CN105156181A - 集成喷嘴式scr催化消音器 - Google Patents

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佟峰
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Abstract

本发明公开一种集成喷嘴式SCR催化消音器，包括依次连接的混合腔体、催化腔体和后腔体，所述混合腔体包括混合壳体、位于混合壳体两端面的前端盖和中心具有开孔的前孔板，混合壳体的开有进气口且一进气管一端安装于进气口上；一绕流板位于前端盖和前孔板之间，此绕流板为锥形面且位于其后端的广口与前孔板连接，位于绕流板前端的窄口与前端盖连接，所述绕流板沿周向分布为第一侧端、第二侧端，此第一侧端、第二侧端沿周向具有间隔从而使得绕流板在周向上具有间隙，第一侧端与混合壳体内壁连接并靠近进气口；所述催化腔体内具有涂覆有催化剂的载体，后腔体包括后孔板、排气管和后端盖。本发明避免使用混合器，管路布置更简单，大大提高了性价比和可靠性。

Description

集成喷嘴式SCR催化消音器
技术领域
本发明涉及一种汽车尾气处理装置，具体涉及一种集成喷嘴式SCR催化消音器。
背景技术
柴油机由于柴油及其燃烧方式的特征，排放的HC、CO相对汽油机少的多，但排放的NOx和PM大量并存。因此，柴油机排放控制的重点应该是降低颗粒物和NOx的排放量。为了满足欧Ⅳ及以上排放要求，柴油机单靠燃烧改进等机内净化技术已经很难满足越来越严格的排放法规，尾气必须通过柴油机外的排放后处理装置才能达标，而SCR（SelectiveCatalyticReduction，选择性催化还原）是实现欧Ⅳ/Ⅴ最快捷的途径，也是实现欧Ⅵ的必要手段。
SCR是指安装在柴油汽车排气系统中，将柴油机排放中的NOx催化还原成N2的催化还原装置，选择尿素水溶液作为还原剂。尿素水溶液喷射到有催化器的排气管中，在废气温度和气流的作用下尿素水溶液分解为CO2和氨气NH3，氨气作为还原剂将NOx还原成无污染的氮气和水。
鉴于发动机技术和柴油含硫量等问题的困扰，目前国内SCR技术还不完善，主要存在的技术问题：
（1）、DOC氧化型催化器（氧化型催化器）容易中毒问题（柴油含硫高）而无法作为SCR的前置；
（2）、现有SCR催化剂起燃温度高，低温工况下NOX无法达到国4标准温度低于250度时钒SCR催化剂转化催化效率低。
（3）、尿素在催化器内结晶，导致NOX转化率低，甚至堵塞。譬如由于公交车长期处于低速行使状态，走走停停，尾气温度在200℃左右，甚至低于200℃，而SCR钒基催化剂的起燃温度为250℃，净化效果差。北京装钒基SCR催化剂柴油公交车的实际测定结果表明NOx超标3倍多，而且存在催化器堵塞的风险。造成事实上的对策失效。
发明内容
本发明目的是提供一种集成喷嘴式SCR催化消音器，此集成喷嘴式SCR催化消音器避免使用混合器，管路布置更简单，大大提高了性价比和可靠性。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种集成喷嘴式SCR催化消音器，包括依次连接的混合腔体、催化腔体和后腔体，所述混合腔体包括混合壳体、位于混合壳体两端面的前端盖和中心具有开孔的前孔板，混合壳体的开有进气口且一进气管一端安装于进气口上，此进气管侧壁上设有供安装喷嘴的喷嘴通孔，所述前孔板上均匀分布有小孔；
一绕流板位于前端盖和前孔板之间，此绕流板为锥形面且位于其后端的广口与前孔板连接，位于绕流板前端的窄口与前端盖连接，所述绕流板沿周向分布为第一侧端、第二侧端，此第一侧端、第二侧端沿周向具有间隔从而使得绕流板在周向上具有间隙，第一侧端与混合壳体内壁连接并靠近进气口；
所述催化腔体内具有涂覆有催化剂的载体，后腔体包括后孔板、排气管和后端盖，所述排气管一端连接到后孔板的开孔，排气管另一端穿出后端盖。
上述技术方案中进一步改进方案如下：
上述方案中，所述催化腔体的壳体与排气管之间且位于后端盖、后孔板之间填充有消音棉。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：
本发明集成喷嘴式SCR催化消音器，其避免使用混合器，管路布置更简单，大大提高了性价比和可靠性，背压<15kPa，噪音降低>20DB，氨逃逸<20ppm，催化消音器可靠性>18万公，催化转化效率>85%，满足商用车市场及柴油机排气系统的使用要求。
附图说明
附图1为本发明集成喷嘴式SCR催化消音器中混合腔体结构示意图一；
附图2为本发明集成喷嘴式SCR催化消音器中混合腔体结构示意图二；
附图3为本发明集成喷嘴式SCR催化消音器中混合腔体结构示意图三；
附图4为本发明集成喷嘴式SCR催化消音器结构示意图一；
附图5为本发明集成喷嘴式SCR催化消音器结构示意图二；
附图6a为本发明SCR催化消音器水平截面流速分布；
附图6b为本发明SCR催化消音器湍动能分布；
附图6c为本发明SCR催化消音器横截面定义；
附图6d为本发明距催化剂入口距离=120mm、80mm、40mm、0mm流速分布；
附图7a为本发明SCR催化消音器水平截面NO浓度分布图；
附图7b为本发明SCR催化消音器水平截面NO2浓度分布图；
附图7c为本发明SCR催化消音器水平截面HNCO浓度分布图；
附图7d为本发明SCR催化消音器水平截面NH3浓度分布图；
附图8a为本发明横截面距催化剂入口距离120mm、80mm、40mm、0mm示意图；
附图8b为本发明SCR催化消音器HNCO浓度分布图；
附图8c为本发明SCR催化消音器NH3浓度分布图；
附图9为本发明集成喷嘴式SCR催化消音器催化器压力降图；
附图10a为本发明集成喷嘴式SCR催化消音器催化剂入口处浓度图；
附图10b为本发明集成喷嘴式SCR催化消音器催化剂出口处浓度图；
附图11a为本发明催化器整体液滴运动轨迹液滴寿命示意图；
附图11b为本发明导流板液滴运动轨迹液滴寿命示意图；
附图11c为本发明催化器整体液滴粒径变化；
附图11d为本发明导流板液滴粒径变化；
附图12a为本发明催化器壁面壁膜分布图；
附图12b为本发明排气管壁面壁膜分布图；
附图12c为本发明导流板壁膜分布图；
附图13a为本发明催化器壁面固态尿素沉积物分布图；
附图13b为本发明导流板固态尿素沉积物分布分布图。
以上附图中：1、混合腔体；2、催化腔体；3、后腔体；4、混合壳体；41、进气口；5、前端盖；6、前孔板；61、开孔；7、进气管；71、喷嘴通孔；8、绕流板；81、广口；82、窄口；83、第一侧端；84、第二侧端；9、间隙；10、载体；11、后孔板；111、开孔；12、排气管；13、后端盖；14、消音棉。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：一种集成喷嘴式SCR催化消音器，包括依次连接的混合腔体1、催化腔体2和后腔体3，所述混合腔体1包括混合壳体4、位于混合壳体4两端面的前端盖5和中心具有开孔61的前孔板6，混合壳体4的开有进气口41且一进气管7一端安装于进气口41上，此进气管7侧壁上设有供安装喷嘴的喷嘴通孔71，所述前孔板6上均匀分布有小孔；
一绕流板8位于前端盖5和前孔板6之间，此绕流板8为锥形面且位于其后端的广口81与前孔板6连接，位于绕流板8前端的窄口82与前端盖5连接，所述绕流板8沿周向分布为第一侧端83、第二侧端84，此第一侧端83、第二侧端84沿周向具有间隔从而使得绕流板8在周向上具有间隙9，第一侧端83与混合壳体4内壁连接并靠近进气口41；
所述催化腔体2内具有涂覆有催化剂的载体10，后腔体3包括后孔板11、排气管12和后端盖13，所述排气管12一端连接到后孔板11的开孔111，排气管12另一端穿出后端盖13。
实施例2：一种集成喷嘴式SCR催化消音器，包括依次连接的混合腔体1、催化腔体2和后腔体3，所述混合腔体1包括混合壳体4、位于混合壳体4两端面的前端盖5和中心具有开孔61的前孔板6，混合壳体4的开有进气口41且一进气管7一端安装于进气口41上，此进气管7侧壁上设有供安装喷嘴的喷嘴通孔71，所述前孔板6上均匀分布有小孔；
一绕流板8位于前端盖5和前孔板6之间，此绕流板8为锥形面且位于其后端的广口81与前孔板6连接，位于绕流板8前端的窄口82与前端盖5连接，所述绕流板8沿周向分布为第一侧端83、第二侧端84，此第一侧端83、第二侧端84沿周向具有间隔从而使得绕流板8在周向上具有间隙9，第一侧端83与混合壳体4内壁连接并靠近进气口41；
所述催化腔体2内具有涂覆有催化剂的载体10，后腔体3包括后孔板11、排气管12和后端盖13，所述排气管12一端连接到后孔板11的开孔111，排气管12另一端穿出后端盖13。
上述催化腔体2的壳体与排气管12之间且位于后端盖13、后孔板11之间填充有消音棉14。
选取YC6L270柴油机B50工况点对催化器内部流场进行仿真分析。
进出口边界条件：
表1
环境条件，如表2所示：
表2
喷射系统参数，如表3所示：
表3
本发明集成喷嘴式SCR催化消音器，测试数据表4所示：
表4
本发明主要评价指标如表5所示：
表5
通过测试，可知，本发明集成喷嘴式SCR催化消音器达到以下技术指标：
背压<15kPa，
噪音降低>20DB，
氨逃逸<20ppm，
催化消音器可靠性>18万公，
催化转化效率>85%
采用上述集成喷嘴式SCR催化消音器时，其避免使用混合器，管路布置更简单，大大提高了性价比和可靠性，背压<15kPa，噪音降低>20DB，氨逃逸<20ppm，催化消音器可靠性>18万公，催化转化效率>85%。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种集成喷嘴式SCR催化消音器，其特征在于：包括依次连接的混合腔体（1）、催化腔体（2）和后腔体（3），所述混合腔体（1）包括混合壳体（4）、位于混合壳体（4）两端面的前端盖（5）和中心具有开孔（61）的前孔板（6），混合壳体（4）的开有进气口（41）且一进气管（7）一端安装于进气口（41）上，此进气管（7）侧壁上设有供安装喷嘴的喷嘴通孔（71），所述前孔板（6）上均匀分布有小孔；
一绕流板（8）位于前端盖（5）和前孔板（6）之间，此绕流板（8）为锥形面且位于其后端的广口（81）与前孔板（6）连接，位于绕流板（8）前端的窄口（82）与前端盖（5）连接，所述绕流板（8）沿周向分布为第一侧端（83）、第二侧端（84），此第一侧端（83）、第二侧端（84）沿周向具有间隔从而使得绕流板（8）在周向上具有间隙（9），第一侧端（83）与混合壳体（4）内壁连接并靠近进气口（41）；
所述催化腔体（2）内具有涂覆有催化剂的载体（10），后腔体（3）包括后孔板（11）、排气管（12）和后端盖（13），所述排气管（12）一端连接到后孔板（11）的开孔（111），排气管（12）另一端穿出后端盖（13）。
2.根据权利要求1所述的集成喷嘴式SCR催化消音器，其特征在于：所述催化腔体（2）的壳体与排气管（12）之间且位于后端盖（13）、后孔板（11）之间填充有消音棉（14）。
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