废气流体(DEF)，其通常是尿素水溶液。为了将DEF转化为氨，将DEF注入到废气流流过的分解管中。所注射的DEF喷雾通过废气流加热，以触发尿素分解成氨。包括从尿素分解的氨的废气混合物在流动通过分解管时进一步混合，并越过SCR催化剂(例如SCR“砖”)，其中NOx和氨转化为N2和H2O。对于最佳的SCR和SCRF系统，特定量的还原剂在每个瞬间被应用于废气，使得从还原剂分解的或直接施加至废气的所有氨将存在于废气中的所有NOx在那一瞬间都转化成N2、H2O和少量的N2O。如果施加太少的氨，则废气将保持高水平的NOx。然而，如果施加比转化所有NOx所必需的更多的氨，则可能发生从SCR催化剂的氨漏损(ammonialeakage)或“泄漏(slip)”。在该情况中，氨泄漏或者在ASC上转化为N2和NOx，或者从尾管排放(例如“泄漏”)到环境中。氨泄漏是不希望的，因为氨和NOx是苛性的并且对环境有害。此外，氨泄漏表明过量的还原剂被给料，这是浪费且低效的，导致更高的操作成本。常规的废气后处理系统利用各种控制方法来控制在后处理系统中的还原剂给料器的操作。然而，常规系统具有缓慢的响应时间，并且在低温下和在瞬变期间表现差。因此，存在改进的废气后处理系统的需求。概述各种实施方案涉及废气后处理系统。废气后处理系统包括SCRF和位于SCRF的下游的选择性催化还原(SCR)催化剂。系统还包括位于SCRF的上游的第一还原剂给料器和位于SCRF的下游和SCR催化剂的上游的第二还原剂给料器。系统还包括位于第一还原剂给料器的上游的第一氮氧化物(NOx)传感器和第二氮氧化物(NOx)传感器、位于SCRF的下游和第二还原剂给料器的上游的第三NOx传感器以及位于第一还原剂给料器的上游的催化剂。其他实施方案涉及废气后处理系统，其包括第一闭环还原剂给料系统和位于第一闭环还原剂给料系统的下游的第二闭环还原剂给料系统。第一闭环还原剂给料包括位于第一还原剂给料器的上游的第一后处理部件和位于第一还原剂给料器的下游的第二后处理部件。第二闭环还原剂给料系统包括第二还原剂给料器和位于第二还原剂给料器的下游的第三后处理部件。在某些实施方案中，第一后处理部件包括SCRF，并且第二后处理部件包括SCR催化剂。另外的实施方案涉及用于降低来自内燃发动机的废气中的NOx的方法。方法包括测量存在于氧化催化剂的上游的废气中的NOx的第一水平，存在于氧化催化剂的下游和第一还原剂给料器的上游的废气中的NOx的第二水平，以及存在于SCRF的下游和第二还原剂给料器的上游的废气中的NOx的第三水平。SCRF位于第一还原剂给料器的下游。基于存在于废气中的NOx的第一测量水平、第二测量水平和第三测量水平来控制从第一还原剂给料器分配的还原剂的量。方法还包括测量存在于SCR催化剂的下游的废气中的NOx的第四水平。SCR催化剂位于第二还原剂给料器的下游。基于存在于废气中的NOx的第三测量水平和第四测量水平来控制从第二还原剂给料器分配的还原剂的量。其他实施方案涉及用于降低来自内燃发动机的废气中的氮氧化物的系统。系统包括控制器，该控制器包括测量模块、第一还原剂给料器控制模块和第二还原剂给料器控制模块。测量模块被配置成测量存在于第一还原剂给料器的上游的废气中的NOx的第一水平，存在于第一后处理部件的下游和第二还原剂给料器的上游的废气中的NOx的第二水平，以及存在于第二后处理部件的下游的废气中的NOx的第三水平。第一还原剂给料器控制模块被配置成基于存在于废气中的NOx的第一测量水平和第二测量水平来控制从第一还原剂给料器分配的还原剂的量。第二还原剂给料器控制模块被配置成基于存在于废气中的NOx的第二测量水平和第三测量水平来控制从第二还原剂给料器分配的还原剂的量。根据结合附图时进行的以下的详细描述，这些和其他的特征，连同其组织和操作的方式将变得明显，其中贯穿下文描述的若干个附图，相同的要素具有相同的数字。附图简述图1是根据示例性实施方案的废气后处理系统的框图。图2是图示图1的废气后处理系统的操作方法的流程图。图3是根据第二示例性实施方案的废气后处理系统的框图。图4是根据第三示例性实施方案的废气后处理系统的框图。图5是根据第四示例性实施方案的废气后处理系统的框图。图6是用于控制废气后处理系统的控制系统的框图。各种实施方案的详述用于内燃(IC)发动机的废气后处理系统利用各种部件来降低在废气排放物中的有害的化学物质和颗粒物质的量。例如，某些废气后处理系统包括还原剂给料器和SCR催化剂以从废气中除去氮氧化物(NOx)。还原剂给料器将还原剂(通常是以某种形式的氨(NH3))喷射到SCR催化剂的上游的废气中。氨与废气内的NOx混合并且越过SCR催化剂的催化剂床，在此发生催化反应发生，其中NOx转化为无害的氮气(N2)和水蒸气(H2O)。在控制最佳的还原剂给料水平(例如，还原剂进料速率)方面，给料理想地在每个瞬间处产生氨与NOx的化学计量比。换句话说，在每个瞬间处的精确量的还原剂被给料，使得来自还原剂的氨将存在于废气中的所有NOx转化为氮气和水蒸汽。如果太少的还原剂被给料，则废气将保持高水平的NOx。然而，如果太多的还原剂被给料，则未反应的氨将穿过SCR催化剂，这被称为氨泄本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种废气后处理系统，包括：在过滤器上的选择性催化还原(SCRF)；选择性催化还原(SCR)催化剂，其位于所述SCRF的下游；第一还原剂给料器，其位于所述SCRF的上游；第二还原剂给料器，其位于所述SCRF的下游和所述SCR催化剂的上游；第一氮氧化物(NOx)传感器和第二氮氧化物(NOx)传感器，其位于所述第一还原剂给料器的上游；以及第三NOx传感器，其位于所述SCRF的下游和所述第二还原剂给料器的上游。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种废气后处理系统，包括：在过滤器上的选择性催化还原(SCRF)；选择性催化还原(SCR)催化剂，其位于所述SCRF的下游；第一还原剂给料器，其位于所述SCRF的上游；第二还原剂给料器，其位于所述SCRF的下游和所述SCR催化剂的上游；第一氮氧化物(NOx)传感器和第二氮氧化物(NOx)传感器，其位于所述第一还原剂给料器的上游；以及第三NOx传感器，其位于所述SCRF的下游和所述第二还原剂给料器的上游。2.根据权利要求1所述的废气后处理系统，还包括催化剂，所述催化剂位于所述第一NOx传感器的下游和所述第二NOx传感器和所述第一还原剂给料器的上游，所述催化剂包括柴油氧化催化剂(DOC)、NOx吸收剂催化剂(NAC)或冷启动催化剂中的一种。3.根据权利要求2所述的废气后处理系统，还包括第一闭环反馈控制器，所述第一闭环反馈控制器被配置成基于来自所述第一NOx传感器、所述第二NOx传感器和所述第三NOx传感器的测量结果而控制来自所述第一还原剂给料器的还原剂用量。4.根据权利要求3所述的废气后处理系统，还包括第一氨传感器，所述第一氨传感器位于所述SCRF的下游和所述第二还原剂给料器的上游，其中所述第一闭环反馈控制器还被配置成基于来自所述第一氨传感器的测量结果而控制来自所述第一还原剂给料器的还原剂用量。5.根据权利要求4所述的废气后处理系统，还包括：第一温度传感器，其位于所述氧化催化剂的上游；第二温度传感器，其位于所述氧化催化剂的下游和所述第一还原剂给料器的上游；第三温度传感器，其位于所述第一还原剂给料器的下游和所述SCRF的上游；第四温度传感器，其位于所述SCRF的下游和所述第二还原剂给料器的上游；以及压力传感器，其位于所述SCRF的下游和所述第二还原剂给料器的上游，其中所述第一闭环反馈控制器还被配置成基于来自所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器和所述第四温度传感器和来自所述压力传感器的测量结果而控制来自所述第一还原剂给料器的还原剂用量。6.根据权利要求4所述的废气后处理系统，还包括第二闭环反馈控制器，所述第二闭环反馈控制器被配置成基于来自所述第三NOx传感器和位于所述SCR催化剂的下游的第四NOx传感器的测量结果而控制来自所述第二还原剂给料器的还原剂用量。7.根据权利要求6所述的废气后处理系统，还包括位于所述SCR催化剂的下游的第二氨传感器，其中所述第二闭环反馈控制器还被配置成基于来自所述第一氨传感器和所述第二氨传感器的测量结果而控制来自所述第二还原剂给料器的还原剂用量。8.根据权利要求6所述的废气后处理系统，还包括位于所述SCR催化剂的下游的氨泄漏催化剂(ASC)。9.根据权利要求8所述的废气后处理系统，还包括位于所述ASC的下游的第五NOx传感器，并且其中所述第二闭环反馈控制器还被配置成基于来自所述第五NOx传感器的测量结果而控制来自所述第二还原剂给料器的还原剂用量。10.根据权利要求9所述的废气后处理系统，还包括位于所述SCR催化剂的下游和所述ASC的上游的第五温度传感器，并且其中所述第二闭环反馈控制器还被配置成基于来自所述第四温度传感器和所述第五温度传感器和来自所述压力传感器的测量结果而控制来自所述第二还原剂给料器的还原剂用量。11.根据权利要求7所述的废气后处理系统，还包括位于所述SCRF的下游和所述SCR催化剂的上游的第三还原剂给料器，所述第三还原剂给料器被配置成分配气态氨。12.根据权利要求11所述的废气后处理系统，其中：在废气温度低于预定阈值时，停用所述第二还原剂给料器，并且激活所述第三还原剂给料器；以及在废气温度高于预定阈值时，激活所述第二还原剂给料器，并且停用所述第三还原剂给料器。13.根据权利要求1所述的废气后处理系统，其中所述第一还原剂给料器被配置成分配柴油废气流体(DEF)，并且所述第二还原剂给料器被配置成分配气态氨。14.根据权利要求1所述的废气后处理系统，其中所述第一还原剂给料器和所述第二还原剂给料器中的每一个被配置成分配气态氨。15.一种废气后处理废气后处理系统，包括：第一闭环还原剂给料系统，其包括位于第一还原剂给料器的上游的第一后处理部件和位于所述第一还原剂给料器的下游的第二后处理部件；以及第二闭环还原剂给料系统，其位于所述第一闭环还原剂给料系统的下游，所述第二闭环还原剂给料系统包括第二还原剂给料器和位于所述第二还原剂给料器的下游的第三后处理部件。16.根据权利要求15所述的废气后处理系统，其中所述第一后处理部件包括聚集氧化催化剂，所述第二后处理部件包括在过滤器上的选择性催化还原(SCRF)，并且所述第三后处理部件包括选择性催化还原(SCR)催化剂。17.根据权利要求15所述的废气后处理系统，其中所述第二后处理部件包括第一SCR催化剂，其中所述第一闭环还原剂给料系统还包括位于所述第一还原剂给料器的上游的柴油颗粒过滤器，并且其中所述第三后处理部件包括第二SCR催化剂。18.根据权利要求15所述的废气后处理系统，其中所述第一还原剂给料器被配置成分配柴油废气流体，并且所述第二还原剂给料器被配置成分配气态氨。19.根据权利要求15所述的废气后处理系统，其中所述第一还原剂给料器和所述第二还原剂给料器中的每一个被配置成分配气态氨。20.一种用于降低来自内燃发动机的废气中的氮氧化物的方法，所述方...

【专利技术属性】
技术研发人员：贝赫纳姆·巴赫拉米，
申请(专利权)人：康明斯排放处理公司，
类型：发明
国别省市：美国;US