汽车漆包线工艺中SCR系统摇摆型喷嘴设计

摘要：随着各地对NOX排放要求越来越严格，漆包线生产企业也将逐步要求列入NOX减排治理。一般采用加装世界上公认的SCR系统，而喷嘴作为SCR系统的关键部件，主要解决喷射出的氨分布均匀性及防堵塞问题。从喷嘴防堵塞及改善氨分布两方面进行设计，并对喷嘴进行试验验证。验证结果表明：喷雾锥角可达15-60°，平均粒径30μm，适用于漆包机加装SCR系统中。

关键词：漆包线;SCR;喷嘴;雾化

漆包线作为汽车电机以及电子、自控系统的关键原材料产业，尤其是新能源汽车的快速发展，更加大了漆包线的消耗量。漆包线行业快速发展的同时，带来的环境问题日益突出。因热能利用问题，挥发性有机物（VOCS）处理较早得到重视。催化燃烧法也已成为漆包线生产中净化废气的主要方法之一。但在催化燃烧过程中，因铜丝表面涂漆、烘干催化燃烧不充分等，极易产生含氮化合物及羧酸类等废气。据现场测试数据，国产漆包机尾气中NOX浓度在600～1200ppm（1230～2460mg/Nm3）之间，风量在1120Nm3/h，漆包机通常24h不停，排放量不可小觑。

近年来，国家对NOX排放日益重视，从《国家环境保护“十三五”规划》2020年中国NOX排放量要在2015年的基础上削减15%，再到锅炉烟气超低排放的推广实行，即锅炉NOX排放水平由150-300mg/m3降低到30-50 mg/m3。随着各地对NOX排放要求越来越严格，漆包线生产企业也将逐步要求列入NOX减排治理。目前奥地利品牌MAG漆包机已有自带NOX处理系统，国产品牌无锡巨一同创科技有限公司也在漆包机开始装备SCR系统。

1 漆包线生产工艺及SCR系统喷嘴要求

漆包线的生产过程包括圆铜线经过清洗、退火、冷却干燥、涂漆、烘焙、冷却、表面润滑、收线、检测、包装过程到成品。产生废气污染主要是其中的涂漆和烘焙过程，在此过程中会挥发出苯、甲苯等有机物及NOX等有害物质。

众所周知，要有效降低有机废气排放难度较大，其中处理NOX有害物质，一般采用加装世界上公认的SCR系统。它是采用32.5%的尿素水溶液作为还原剂，雾化喷射后热解水解成NH3和CO2，NH3与NOX反应生成N2排出。作为还原剂的源头，尿素喷嘴与氨气生成速率有很大关系，喷入炉膛内的脱硝剂雾化程度越高，其反应面积大，反应更充分，脱硝效果好。在SCR系统中，喷嘴经常处于高温中，且会出现没有尿素流经喷嘴的情况，残留物在水分蒸发后会结晶堵塞喷嘴。为此，喷嘴在解决冷却、耐高温性能、良好的抗腐蚀性后，主要考虑喷射出的氨分布均匀性及防堵塞问题。

2喷嘴设计

2.1 喷嘴防堵塞设计

喷嘴的作用是沿排气管中心线喷射雾化尿素，尿素在到达催化转化器之前分解成氨。本产品利用同轴管中管，在喷射管外部增设隔热套，实现隔热。通过隔热套内流动的压缩空气隔离开炉内高温，确保尿素水溶液输送至喷嘴喷口顺利喷出。但在SCR系统中，经常会出现没有尿素或隔热空气流经喷嘴，造成喷嘴堵塞的情况。为解决断气、断电等异常情况下喷嘴堵塞，产品设计分别设计了空气路和尿素路的旁通路线，当出现压缩空气断供时，通过旁通路线供给;若出现尿素断供时，则利用压缩空气吹扫喷嘴，避免堵塞。见图1所示。

2.2 改善氨分布设计

为实现在短距离内实现氨均匀分布，用以满足不同管径排烟管的脱硝，将传统往复机构与喷嘴相结合设计，喷嘴喷雾锥角可达15-60°，具体见图2。产品能根据不同的烟气流量和喷枪喷射量实时调节喷雾扩散角和摆动频率，提高雾化效果，具有脱硝率高、性价比高、故障率低等特点。保证了以尽可能少的尿素消耗量达到最大的脱硝效果，节约尿素水溶液，降低业主经济负担与社会环境负担。

将驱动电机升级为步进电机后，可远程动態调节，还可通过电机驱动摆向追踪炉内合适温度区，实现定向喷射，既可用于SCR系统，还可根据系统定制用于SNCR系统。

3 喷嘴试验

产品已通过DP-02喷雾粒度分析仪进行雾滴测量。室温下32.5%尿素水溶液的密度约为1090kg/m3，粘度为1.4mPa·S，与纯净水密度1000kg/m3，粘度1mPa·S的物性相近，因此试验时采用纯净水作为雾化测试介质。通过试验可知，随着流量的增大，特征粒径逐步增大，在1000ml/h-7500ml/h的喷射量下，特征粒径分布主要集中在25μm左右，60%的液滴直径在30μm以下，说明该款喷嘴的雾化效果良好，满足喷射要求。

4 喷嘴可行性分析

该喷嘴具有脱硝率高、故障率低，易安装、检修与维护，可以确保脱硝系统稳定可靠工作，以尽可能少的尿素消耗量达到最大的脱硝效果，节约尿素水溶液，降低业主经济负担与社会环境负担。目前产品已在南通恩普环保技术有限公司、上海携丰流体设备有限公司2家企业进行试用，得到了一致认可，其中已经与南通恩普环保技术有限公司取得了合作意向，并且在南通恩普环保技术有限公司的努力下已进行工程应用。

参考文献

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基金项目：2021年浙江农业商贸职业学院科研项目（青年专项）：基于汽车漆包线工艺中SCR系统设计与控制策略研究（KY202123）

作者简介：叶燕仙（1982—  ），女，讲师，硕士，汽车技术服务与营销方向。