汽車漆包線工藝中SCR系統搖擺型噴嘴設計

摘要：隨著各地對NOX排放要求越來越嚴格，漆包線生產企業也將逐步要求列入NOX減排治理。一般采用加裝世界上公認的SCR系統，而噴嘴作為SCR系統的關鍵部件，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行設計，并對噴嘴進行試驗驗證。驗證結果表明：噴霧錐角可達15-60°，平均粒徑30μm，適用于漆包機加裝SCR系統中。

關鍵詞：漆包線;SCR;噴嘴;霧化

漆包線作為汽車電機以及電子、自控系統的關鍵原材料產業，尤其是新能源汽車的快速發展，更加大了漆包線的消耗量。漆包線行業快速發展的同時，帶來的環境問題日益突出。因熱能利用問題，揮發性有機物（VOCS）處理較早得到重視。催化燃燒法也已成為漆包線生產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，極易產生含氮化合物及羧酸類等廢氣。據現場測試數據，國產漆包機尾氣中NOX濃度在600～1200ppm（1230～2460mg/Nm3）之間，風量在1120Nm3/h，漆包機通常24h不停，排放量不可小覷。

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

1 漆包線生產工藝及SCR系統噴嘴要求

漆包線的生產過程包括圓銅線經過清洗、退火、冷卻干燥、涂漆、烘焙、冷卻、表面潤滑、收線、檢測、包裝過程到成品。產生廢氣污染主要是其中的涂漆和烘焙過程，在此過程中會揮發出苯、甲苯等有機物及NOX等有害物質。

眾所周知，要有效降低有機廢氣排放難度較大，其中處理NOX有害物質，一般采用加裝世界上公認的SCR系統。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系，噴入爐膛內的脫硝劑霧化程度越高，其反應面積大，反應更充分，脫硝效果好。在SCR系統中，噴嘴經常處于高溫中，且會出現沒有尿素流經噴嘴的情況，殘留物在水分蒸發后會結晶堵塞噴嘴。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噴嘴設計

2.1 噴嘴防堵塞設計

噴嘴的作用是沿排氣管中心線噴射霧化尿素，尿素在到達催化轉化器之前分解成氨。本產品利用同軸管中管，在噴射管外部增設隔熱套，實現隔熱。通過隔熱套內流動的壓縮空氣隔離開爐內高溫，確保尿素水溶液輸送至噴嘴噴口順利噴出。但在SCR系統中，經常會出現沒有尿素或隔熱空氣流經噴嘴，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，產品設計分別設計了空氣路和尿素路的旁通路線，當出現壓縮空氣斷供時，通過旁通路線供給;若出現尿素斷供時，則利用壓縮空氣吹掃噴嘴，避免堵塞。見圖1所示。

2.2 改善氨分布設計

為實現在短距離內實現氨均勻分布，用以滿足不同管徑排煙管的脫硝，將傳統往復機構與噴嘴相結合設計，噴嘴噴霧錐角可達15-60°，具體見圖2。產品能根據不同的煙氣流量和噴槍噴射量實時調節噴霧擴散角和擺動頻率，提高霧化效果，具有脫硝率高、性價比高、故障率低等特點。保證了以盡可能少的尿素消耗量達到最大的脫硝效果，節約尿素水溶液，降低業主經濟負擔與社會環境負擔。

將驅動電機升級為步進電機后，可遠程動態調節，還可通過電機驅動擺向追蹤爐內合適溫度區，實現定向噴射，既可用于SCR系統，還可根據系統定制用于SNCR系統。

3 噴嘴試驗

產品已通過DP-02噴霧粒度分析儀進行霧滴測量。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，因此試驗時采用純凈水作為霧化測試介質。通過試驗可知，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，可以確保脫硝系統穩定可靠工作，以盡可能少的尿素消耗量達到最大的脫硝效果，節約尿素水溶液，降低業主經濟負擔與社會環境負擔。目前產品已在南通恩普環保技術有限公司、上海攜豐流體設備有限公司2家企業進行試用，得到了一致認可，其中已經與南通恩普環保技術有限公司取得了合作意向，并且在南通恩普環保技術有限公司的努力下已進行工程應用。

參考文獻

[1]喻兵.生物質鍋爐尾氣超低排放技術[J].價值工程，2019，38（10）：105-108.

[2]史俊高，安曉熙，房有為.生物質鍋爐脫硝技術現狀及研究進展[J].化學工業，2019，37（03）：52-58.

[3]牛磊，鄧毅.生物質鍋爐煙氣脫硝工藝技術研究[J].現代化工，2021，41（01）：77-81.

[4]吳小春，劉丙善.船用柴油機Urea-SCR系統中的噴嘴選取研究[J].船海工程，2008（05）：58-61.

[5]呂林，陳悅.船用柴油機SCR系統雙流體霧化噴嘴研究[J].船海工程，2016，45（01）：66-70+77.

基金項目：2021年浙江農業商貿職業學院科研項目（青年專項）：基于汽車漆包線工藝中SCR系統設計與控制策略研究（KY202123）

作者簡介：葉燕仙（1982— ?），女，講師，碩士，汽車技術服務與營銷方向。