CN106014580A - 一种用于柴油机scr系统的新型防尿素结晶排气管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于柴油机SCR系统的新型防尿素结晶排气管，包括排气管和法兰座，所述排气管依废气流通方向依次包括进气管、渐扩管、椭圆管、渐缩管和出气管；所述法兰座以一定角度焊接在渐扩管和椭圆管连接处，用于安装尿素喷嘴喷入尿素液滴；所述椭圆管与进气管和排气管中心偏离，并与渐扩管和渐缩管配合，使呈一定角度喷入的尿素液滴和废气产生扰流并充分混合。本发明通过合理结构设计，有效避免排气管道及尿素喷嘴底座内的尿素结晶问题，而且结构简单，易于整车底盘布置。

Description

一种用于柴油机SCR系统的新型防尿素结晶排气管
技术领域
本发明涉及内燃机排放技术领域，具体涉及一种用于柴油机SCR系统的新型防尿素结晶排气管。
背景技术
以尿素水溶液作为还原剂的选择性催化还原（SCR）技术已成为降低内燃机氮氧化物（NOX）排放量最为有效的技术之一。目前，应用选择性催化还原(SCR) 技术降低废气中的氮氧化物排放已经越来越广泛。选择性催化还原(SCR) 技术原理为：尿素水溶液喷入管道内，尿素水溶液受热分解生成的氨气与废气中的氮氧化物在SCR催化剂的作用下反应生成氮气和水。因此，氨气在进入SCR反应器前必须与废气掺混均匀，否则将导致较高的氨泄漏率和较低的SCR转化效率。
理想情况下，尿素水溶液在进入催化器前可以完全分解。但在实际应用中，当尿素喷嘴将尿素水溶液直接喷入排气管道内时，喷入管道中的尿素水溶液无法完全分解，未分解的尿素容易在排气管内、SCR反应器载体上生成大量沉积物，这些沉积物可能覆盖催化剂载体、堵塞排气管道，降低SCR转化效率，影响催化剂活性。
现阶段技术方案为：如图1所示，在排气管1-4上以一定的角度焊接尿素喷嘴安装底座1-2（固定尿素喷嘴用），尿素喷嘴以一定的压力将尿素水溶液从喷入口1-3喷入排气管使之与沿排气管废气流通方向1-5流通的废气充分混合，在较大的喷射压力下，喷入的尿素液滴很容易碰到排气管内壁，为了尽量避免尿素液滴碰壁，还会在尿素喷嘴下游尿素水溶液喷射方向安装一个尿素混合器1-1。尿素水溶液喷入后在混合器1-1的作用下与废气进行混合，但喷嘴喷入后贯穿距离较短，尿素液滴很容易着壁，虽然有混合器1-1，但仍会在排气管内壁以及混合器1-1上形成大量尿素结晶；而且尿素喷嘴安装底座较长，底座内部温度低，喷入的雾状尿素溶液也易在废气流的作用下反卷至底座内部并形成涡流，尿素液滴着壁，也易出现尿素结晶，堵塞喷嘴；对混合器的设计、加工要求很高，做的不好反而易在混合器叶片上出现结晶，同时也相应的增加了成本。目前，如何解决尿素水溶液喷入后在排气管内生成沉积物的问题是SCR 技术应用的难点。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了一种用于柴油机SCR系统的新型防尿素结晶排气管。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种用于柴油机SCR系统的新型防尿素结晶排气管，包括排气管和法兰座，其特征在于：所述排气管依废气流通方向依次包括进气管、渐扩管、椭圆管、渐缩管和出气管；所述法兰座沿废气流通方向倾斜焊接在渐扩管和椭圆管连接处，用于安装尿素喷嘴喷入尿素液滴；所述椭圆管与进气管和排气管中心偏离，并与渐扩管和渐缩管配合，使呈一定角度喷入的尿素液滴和废气产生扰流并充分混合。
进一步地，所述进气管与出气管同轴、管径相同。
进一步地，所述椭圆管长轴中心面与进气管对应中心面重合，短轴中心面与进气管对应中心面偏移，偏移距离10-20mm。
进一步地，所述进气管与椭圆管通过渐扩管首尾相接。
进一步地，所述椭圆管与出气管通过渐缩管首尾相接。
进一步地，所述渐缩管的长度为进气管管径的1.5-2倍。
进一步地，所述法兰座以30°角焊接在渐扩管和椭圆管连接处。
与现有技术相比，本发明具备的有益效果包括：
1）尿素喷嘴安装底座长度大幅降低，只保留了安装法兰，使得尿素水溶液由尿素喷嘴直接喷入排气管中与废气进行混合，根除了尿素喷嘴底座内的尿素结晶问题；
2）增加尿素水溶液喷入后的贯穿距离以减少尿素液滴着壁量，有效避免了排气管内的尿素结晶问题；
3）优化设计后避免了混合器的使用；
4）进气管和椭圆管的偏心设计会在渐扩管、椭圆管和渐缩管的作用下产生强烈的扰流，使废气和尿素液滴在扰流的作用下充分混合，大大促进废气和尿素液滴的混合效果，并得到了台架实验验证；而且该结构的管路排气背压小，不会产生很大的压降，可在较小的压力损失前提下提高NOX的转化效率，并降低了尿素结晶沉积物的生成量和氨的泄漏。
5）结构简单，与直管比体积增大不多，便于整车底盘布置，而且该技术方案集成了尿素喷嘴安装法兰，整车用户直接安装尿素喷嘴即可，解决了整车用户在排气管上自行焊接尿素喷嘴底座困难的问题（自行焊接安装角度及产品一致性很难保证）。
附图说明
图1为现有技术的SCR排气管结构示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明的正视图；
图4为图2的右视图；
图5为气体混合示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。如图2-4所示的一种用于柴油机SCR系统的新型防尿素结晶排气管，包括排气管和法兰座2，所述排气管依废气流通方向依次包括进气管1、渐扩管3、椭圆管4、渐缩管5和出气管6；所述法兰座2以一定角度焊接在渐扩管3和椭圆管4连接处，用于安装尿素喷嘴喷入尿素液滴；所述椭圆管4与进气管1和排气管6中心偏离，并与渐扩管3和渐缩管5配合，使呈一定角度喷入的尿素液滴和废气产生扰流并充分混合。
进一步地，所述进气管1与出气管6同轴、管径相同；所述椭圆管4长轴中心面与进气管1对应中心面重合，短轴中心面与进气管1对应中心面偏移，偏移距离10-20mm；所述进气管1与椭圆管4通过渐扩管3首尾相接；所述椭圆管4与出气管6通过渐缩管5首尾相接；所述渐缩管5的长度为进气管1管径的1.5-2倍；所述法兰座2以30°角焊接在渐扩管3和椭圆管4连接处。
如图5所示，本发明的新型防尿素结晶排气管，尿素水溶液12通过尿素喷嘴以一定的压力并与废气11呈30°角方向喷入排气管，进而得到充分混合均匀的混合气体13。经专用CFD软件计算分析，该新型防尿素结晶排气管可增强气流扰动，提高混合效率以及混合均匀性；并进行了台架试验验证，得到了理想的效果。本发明的新型防尿素结晶排气管可使发动机废气11和尿素液滴通过其后得到充分混合，而且该结构的管路排气背压小，达到既使得喷射的尿素水溶液12和废气11得以充分混合，又不会产生很大压降的目的。因此，本发明在较小的压力损失前提下提高NOX的转化效率，并降低了尿素结晶沉积物的生成量和氨的泄漏。

Claims (7)

1.一种用于柴油机SCR系统的新型防尿素结晶排气管，包括排气管和法兰座，其特征在于：所述排气管依废气流通方向依次包括进气管、渐扩管、椭圆管、渐缩管和出气管；所述法兰座沿废气流通方向倾斜焊接在渐扩管和椭圆管连接处，用于安装尿素喷嘴喷入尿素液滴；所述椭圆管与进气管和排气管中心偏离，并与渐扩管和渐缩管配合，使呈一定角度喷入的尿素液滴和废气产生扰流并充分混合。
2.根据权利要求1所述的一种用于柴油机SCR系统的新型防尿素结晶排气管，其特征在于：所述进气管与出气管同轴、管径相同。
3.根据权利要求1所述的一种用于柴油机SCR系统的新型防尿素结晶排气管，其特征在于：所述椭圆管长轴中心面与进气管对应中心面重合，短轴中心面与进气管对应中心面偏移，偏移距离10-20mm。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于柴油机SCR系统的新型防尿素结晶排气管，其特征在于：所述进气管与椭圆管通过渐扩管首尾相接。
5.根据权利要求1或3所述的一种用于柴油机SCR系统的新型防尿素结晶排气管，其特征在于：所述椭圆管与出气管通过渐缩管首尾相接。
6.根据权利要求1或2所述的一种用于柴油机SCR系统的新型防尿素结晶排气管，其特征在于：所述渐缩管的长度为进气管管径的1.5-2倍。
7.根据权利要求1所述的一种用于柴油机SCR系统的新型防尿素结晶排气管，其特征在于：所述法兰座以30°角焊接在渐扩管和椭圆管连接处。
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