CN105201604B - 一种scr系统尿素混合器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种SCR系统尿素混合器。该混合器能够充分改变尿素的流动方向，使尿素与废气均匀混合，并减少尿素喷射幅面上出现结晶、沉积物等堵塞物，避免氨泄漏。本发明所述混合器在尿素喷嘴后方安装一个叶片装置，并增加了叶片的数量，通过叶片改变气流形成强烈扰动改善尿素水溶液与废气喷雾的混合效果。在多个叶片的搅动作用下，尿素水溶液的流动方向改变，并与废气充分混合。同时，改变混合器中导流圆环的结构，使得尿素喷射幅面上的尿素在气流的带动下从导流圆环上脱落，从而减少结晶、沉积物的产生，避免氨泄漏。
Description
技术领域
本发明属于内燃机排放污染控制领域，尤其涉及一种SCR系统的尿素混合器。
背景技术
选择性催化还原技术(SCR)是针对柴油车尾气排放中NOx的一项处理工艺，即在催化剂的作用下，喷入还原剂氨或尿素，把尾气中的NOx还原成N2和H2O。柴油机尿素SCR技术在欧洲已经使用数年了，是欧洲解决欧Ⅳ/Ⅴ排放要求的主流技术路线。在美国，为了满足更加严格的EPA2010排放法规，多数发动机制造商已经开始使用SCR技术。在我国，尿素SCR技术以其抗硫性能好，被认为是重型柴油机最可行的NOX排放控制后处理技术。
但SCR技术在应用过程中存在低温下NOX的转化效率较低、尿素水溶液混合不均匀等不足，从而造成氨泄漏以及容易形成结晶等问题。尿素SCR系统安装合适的混合器能够对改善尿素水溶液的雾化、蒸发、分解、混合有显著的效果。目前，混合器在柴油机SCR技术中的应用越来越广泛，先已成为改善尿素和废气混合情况，降低NOX排放的一种发展趋势。现在的柴油机排气系统都要求尿素水溶液和废气在进入SCR催化器之前能够得到充分的混合，只有这样，才能在SCR催化器内充分的反应，进而降低NOX的排放量。同时，尿素水溶液和废气充分均匀的混合，能够使尿素得到最大的利用，提高NOX的转化效率，避免氨泄漏，减少结晶、沉积物的形成。
目前，市场上使用的混合器，虽然改善了尿素水溶液与废气的混合情况，但是，其尿素水溶液混合情况仍不充分，特别是当尿素喷射器的偏置，尿素喷射方向为斜向时，尿素水溶液与废气不能混合均匀，且容易在尿素的喷射幅面上出现结晶、沉积物等。当尿素喷射器偏置时，尿素的喷射方向与废气的流动方向不同，传统混合器产生的气流搅动，不能完全改变尿素的流动方向，造成尿素与废气的混合不均匀。并且，在排气管道上的尿素喷射幅面处，尿素水溶液喷射在排气官道上，不能完全被废气气流带走，容易在该处出现结晶或沉积物，从而造成排气管道的堵塞，增大排气系统的背压。
由此可见，设计新型混合器和改善现有混合器结构，改善尿素水溶液与废气的混合情况，避免由于尿素结晶及尿素水溶液混合不均匀导致转化效率较低的问题，同时减少NH泄漏，是在该技术领域亟待解决的问题。尤其是在尿素喷射器偏置斜向喷射的SCR系统中，混合器需要充分改变尿素的流动方向，使尿素与废气均匀混合，并减少尿素喷射幅面上出现结晶、沉积物等堵塞物，并避免出现氨泄漏。
发明内容
本发明提供了一种SCR系统尿素混合器。该混合器能够充分改变尿素的流动方向，使尿素与废气均匀混合，并减少尿素喷射幅面上出现结晶、沉积物等堵塞物，避免氨泄漏。本发明所述混合器在尿素喷嘴后方安装一个叶片装置，并增加了叶片的数量，通过叶片改变气流形成强烈扰动改善尿素水溶液与废气喷雾的混合效果。在多个叶片的搅动作用下，尿素水溶液的流动方向改变，并与废气充分混合。同时，改变混合器中导流圆环的结构，使得尿素喷射幅面上的尿素在气流的带动下从导流圆环上脱落，从而减少结晶、沉积物的产生，避免氨泄漏。
本发明提供的SCR系统尿素混合器，采用了如下技术方案。
本发明所述SCR尿素混合器1包括混合器前部2和混合器后部3。
其中，混合器前部2包括环形壳体4、旋转叶片5和导流圆环6，所述导流圆环6置于环形壳体4中心，所述导流圆环6与环形壳体4之间均匀设置若干旋转叶片5，所述旋转叶片5的两侧分别于环形壳体4和导流圆环6固接在一起。所述旋转叶片5与环形壳体4的中轴呈一定夹角度，围绕所述中轴以同一旋转方向布置。所述导流圆环6呈喇叭状，其进气端直径大于出气端直径。
混合器后部3包括导流管7、弧形旋转叶片8、连接圆环9和翼片组10，所述导流管7与环形壳体4套在环形壳体4内并紧密相贴，连接圆环9置于导流管7中心，所述连接圆环9与导流管7之间均匀设置若干弧形旋转叶片8，所述弧形旋转叶片8两侧分别于导流管7和连接圆环9固接在一起。所述连接圆环9内部设置了翼片组10。所述导流管7的进气端为呈单斜面切口，且切口最长部朝向尿素喷射器。所述弧形旋转叶片8与环形壳体4的中轴存在呈一定夹角，围绕所述中轴以与上述旋转叶片5同一旋转方向布置。所述连接圆环9呈喇叭状，其进气端直径大于出气端直径。所述翼片组10包括若干片翼片101，每片翼片101包括翼片主体102和至少一个翅片103，所述翼片主体102两端与连接圆环9固接在一起，并沿环形壳体4轴向方向延伸，所述翅片103与翼片主体102呈一定夹角度设置。相邻翼片101之间留有间隙。
本发明所述混合器同时采用旋转叶片和翼片结构，增强了气流的搅动，使得尿素水溶液与内燃机的废气混合均匀、充分，减少结晶、沉积物的形成。尿素斜向喷射后，首先在导流圆环和旋转叶片的导流、旋流作用下，改变尿素和废气混合物的流动方向；然后在翼片和翅片的分流、搅动作用下，并以导流管和弧形旋转叶片的辅助下，进一步改变尿素和废气混合物的流动方向，使得最终通过混合器后的废气沿着排气管方向流动。同时，前弧形旋转叶片、翼片、翅片的搅动作用能够使废气和尿素水溶液充分均匀的混合，提高废气的催化效率。尿素水溶液低温下，容易在喷射器喷射幅面出现结晶、沉积物等，从而造成排气管堵塞，背压增大。在本发明中，导流圆环和连接圆环呈喇叭状，废气气流沿排气管方向流动时，由于流道的半径减小，导流圆环和连接圆环的内表面上气流速率增大、气流施加在内表面上的压力增大，如果尿素水溶液喷射或滞留在内表面上面，会被废气的气流吹动，最终从导流圆环或连接圆环上脱落。因此，本发明所述的混合器能够减少结晶和沉积物。
在本发明中，所述的翼片组10由设置在连接圆环9中间的若干翼片101构成，每片翼片101两端与连接圆环9固定连接。翼片101包括至少一个翅片103，所述的翼片101的翅片103在翼片101的主体102上布置，且翅片103向翼片101的一侧弯折并与翼片主体102呈一定夹角度，同一翼片101的翅片103按照连接圆环9的左右两侧向上弯折和连接圆环9的中间向下弯折的规则布置。所述的翅片103是在主体102上取一个四边形区域，沿该区域与主体102相连的部位折成一定角度形成的。
所述的翼片以3-11个为宜，且翼片均匀布置。
所述的翼片的翅片与其主体的夹角为10度-80度。
本发明所述混合器的前端与排气管道相连，后端与后端排气管道或催化器相连。本发明所述混合器可以通过可拆卸的方式与排气管道相连。
本发明所述混合器适用于尿素喷射器偏置于混合器前端，且斜向喷射尿素水溶液的情形。本发明所述混合器同样适用于尿素喷射器置于混合器后端或尿素喷射器正向喷射尿素水溶液的情形。
本发明所述混合器的各部件之间采用焊接的方式连接在一起。
本发明所述混合器具有如下有益效果：
1、本发明所述混合器采用多个叶片结构(翼片、翅片同属叶片结构)结合的方式，增大了气流的搅动，使尿素和废气能够充分混合，提高的SCR系统的催化效率，减少NOX的排放，也减少了结晶、沉积物的形成。
2、本发明所述混合器通过导流圆环、前弧形旋转叶片、导流管、翼片组等结构的共同作用下，改变尿素与废气混合物的流动方向，使两者能够充分均匀的混合，避免出现氨泄漏和产生结晶。
3、本发明所述混合器采用了喇叭状导流圆环和连接圆环，使得尿素难以滞留在其内表面，减少了结晶和沉积物产生的可能性，避免了排气管道的阻塞和背压增大。
附图说明
下面结合附图说明发明的技术方案。
图1为本发明所述混合器的正视图。
图2为图1中A-A剖面视图。
图3为本发明所述混合器的立体透视图。
图4为翼片组的立体视图。
图5为翼片的翅片成型示意图。
图6为本发明所述混合器效果示意图。
图中，1为混合器，2为混合器前部，3为混合器后部，4为环形壳体，5为旋转叶片，6为导流圆环，7为导流管，8为弧形旋转叶片，9为连接圆环，10为翼片组，101为翼片，102为翼片主体，103为翅片。
具体实施方式
下面结合具体实施例来说明本发明的技术方案。结合具体实施方式，对各结构的形状、构造以及它们之间的相互位置关系及连接关系、它们的作用及工作原理等作进一步的描述。
实施例1
参照图1、图2和图3，图中为本发明所述SCR系统尿素混合器的一个具体实施例。
图中所示SCR尿素混合器1包括混合器前部2和混合器后部3。
其中，混合器前部2包括环形壳体4、旋转叶片5和导流圆环6，所述导流圆环6置于环形壳体4中心，所述导流圆环6与环形壳体4之间均匀设置若干旋转叶片5，所述旋转叶片5的两侧分别于环形壳体4和导流圆环6固接在一起。所述旋转叶片5与环形壳体4的中轴呈一定夹角度，围绕所述中轴以同一旋转方向布置。所述导流圆环6呈喇叭状，其进气端直径大于出气端直径。
混合器后部3包括导流管7、弧形旋转叶片8、连接圆环9和翼片组10，所述导流管7与环形壳体4套在环形壳体4内并紧密相贴，连接圆环9置于导流管7中心，所述连接圆环9与导流管7之间均匀设置若干弧形旋转叶片8，所述弧形旋转叶片8两侧分别于导流管7和连接圆环9固接在一起。所述连接圆环9内部设置了翼片组10。所述导流管7的进气端为呈单斜面切口，且切口最长部朝向尿素喷射器。所述弧形旋转叶片8与环形壳体4的中轴存在呈一定夹角，围绕所述中轴以与上述旋转叶片5同一旋转方向布置。所述连接圆环9呈喇叭状，其进气端直径大于出气端直径。所述翼片组10包括若干片翼片101，每片翼片101包括翼片主体102和至少一个翅片103，所述翼片主体102两端与连接圆环9固接在一起，并沿环形壳体4轴向方向延伸，所述翅片103与翼片主体102呈一定夹角度设置。相邻翼片101之间留有间隙。
本实施例中的混合器前端和后端均可以通过连接法兰与内燃机的排气管、SCR系统催化器相连接，也可以采用其他常用链接方式。内燃机产生的废气通过本实施例的混合器，与尿素喷射器喷出的尿素水溶液充分均匀混合，进入催化器后，在催化剂的催化作用下，废气与尿素发生反应，将废气转化为氮气和水。
本实施例的混合器同时采用旋转叶片和翼片结构，增强了气流的搅动，使得尿素水溶液与内燃机的废气混合均匀、充分，减少结晶、沉积物的形成。混合器的前弧形旋转叶片、翼片、翅片的搅动作用能够使废气和尿素水溶液充分均匀的混合，提高废气的催化效率。在本实施例的导流圆环和连接圆环呈喇叭状，废气气流沿排气管方向流动时，由于流道的半径减小，导流圆环和连接圆环的内表面上气流速率增大、气流施加在内表面上的压力增大，如果尿素水溶液喷射或滞留在内表面上面，会被废气的气流吹动，最终从导流圆环或连接圆环上脱落，从而减少结晶和沉积物。
参照图4和图5，在本实施例中，所述的翼片组10由设置在连接圆环9中间的若干翼片101构成。每片翼片101两端与连接圆环9固定连接。翼片101包括至少一个翅片103，所述的翼片101的翅片103在翼片101的主体102上布置，且翅片103向翼片101的一侧弯折并与翼片主体102呈一定夹角度，同一翼片101的翅片103按照连接圆环9的左右两侧向上弯折和连接圆环9的中间向下弯折的规则布置。
参照图4，在本实施例中，翼片组10包括4个翼片。上侧第一个翼片101只有一个翅片103，并相对于翼片主体102向下弯折；上侧第二个翼片101有三个翅片103，由于三个翅片103的左右两侧有第三个翼片101的两个向上弯折的翅片103，第二个翼片101的三个翅片103均向下弯折；第三个翼片101的包括五个翅片103，左右两侧的两个翅片103向上弯折，中间的三个翅片103向下弯折；最后一个翼片101包括死的翼片，左右两侧的两个翅片103向上弯折，中间的两个翅片103向下弯折。
参照图5，所述的翅片103是在主体102上取一个四边形区域，沿该区域与主体102相连的部位(虚线的部分)折成一定角度形成的。图中显示了本实施例中翅片103的成型方式。翼片101的主体102是片状板材，在板材的一个侧边，以侧边为其中一个边界将侧边部位分成若干个四边形，将相邻四边形之间的边界切开，这样四边形将只有与侧边相对的另一个边界与翼片101的主体102相连，如图5中的虚线部分，沿这个边界将四边形向翼片主体102的一侧弯折，就形成了翅片103。
参照图6，图中显示了本实施例的混合器改变尿素流动方向的示意图。本实施例的混合器适用于尿素喷射器偏置于混合器前端，且斜向喷射尿素水溶液的情形。尿素斜向喷射后，首先在导流圆环和旋转叶片的导流、旋流作用下，改变尿素和废气混合物的流动方向；然后在翼片和翅片的分流、搅动作用下，并以导流管和弧形旋转叶片的辅助下，进一步改变尿素和废气混合物的流动方向，使得最终通过混合器后的废气沿着排气管方向流动。
上述结合附图对本发明进行了示例性的描述，但本发明的具体实现并不受上述方式的限制。只要采用了本发明的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明专利的保护范围之内。
采用本发明的技术方案，可以使得尿素水溶液与废气充分均匀的混合，提高SCR的转化效率，避免了氨泄漏，减少了结晶、沉积物的形成。
Claims (3)
1.一种SCR尿素混合器，其特征在于，所述混合器包括混合器前部和混合器后部；其中，混合器前部包括环形壳体、旋转叶片和导流圆环，所述导流圆环置于环形壳体中心，所述导流圆环与环形壳体之间均匀设置若干旋转叶片，所述旋转叶片的两侧分别于环形壳体和导流圆环固接在一起，所述旋转叶片与环形壳体的中轴呈一定夹角度，围绕所述中轴以同一旋转方向布置，所述导流圆环呈喇叭状，其进气端直径大于出气端直径；混合器后部包括导流管、弧形旋转叶片、连接圆环和翼片组，所述导流管与环形壳体套在环形壳体内并紧密相贴，连接圆环置于导流管中心，所述连接圆环与导流管之间均匀设置若干弧形旋转叶片，所述弧形旋转叶片两侧分别于导流管和连接圆环固接在一起，所述连接圆环内部设置了翼片组，所述导流管的进气端为呈单斜面切口，且切口最长部朝向尿素喷射器，所述弧形旋转叶片与环形壳体的中轴存在呈一定夹角，围绕所述中轴以与上述旋转叶片同一旋转方向布置，所述连接圆环呈喇叭状，其进气端直径大于出气端直径；所述翼片组包括若干片翼片，每片翼片包括翼片主体和至少一个翅片，所述翼片主体两端与连接圆环固接在一起，并沿环形壳体轴向方向延伸，所述翅片与翼片主体呈一定夹角度设置，相邻翼片之间留有间隙；同一翼片的翅片按照连接圆环的左右两侧向上弯折和连接圆环的中间向下弯折的规则布置；
所述的翼片组由设置在连接圆环中间的若干翼片构成，每片翼片两端与连接圆环固定连接；翼片包括至少一个翅片，所述的翼片的翅片在翼片的主体上布置，且翅片向翼片的一侧弯折并与翼片主体呈一定夹角度；所述的翼片的翅片与其主体的夹角为10度-80度。
2.根据权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述的翅片是在主体上取一个四边形区域，沿该区域与主体相连的部位折成一定角度形成的。
3.根据权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述的翼片为3-11个，且翼片均匀布置。
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Urea mixer of SCR system Effective date of registration: 20210716 Granted publication date: 20180529 Pledgee: Bank of Hangzhou Limited by Share Ltd. Nanjing branch Pledgor: NANJING IKE CARTER EMISSION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021980006318 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 211100 room 708, Haitong building, No. 100, Qinhuai Road, Jiangning Economic and Technological Development Zone, Nanjing, Jiangsu Province Patentee after: Nanjing Hanshen Material Technology Co.,Ltd. Address before: Room 708, Haitong Building, No. 100, Qinhuai Road, Jiangning District, Nanjing, Jiangsu 211106 Patentee before: NANJING IKE CARTER EMISSION TECHNOLOGY CO.,LTD. |
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| CP03 | Change of name, title or address |