汽車漆包線工藝中SCR系統(tǒng)搖擺型噴嘴設(shè)計(jì)

摘要：隨著各地對(duì)NOX排放要求越來越嚴(yán)格，漆包線生產(chǎn)企業(yè)也將逐步要求列入NOX減排治理。一般采用加裝世界上公認(rèn)的SCR系統(tǒng)，而噴嘴作為SCR系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，主要解決噴射出的氨分布均勻性及防堵塞問題。從噴嘴防堵塞及改善氨分布兩方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)噴嘴進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明：噴霧錐角可達(dá)15-60°，平均粒徑30μm，適用于漆包機(jī)加裝SCR系統(tǒng)中。

關(guān)鍵詞：漆包線;SCR;噴嘴;霧化

漆包線作為汽車電機(jī)以及電子、自控系統(tǒng)的關(guān)鍵原材料產(chǎn)業(yè)，尤其是新能源汽車的快速發(fā)展，更加大了漆包線的消耗量。漆包線行業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，帶來的環(huán)境問題日益突出。因熱能利用問題，揮發(fā)性有機(jī)物（VOCS）處理較早得到重視。催化燃燒法也已成為漆包線生產(chǎn)中凈化廢氣的主要方法之一。但在催化燃燒過程中，因銅絲表面涂漆、烘干催化燃燒不充分等，極易產(chǎn)生含氮化合物及羧酸類等廢氣。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)，國產(chǎn)漆包機(jī)尾氣中NOX濃度在600～1200ppm（1230～2460mg/Nm3）之間，風(fēng)量在1120Nm3/h，漆包機(jī)通常24h不停，排放量不可小覷。

近年來，國家對(duì)NOX排放日益重視，從《國家環(huán)境保護(hù)“十三五”規(guī)劃》2020年中國NOX排放量要在2015年的基礎(chǔ)上削減15%，再到鍋爐煙氣超低排放的推廣實(shí)行，即鍋爐NOX排放水平由150-300mg/m3降低到30-50 mg/m3。隨著各地對(duì)NOX排放要求越來越嚴(yán)格，漆包線生產(chǎn)企業(yè)也將逐步要求列入NOX減排治理。目前奧地利品牌MAG漆包機(jī)已有自帶NOX處理系統(tǒng)，國產(chǎn)品牌無錫巨一同創(chuàng)科技有限公司也在漆包機(jī)開始裝備SCR系統(tǒng)。

1 漆包線生產(chǎn)工藝及SCR系統(tǒng)噴嘴要求

漆包線的生產(chǎn)過程包括圓銅線經(jīng)過清洗、退火、冷卻干燥、涂漆、烘焙、冷卻、表面潤滑、收線、檢測(cè)、包裝過程到成品。產(chǎn)生廢氣污染主要是其中的涂漆和烘焙過程，在此過程中會(huì)揮發(fā)出苯、甲苯等有機(jī)物及NOX等有害物質(zhì)。

眾所周知，要有效降低有機(jī)廢氣排放難度較大，其中處理NOX有害物質(zhì)，一般采用加裝世界上公認(rèn)的SCR系統(tǒng)。它是采用32.5%的尿素水溶液作為還原劑，霧化噴射后熱解水解成NH3和CO2，NH3與NOX反應(yīng)生成N2排出。作為還原劑的源頭，尿素噴嘴與氨氣生成速率有很大關(guān)系，噴入爐膛內(nèi)的脫硝劑霧化程度越高，其反應(yīng)面積大，反應(yīng)更充分，脫硝效果好。在SCR系統(tǒng)中，噴嘴經(jīng)常處于高溫中，且會(huì)出現(xiàn)沒有尿素流經(jīng)噴嘴的情況，殘留物在水分蒸發(fā)后會(huì)結(jié)晶堵塞噴嘴。為此，噴嘴在解決冷卻、耐高溫性能、良好的抗腐蝕性后，主要考慮噴射出的氨分布均勻性及防堵塞問題。

2噴嘴設(shè)計(jì)

2.1 噴嘴防堵塞設(shè)計(jì)

噴嘴的作用是沿排氣管中心線噴射霧化尿素，尿素在到達(dá)催化轉(zhuǎn)化器之前分解成氨。本產(chǎn)品利用同軸管中管，在噴射管外部增設(shè)隔熱套，實(shí)現(xiàn)隔熱。通過隔熱套內(nèi)流動(dòng)的壓縮空氣隔離開爐內(nèi)高溫，確保尿素水溶液輸送至噴嘴噴口順利噴出。但在SCR系統(tǒng)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)沒有尿素或隔熱空氣流經(jīng)噴嘴，造成噴嘴堵塞的情況。為解決斷氣、斷電等異常情況下噴嘴堵塞，產(chǎn)品設(shè)計(jì)分別設(shè)計(jì)了空氣路和尿素路的旁通路線，當(dāng)出現(xiàn)壓縮空氣斷供時(shí)，通過旁通路線供給;若出現(xiàn)尿素?cái)喙r(shí)，則利用壓縮空氣吹掃噴嘴，避免堵塞。見圖1所示。

2.2 改善氨分布設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)在短距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)氨均勻分布，用以滿足不同管徑排煙管的脫硝，將傳統(tǒng)往復(fù)機(jī)構(gòu)與噴嘴相結(jié)合設(shè)計(jì)，噴嘴噴霧錐角可達(dá)15-60°，具體見圖2。產(chǎn)品能根據(jù)不同的煙氣流量和噴槍噴射量實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)噴霧擴(kuò)散角和擺動(dòng)頻率，提高霧化效果，具有脫硝率高、性價(jià)比高、故障率低等特點(diǎn)。保證了以盡可能少的尿素消耗量達(dá)到最大的脫硝效果，節(jié)約尿素水溶液，降低業(yè)主經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)與社會(huì)環(huán)境負(fù)擔(dān)。

將驅(qū)動(dòng)電機(jī)升級(jí)為步進(jìn)電機(jī)后，可遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，還可通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)擺向追蹤爐內(nèi)合適溫度區(qū)，實(shí)現(xiàn)定向噴射，既可用于SCR系統(tǒng)，還可根據(jù)系統(tǒng)定制用于SNCR系統(tǒng)。

3 噴嘴試驗(yàn)

產(chǎn)品已通過DP-02噴霧粒度分析儀進(jìn)行霧滴測(cè)量。室溫下32.5%尿素水溶液的密度約為1090kg/m3，粘度為1.4mPa·S，與純凈水密度1000kg/m3，粘度1mPa·S的物性相近，因此試驗(yàn)時(shí)采用純凈水作為霧化測(cè)試介質(zhì)。通過試驗(yàn)可知，隨著流量的增大，特征粒徑逐步增大，在1000ml/h-7500ml/h的噴射量下，特征粒徑分布主要集中在25μm左右，60%的液滴直徑在30μm以下，說明該款噴嘴的霧化效果良好，滿足噴射要求。

4 噴嘴可行性分析

該噴嘴具有脫硝率高、故障率低，易安裝、檢修與維護(hù)，可以確保脫硝系統(tǒng)穩(wěn)定可靠工作，以盡可能少的尿素消耗量達(dá)到最大的脫硝效果，節(jié)約尿素水溶液，降低業(yè)主經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)與社會(huì)環(huán)境負(fù)擔(dān)。目前產(chǎn)品已在南通恩普環(huán)保技術(shù)有限公司、上海攜豐流體設(shè)備有限公司2家企業(yè)進(jìn)行試用，得到了一致認(rèn)可，其中已經(jīng)與南通恩普環(huán)保技術(shù)有限公司取得了合作意向，并且在南通恩普環(huán)保技術(shù)有限公司的努力下已進(jìn)行工程應(yīng)用。

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基金項(xiàng)目：2021年浙江農(nóng)業(yè)商貿(mào)職業(yè)學(xué)院科研項(xiàng)目（青年專項(xiàng)）：基于汽車漆包線工藝中SCR系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制策略研究（KY202123）

作者簡(jiǎn)介：葉燕仙（1982— ?），女，講師，碩士，汽車技術(shù)服務(wù)與營銷方向。