柴油-氨双燃料发动机DeNOx用氨射流混合器及喷射方法技术

本发明专利技术提供了内燃机后处理系统研究领域一种柴油

【技术实现步骤摘要】
柴油
‑
氨双燃料发动机DeNOx用氨射流混合器及喷射方法


[0001]本专利技术涉及内燃机后处理系统研究领域，具体地，涉及一种柴油
‑
氨双燃料发动机DeNOx用氨射流混合器及喷射方法。

技术介绍

[0002]为了解决传统柴油机产生的大量CO2排放和SOx排放，氨
‑
柴双燃料发动机是一种重要的解决途径。氨
‑
柴双燃料发动机可实现真正意义上的“零碳”排放和零SOx排放。但由于使用氨燃料，会造成NOx排放和未燃氨逃逸的问题，造成较为严重的环境问题。目前有较多关于传统柴油机DeNOx的文献和专利，但是在双燃料发动机领域的研究还很少，且针对氨
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柴双燃料发动机使用新型氨还原剂的可行性问题尚未有人研究。
[0003]经现有技术检索发现，中国专利技术专利公告号CN100554657，公开了一种内燃机的废气净化装置，其由一体的流入流出部构成废气的入口室和出口室，由一体的催化剂安装部构成具有中心部分的DPF的第一后处理装置和具有外周侧的尿素脱硝催化剂(DeNOx催化剂)的第二后处理装置，能够作为独立个体而相互分解地设置这些催化剂安装部、流入流出部以及连通室形成部，并且能够反转安装地设置催化剂安装部。该专利技术就存在上述相关问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种柴油
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氨双燃料发动机DeNOx用氨射流混合器及喷射方法。
[0005]根据本专利技术提供的一种柴油
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氨双燃料发动机DeNOx用氨射流混合器，包括氨
‑
柴双燃料发动机、数据驱动或机理驱动的NOx和NH3预测模型以及氨喷射控制单元；
[0006]所述氨
‑
柴双燃料发动机上连接设置排气管道，所述数据驱动或机理驱动的NOx和NH3预测模型连接设置在所述排气管道上，所述排气管道内设有排气温度传感器，所述排气管道上安装用于提升喷射还原剂氨和排气的混合效果的氨射流混合器，所述氨射流混合器上设有氨喷射器，所述氨射流混合器尾部连接设置SCR载体管道，所述SCR载体管道上设有SCR反应温度传感器；
[0007]所述氨
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柴双燃料发动机、所述数据驱动或机理驱动的NOx和NH3预测模型、所述排气温度传感器、所述氨射流混合器、所述氨喷射器、所述SCR载体管道、所述SCR反应温度传感器分别与所述氨喷射控制单元信号连接设置。
[0008]一些实施方式中，所述氨喷射器设有一个或多个，所述氨射流混合器通过一个或多个所述氨喷射器进行排气DeNOx，多个所述氨喷射器可分别使用液氨、氨水、氨气作为还原剂；所述氨喷射器使用液氨喷射器进行液氨喷射，所述氨喷射器使用氨水喷射器进行氨水喷射，所述氨喷射器使用氨气喷射器进行氨气喷射；多个所述氨喷射器可分别采用不同的与所述氨射流混合器轴线夹角进行安装。
[0009]一些实施方式中，所述氨喷射器的液氨/氨水/氨气喷射量根据氨
‑
柴双燃料发动
机NOx和未燃氨排放由下式计算：液氨需求量＝(NOx的摩尔数
‑
未燃氨的摩尔数)
×
氨的摩尔质量；氨水需求量＝(NOx的摩尔数
‑
未燃氨的摩尔数)
×
氨的摩尔质量
÷
氨水质量分数；氨气需求量＝(NOx的摩尔数
‑
未燃氨的摩尔数)
×
氨的摩尔质量。
[0010]一些实施方式中，所述氨射流混合器采用尾部式混合器，所述尾部式混合器包括排气进口管道、排气扩散过渡段管道、初始混合段管道以及排气SCR前端管道，所述排气进口管道与所述排气扩散过渡段管道连接设置，所述排气扩散过渡段管道另一侧连接设置所述初始混合段管道，所述初始混合段管道上连接设置所述排气SCR前端管道，所述初始混合段管道上设有双层不重合叠加式格栅。
[0011]一些实施方式中，所述初始混合段管道上设有所述氨喷射器，且所述氨喷射器垂直于所述初始混合段管道表面进行安装，且所述氨喷射器以与所述氨射流混合器轴线成45
°
夹角设置，双层不重合叠加式格栅安装在所述初始混合段管道的后部。
[0012]一些实施方式中，所述氨射流混合器可采用组合式混合器，所述组合式混合器包括排气进口管道和排气扩散过渡段管道；
[0013]所述排气进口管道与所述排气扩散过渡段管道连接设置，所述排气扩散过渡段管道上连接初始混合段管道，所述初始混合段管道上连接设置加速用收缩
‑
扩散管结构，所述加速用收缩
‑
扩散管结构上连接设置排气SCR前端管道，所述初始混合段管道上设有双层不重合叠加式格栅。
[0014]一些实施方式中，所述初始混合段管道上设有所述氨喷射器，所述氨喷射器垂直于所述初始混合段管道表面进行安装，所述氨喷射器以与所述氨射流混合器轴线成45
°
夹角设置，所述加速用收缩
‑
扩散管结构和所述双层不重合叠加式格栅依次分布于所述初始混合段管道的后部。
[0015]一些实施方式中，所述氨射流混合器的内壁可设有保温涂层。
[0016]本专利技术还提供一种用于柴油
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氨双燃料发动机DeNOx用氨射流混合器的喷射方法，包括以下具体步骤：
[0017]步骤1.所述数据驱动或机理驱动的NOx和NH3预测模型通过台架实验标定的数据库(Look
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up table)，也可以通过仿真计算预测得到预测信息；
[0018]步骤2.所述氨喷射控制单元与发动机、所述数据驱动或机理驱动的NOx和NH3预测模型、排气温度传感器、SCR反应温度传感器以及氨喷射器实现通讯，氨喷射量和喷射策略实时控制；
[0019]步骤3.通过步骤2中控制单元进行处理，判断所述氨喷射器是否需要喷射，如所述氨喷射器不需要喷射，则回到步骤1；
[0020]步骤4.通过步骤2中控制单元进行处理，判断所述氨喷射器需要喷射，计算所述氨喷射器的喷射频率、喷射脉宽、喷射压力以及还原剂氨喷射量；
[0021]步骤5.所述氨喷射器执行所述实现多次喷射，多个氨喷射器以实现顺风喷射、逆风喷射或横风喷射等多种喷射方式进行喷射。
[0022]一些实施方式中，在步骤4中，所述氨喷射器的喷射频率、喷射压力以及还原剂氨喷射量根据还原剂氨喷射形式、排气温度、发动机运行状态以及数据驱动或机理驱动的NOx和NH3预测模型测量的NOx和未燃NH3排放实时自适应调节。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0024]1、本专利技术在排气管道中加装氨射流混合器以提升喷射还原剂氨与排气的混合效果，提高SCR催化剂对排气中NOx的催化还原效率，解决氨
‑
柴双燃料发动机NOx排放和未燃氨逃逸的问题；
[0025]2、本专利技术设置多个氨喷射器以达到更均匀的混合效果、更全面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柴油
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氨双燃料发动机DeNOx用氨射流混合器，其特征在于：包括氨
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柴双燃料发动机(1)、数据驱动或机理驱动的NOx和NH3预测模型(2)以及氨喷射控制单元(8)；所述氨
‑
柴双燃料发动机(1)上连接设置排气管道，所述数据驱动或机理驱动的NOx和NH3预测模型(2)连接设置在所述排气管道上，所述排气管道内设有排气温度传感器(3)，所述排气管道上安装用于提升喷射还原剂氨和排气的混合效果的氨射流混合器(4)，所述氨射流混合器(4)上设有氨喷射器(5)，所述氨射流混合器(4)尾部连接设置SCR载体管道(6)，所述SCR载体管道(6)上设有SCR反应温度传感器(7)；所述氨
‑
柴双燃料发动机(1)、所述数据驱动或机理驱动的NOx和NH3预测模型(2)、所述排气温度传感器(3)、所述氨射流混合器(4)、所述氨喷射器(5)、所述SCR载体管道(6)、所述SCR反应温度传感器(7)分别与所述氨喷射控制单元(8)信号连接设置。2.根据权利要求1所述的柴油
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氨双燃料发动机DeNOx用氨射流混合器，其特征在于，所述氨喷射器(5)设有一个或多个，所述氨射流混合器(4)通过一个或多个所述氨喷射器(5)进行排气DeNOx，多个所述氨喷射器(5)可分别使用液氨、氨水、氨气作为还原剂；所述氨喷射器(5)使用液氨喷射器(5)进行液氨喷射，所述氨喷射器(5)使用氨水喷射器进行氨水喷射，所述氨喷射器(5)使用氨气喷射器进行氨气喷射；多个所述氨喷射器(5)可分别采用不同的与所述氨射流混合器(4)轴线夹角进行安装。3.根据权利要求2所述的柴油
‑
氨双燃料发动机DeNOx用氨射流混合器，其特征在于，所述氨喷射器(5)的液氨/氨水/氨气喷射量根据氨
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柴双燃料发动机(1)NOx和未燃氨排放由下式计算：液氨需求量＝(NOx的摩尔数
‑
未燃氨的摩尔数)
×
氨的摩尔质量；氨水需求量＝(NOx的摩尔数
‑
未燃氨的摩尔数)
×
氨的摩尔质量
÷
氨水质量分数；氨气需求量＝(NOx的摩尔数
‑
未燃氨的摩尔数)
×
氨的摩尔质量。4.根据权利要求2所述的柴油
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氨双燃料发动机DeNOx用氨射流混合器，其特征在于，所述氨射流混合器(4)采用尾部式混合器，所述尾部式混合器包括排气进口管道(9)、排气扩散过渡段管道(10)、初始混合段管道(11)以及排气SCR前端管道(13)，所述排气进口管道(9)与所述排气扩散过渡段管道(10)连接设置，所述排气扩散过渡段管道(10)连接设置所述初始混合段管道(11)，所述初始混合段管道(11)上连接设置所述排气SCR前端管道(13)，所述初始混合段管道(11)上设有双层不重合叠加式格栅(12)。5.根据权利要求4所述的柴油
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氨双燃料发动机DeNOx用氨射流混合器，其特征在于，所述初始混合段管道(11)上设有所述氨喷射器(5)，且...

【专利技术属性】
技术研发人员：李铁，黄龙飞，王丁，周昕毅，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：