CN105065093A - 一种scr系统及其混合器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SCR系统的混合器，包括桶体和设于所述桶体外壁的尿素喷嘴，所述桶体的内腔设有内层管，所述内层管具有进气口，所述尿素喷嘴用于将尿素水溶液喷入所述内层管，所述内层管壁面设有通孔，以使部分尾气通过所述通孔进入所述内层管，另一部分尾气通过所述进气口进入所述内层管内腔，尿素水溶液与尾气在所述内层管内混合并反应。该混合器桶体的内部设有内层管，且尾气可分为两路气流进入内层管内腔，提高尿素水溶液和尾气的混合均匀性，降低尿素结晶的风险。本发明还公开了一种包括所述混合器的SCR系统。

Description

一种SCR系统及其混合器

技术领域

本发明涉及尾气处理技术领域，特别涉及一种SCR系统及其混合器。

背景技术

SCR(SelectiveCatalyticReduction，选择性催化还原法)技术是一种利用氨、氨水、尿素或烃类为还原剂，在氧浓度高出氮氧化物浓度两个数量级以上的条件下，高选择性地优先把氮氧化物还原为氮气的技术。通过SCR系统处理后，使柴油机尾气满足排放法规。催化的作用是降低反应的活化能，使其反应温度降低至合适的温度区间，从而使得氧化还原反应容易进行。

SCR系统根据功能主要分为控制单元、尿素剂量单元、尿素与尾气的混合器和催化反应单元四部分。其中，尿素与尾气的混合器用于混合尿素水溶液与柴油机尾气，且在该混合器中，尿素水溶液与尾气发生水解反应，生成催化反应单元中氮氧化物发生催化还原反应的还原剂氨气。在催化反应单元中，氨气在催化剂的作用下将氮氧化物还原为氮气，从而使柴油机尾气满足排放法规。

目前，典型的尿素与尾气的混合器主要有两种。第一种为紧凑型混合器，该混合器中设有若干旋转的流道，尿素水溶液和尾气在该旋转流道中混合，通过气流的旋转作用将尿素雾化分解。该混合器中，气流压力损失较大，导致尿素水溶液结晶风险较高。

第二种为折流板式混合器，该混合器中设有折流板，使得尾气流经折流板时改变方向，冲刷打在混合器壁面上的尿素溶液，加速尿素的分解。该混合器工作时，尿素水溶液直接喷射于混合器的底部壁面，尾气从进气口进入混合器，由CFD数值模拟混合器中的流场可得，混合器底部的气流较弱。因此，该混合器中，尿素与尾气混合均匀性较差，尿素结晶风险较高。当尿素结晶积累到一定程度时，不仅会降低催化还原反应的效率，同时还可能堵塞尿素流动的通道，造成设备故障。

鉴于上述尿素水溶液与尾气混合器存在的缺陷，亟待提供一种可提高尿素水溶液与尾气混合均匀性，降低尿素结晶风险的混合器。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的为提供一种SCR系统及其混合器，该混合器桶体的内部设有内层管，且尾气可分为两路气流进入内层管内腔，从而提高尿素水溶液和尾气的混合均匀性，降低尿素结晶的风险。

为了实现本发明的目的，本发明提供一种SCR系统的混合器，包括桶体和设于所述桶体外壁的尿素喷嘴，所述桶体的内腔设有内层管，所述内层管具有进气口，所述尿素喷嘴用于将尿素水溶液喷入所述内层管；所述内层管的壁面设有通孔，以使部分尾气通过所述通孔进入所述内层管，另一部分尾气通过所述进气口进入所述内层管，尿素水溶液与尾气在所述内层管内混合并反应。

可选地，若干所述通孔设于所述内层管远离所述尿素喷嘴的部分侧壁，所述部分侧壁定义为进气侧壁，所述进气侧壁与所述桶体远离所述尿素喷嘴的内壁形成气体通道，部分尾气在所述气体通道内流动并通过所述通孔进入所述内层管。

可选地，所述内层管通过安装部可拆卸地安装于所述桶体，且所述气体通道的径向高度可调。

可选地，所述桶体的内腔还包括外层管，所述外层管远离所述尿素喷嘴的第一侧壁抵靠并固定于所述桶体的内壁，与所述第一侧壁相对的第二侧壁开设有与所述内层管相配合的安装孔，所述内层管的外壁抵触并固定于所述安装孔孔壁，以使所述内层管的一部分位于所述安装孔内，所述外层管为所述安装部；

所述进气侧壁与所述第一侧壁之间的空间为所述气体通道。

可选地，所述内层管还具有与所述进气口相对的排气口，所述桶体内腔还设有挡流板，所述挡流板靠近所述排气口设置，且位于所述进气侧壁和所述第一侧壁之间，以封闭所述气体通道的下游。

可选地，所述挡流板为开口朝向所述内层管的弧形板，且沿尾气流动的方向倾斜设置，其一端固定于所述内层管的排气口处，另一端抵触并固定于所述第一侧壁，以封闭所述气体通道的末端。

可选地，所述内层管的排气口处设置气流均布装置，以使尿素水溶液与尾气通过所述气流均布装置排出。

可选地，所述桶体的内腔设有筛板，所述筛板均匀分布有若干小孔，且以其外周固定于所述内层管排气口处的管壁，所述筛板为所述气流均布装置；

所述挡流板的一端固定于所述气流均布装置底部，另一端抵靠并固定于所述第一侧壁。

现有的混合器中，由于尾气气流压力损失较大或者尿素水溶液直接喷射于桶体底部，使得尿素水溶液与尾气混合均匀性较低，尿素结晶风险较高。本发明提供的混合器中，尿素水溶液喷射于内层管内腔，进入桶体内腔中的尾气分为两路气流，第一路气流通过进气口进入内层管内腔，尿素水溶液在第一路气流的夹带下向排气口的方向运动；第二路气流通过通孔进入内层管内腔，该两路气流在一定程度上呈相互逆流状态，当两路气流相遇时，可提高气流的扰动性和尿素水溶液与尾气的混合均匀性，降低尿素结晶的风险。

为了实现本发明的目的，本发明还提供一种SCR系统，包括相互连接的控制单元、尿素剂量单元、混合器及催化反应单元，其中，混合器为以上所述的混合器。

附图说明

图1为本发明所提供混合器一种具体实施方式的结构示意图；

图2为图1的右视图；

图3为图1中内层管的结构示意图；

图4为图1中筛板的结构示意图。

图1-4中：

气体通道AB、径向高度L；

1桶体、2尿素喷嘴；

3内层管、31进气侧壁、311通孔、4筛板、5挡流板；

6外层管、61第一侧壁、62第二侧壁。

具体实施方式

为了实现本发明的目的，本发明的第一核心为提供一种SCR系统的混合器，该混合器桶体的内部设有内层管，且尾气可分为两路气流进入内层管内腔，提高气流的扰动与尿素水溶液和尾气的混合均匀性，从而降低尿素结晶的风险。本发明的第二核心为提供一种包括该混合器的SCR系统。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本文中的始端、末端等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，始端指的是靠近尾气进气的方向，末端指的是远离尾气进气的方向。根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定。

请参考附图1和附图2，其中，图1为本发明所提供混合器一种具体实施方式的结构示意图；图2为图1的右视图。

在一种具体实施方式中，本发明提供一种SCR系统的混合器，包括桶体1和设于桶体1外壁的尿素喷嘴2，尿素喷嘴2用于将尿素水溶液喷入桶体1的内腔；另外，桶体1的内腔设有内层管3，该内层管3具有进气口，部分尾气通过该进气口进入内层管3，且内层管3壁面设有通孔311，以使另一部分尾气通过通孔311进入内层管3，尿素喷嘴2将定量的尿素水溶液以雾状形态喷入内层管3，使得尿素水溶液与尾气在内层管3内混合并发生水解反应，生成催化还原反应中所需要的还原剂NH₃。

现有的混合器中，由于尾气气流压力损失较大或者尿素水溶液直接喷射于桶体1底部，使得尿素水溶液与尾气混合均匀性较低，造成尿素结晶风险较高。本实施方式中，尿素喷嘴2将尿素水溶液喷射于内层管3内腔，进入桶体1内腔中的尾气分为两路气流，第一路气流通过进气口进入内层管3内腔，尿素水溶液在第一路气流的夹带下向排气口的方向运动；第二路气流通过通孔31进入内层管3内腔，该两路气流在一定程度上呈相互逆流状态，当两路气流相遇时，可提高气流的扰动性和尿素水溶液与尾气的混合均匀性，从而降低尿素结晶的风险。

请继续参考附图3，图3为图1中内层管的结构示意图。

进一步地，如图3所示，若干通孔311可设于内层管3远离尿素喷嘴2的部分侧壁，该部分侧壁定义为进气侧壁31，且可为均匀设于进气侧壁180°范围内的若干小圆孔。如图1所示，该进气侧壁31与桶体1远离尿素喷嘴2的内壁形成气体通道AB，部分尾气在该气体通道AB内流动并通过通孔311进入内层管3，且该气体通道AB的末端封闭。

工作时，第二路气流在气体通道AB内流动，当其从内层管3底部的通孔311进入内层管3时，相当于小孔射流，尾气以一定的速度从小孔进入内层管3，经过很短的距离后，即变成完全的湍流，由于湍流的脉动，使得尾气对尿素水溶液的扰动加强，提高二者混合的均匀性，从而提高尿素的转化率，降低尿素结晶的风险。同时，呈湍流的尾气气流具有更大的能量，可将附着于内层管3壁面的尿素液滴冲刷清理掉，从而进一步降低尿素结晶的风险。

对于设有通孔311的内层管3，通过合理设计该内层管3中小圆孔的孔径及孔间距，使得内层管3具有最佳的开孔率，可保证最佳的气流扰动效果。

同时，如图1所示，内层管3通过安装部可拆卸地安装于桶体1，且该气体通道AB的径向高度L可调。通过合理设计安装部的位置和大小来调节该径向高度L，从而调节气体通道AB的体积，保证尾气的第二路气流具有足够且适合的流量，当然，该径向高度L不宜过大也不宜过小。

当气体通道AB的径向高度L过大时，第一路气流流量较小，使得尾气对尿素水溶液的夹带作用较弱，且二者向排气口运动的速度较小；当该径向高度L过小时，第二路气流流量较小，使得气流的反向扰动作用过小，不能有效清除附着于内层管3内壁的尿素水溶液，从而不能有效降低尿素结晶的风险。

因此，通过合理设计该径向高度L，可合理分配第一路气流与第二路气流流量的比例，从而在满足尾气和尿素水溶液从进气口向排气口运动的同时最大限度地降低尿素结晶的风险。

更进一步地，如图1所示，桶体1的内腔还可包括外层管6，该外层管6远离尿素喷嘴2的第一侧壁61抵靠并固定于桶体1的内壁，且与该第一侧壁61相对的第二侧壁62开设有与内层管3相配合的安装孔，内层管3的外壁抵触并固定于该安装孔孔壁，以使内层管3的一部分位于该安装孔内，通过该外层管6实现内层管3的固定。此时，通过改变内层管3的直径大小或者外层管6的开孔大小即可调节上述径向高度L，进而方便地改变第一路气流和第二路气流流量的比例。

显然，也可通过增大外层管6的直径，减小内层管3的直径来调节上述径向高度L。但是，外层管6的直径太大时，不利于设备的整体布置，同时不利于节省材料；内层管3的直径太小时，尿素水溶液和尾气的混合腔较小，不利于二者充分混合，可能增加尿素结晶的风险。本实施例中调节气体通道AB的径向高度L的方式易于实现，而且通用性强，可与不同机型的发动机排气特性匹配。

可以理解，上述内层管3的安装部并不仅限于通过外层管6实现，也可采用其它常用的固定方式实现内层管3与桶体1的固定。例如，也可在内层管3的进气口与桶体1的进气口之间设置第一圆台，该第一圆台的一端与内层管3的始端连接，另一端与桶体1的始端连接。同时，为了保证内层管3在桶体1内腔中的稳定性，还可在内层管3的排气口与桶体1的排气口之间设置第二圆台，该第二圆台的一端与内层管3的末端连接，另一端与桶体1的末端连接。内层管3通过该第一圆台与第二圆台固定于桶体1内腔。

显然，本实施例中通过设置开有安装孔的外层管6的固定方式结构简单，便于加工，在固定内层管3的同时使得气体通道AB的径向高度L容易调节，提高混合器的通用性。另外，由于桶体1外壁通常设有尿素喷嘴2等其它连接结构，尾气在桶体1内部运行时，气密性较差，本实施例中尾气在外层管6内部运行，提高装置的气密性。

内层管3还具有与该进气口相对的排气口，基于以上各实施例，桶体1内腔还可设有挡流板5，该挡流板5靠近排气口设置，且位于进气侧壁31和第一侧壁61之间，以封闭该气体通道AB的下游。

上述设置方式使得第二路气流的气体通道AB末端封闭，从而促使第二路气流从通孔311进入内层管3内腔，使得尾气与尿素水溶液充分混合，并及时清除附着于内层管3内壁的尿素水溶液，进一步降低尿素结晶的风险。

具体地，如图1所示，该挡流板5可为开口朝向内层管3的弧形板，其一端固定于排气口处，另一端抵触并固定于第一侧壁61，以封闭该气体通道AB的末端，该挡流板5倾斜设置，因此，该气体通道AB为沿气体流动的方向截面逐渐减小的弧形通道。

当然，该挡流板5并不仅限于为弧形板，只要可实现封闭气体通道AB的作用即可。例如，挡流板5也可为靠近内层管3排气口的半圆环形板，且该半圆环形板以其外周固定于内层管3外壁和外层管6内壁，从而使气体通道AB末端封闭。本实施例中的弧形板在封闭气体通道AB的同时，该呈弧形的通道可对尾气起到一定的导向作用。

请继续参考附图4，图4为图1中筛板的结构示意图。

在此基础上，内层管3的排气口处可设置气流均布装置，以使尿素水溶液与尾气通过该气流均布装置排出时，提高尿素水溶液与尾气的混合均匀性，从而提高后续的催化还原反应的效率，在保证尾气中氮氧化物转化率的前提下，减少尿素的喷射剂量，进一步降低尿素结晶的风险。

如图1和图4所示，桶体1的内腔可设有筛板4，该筛板4均匀分布有若干小孔，且以其外周固定于内层管3排气口处的管壁，尿素水溶液与尾气通过该筛板4排出。另外，上述挡流板5的一端焊接于该筛板4的底部，另一端抵靠并固定于第一侧壁61，此时，内层管3通过筛板4固定于挡流板5，而挡流板5始端固定于外层管6的第一侧壁61，因此，该挡流板5起到一定的固定内层管3与外层管6的作用。

由于该气体均布装置为均匀分布有若干小孔的筛板4，则当尿素水溶液与尾气通过时，同样相当于小孔射流，使得混合物的扰动加强，从而使未转化为NH₃的尿素继续发生水解反应，提高尿素的转化率。另外，对于该筛板4，通过合理设计该筛板4中小孔的孔径及孔间距，使得筛板4具有最佳的开孔率，可保证筛板4的气体均布效果和气流扰动效果均较好。

可以理解，上述的气体均布装置并不仅限于通过筛板4实现，也可采用本领域常用的其他气体均布装置，如采用管式气体均布器。该管式气体均布器由若干导向管组成，通过各导向管实现尿素、尾气和NH₃从内层管3排出后分布的均匀性。但是该管式气体均布器对气体的扰动性较小，不利于尿素进一步转化为NH₃。本实施例中的筛板4可在提高气流分布均匀性的基础上提高尿素的转化率，降低尿素结晶的风险，同时，结构简单，节省成本。

在以上各实施例中，内层管3和外层管6可直接采用钢板卷制成型，结构简单，可靠性较高。

本发明还提供一种SCR系统，包括相互连接的控制单元、尿素剂量单元、混合器及催化反应单元，其中，混合器为以上任一实施例所述的混合器。由于上述混合器具有上述技术效果，包括该混合器的SCR系统也具有相同的技术效果，此处不再赘述。

以上对本发明所提供的一种SCR系统及其混合器均进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种SCR系统的混合器，包括桶体(1)和设于所述桶体(1)外壁的尿素喷嘴(2)，所述桶体(1)的内腔设有内层管(3)，所述内层管(3)具有进气口，所述尿素喷嘴(2)用于将尿素水溶液喷入所述内层管(3)；其特征在于，所述内层管(3)的壁面设有通孔(311)，以使部分尾气通过所述通孔(311)进入所述内层管(3)，另一部分尾气通过所述进气口进入所述内层管(3)，尿素水溶液与尾气在所述内层管(3)内混合并反应。

2.根据权利要求1所述的混合器，其特征在于，若干所述通孔(311)设于所述内层管(3)远离所述尿素喷嘴(2)的部分侧壁，所述部分侧壁定义为进气侧壁(31)，所述进气侧壁(31)与所述桶体(1)远离所述尿素喷嘴(2)的内壁形成气体通道(AB)，部分尾气在所述气体通道(AB)内流动并通过所述通孔(311)进入所述内层管(3)。

3.根据权利要求2所述的混合器，其特征在于，所述内层管(3)通过安装部可拆卸地安装于所述桶体(1)，且所述气体通道(AB)的径向高度(L)可调。

4.根据权利要求3所述的混合器，其特征在于，所述桶体(1)的内腔还包括外层管(6)，所述外层管(6)远离所述尿素喷嘴(2)的第一侧壁(61)抵靠并固定于所述桶体(1)的内壁，与所述第一侧壁(61)相对的第二侧壁(62)开设有与所述内层管(3)相配合的安装孔，所述内层管(3)的外壁抵触并固定于所述安装孔孔壁，以使所述内层管(3)的一部分位于所述安装孔内，所述外层管(6)为所述安装部；

所述进气侧壁(31)与所述第一侧壁(61)之间的空间为所述气体通道(AB)。

5.根据权利要求4所述的混合器，其特征在于，所述内层管(3)还具有与所述进气口相对的排气口，所述桶体(1)内腔还设有挡流板(5)，所述挡流板(5)靠近所述排气口设置，且位于所述进气侧壁(31)和所述第一侧壁(61)之间，以封闭所述气体通道(AB)的下游。

6.根据权利要求5所述的混合器，其特征在于，所述挡流板(5)为开口朝向所述内层管(3)的弧形板，且沿尾气流动的方向倾斜设置，其一端固定于所述内层管(3)的排气口处，另一端抵触并固定于所述第一侧壁(61)，以封闭所述气体通道(AB)的末端。

7.根据权利要求5或6所述的混合器，其特征在于，所述内层管(3)的排气口处设置气流均布装置，以使尿素水溶液与尾气通过所述气流均布装置排出。

8.根据权利要求7所述的混合器，其特征在于，所述桶体(1)的内腔设有筛板(4)，所述筛板(4)均匀分布有若干小孔，且以其外周固定于所述内层管(3)排气口处的管壁，所述筛板(4)为所述气流均布装置；

所述挡流板(5)的一端固定于所述气流均布装置底部，另一端抵靠并固定于所述第一侧壁(61)。

9.一种SCR系统，包括相互连接的控制单元、尿素剂量单元、混合器及催化反应单元，其特征在于，混合器为权利要求1-8所述的混合器。