CN108180060A - 混合装置以及柴油机后处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了混合装置以及柴油机后处理装置。该混合装置包括中空的壳体，还包括在所述壳体的轴向沿物料流动方向依次连接的阻流板、消声筒和导流板，所述阻流板和所述导流板的四周与所述壳体的内壁连接，所述阻流板和所述导流板上设有与所述消声筒尺寸匹配的安装孔，从而形成位于所述消声筒内的内腔和由所述阻流板、消声筒、导流板和壳体形成的外腔；所述消声筒上设有使所述内腔和外腔导通的消声孔；所述导流板上设有至少两种孔径不同的导流孔；在所述消声筒内设有混合器。该柴油机后处理装置包括依次连接的尾气进气管、DOC催化剂载体、尿素喷嘴、混合装置、SCR催化剂载体和尾气排气管。

Description

混合装置以及柴油机后处理装置
技术领域
本发明涉及混合技术领域，具体而言，涉及混合装置以及柴油机后处理装置。
背景技术
SCR催化还原技术是降低柴油机NOx排放的关键技术，尤其是在满足国Ⅴ及以上排放法规中，SCR催化还原技术成为必不可少的技术路线之一。而目前大部分DOC+SCR直筒型的尿素混合器受到空间位置的限制，造成忽视混合器的设计，或者设计简单粗糙，造成尿素和氨气的混合均匀性较差。
现有的部分SCR尿素混合器虽然能起到较好的尿素混合作用，但是由于设计结构的不合理，造成混合器产生的压力损失较大，发动机的动力性能受到一定的影响，并且尿素结晶风险较大，安装拆卸不方便。
发明内容
本发明的主要目的在于提供混合装置以及柴油机后处理装置，以解决现有技术中混合装置存在的混合效果差、噪声大、压力损失大和结构复杂等问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种混合装置，包括中空的壳体，还包括在所述壳体的轴向沿物料流动方向依次连接的阻流板、消声筒和导流板，所述阻流板和所述导流板的四周与所述壳体的内壁连接，所述阻流板和所述导流板上设有与所述消声筒尺寸匹配的安装孔，从而形成位于所述消声筒内的内腔和由所述阻流板、消声筒、导流板和壳体形成的外腔；所述消声筒上设有使所述内腔和外腔导通的消声孔；所述导流板上设有至少两种孔径不同的导流孔；在所述消声筒内设有混合器。
首先，气体流入消声筒内腔，然后，流入消声筒内腔的气体经过混合器后又经过消声孔流入外腔，最后从导流孔流出。本发明的混合装置的结构简单，采用简单的连接装置即可实现拆装，安装拆卸方便；所得混合物的混合均匀性好，气流流通性能好，压力损失小，可以有效减小物料的结晶，非常适合于含有易结晶组分物料的混合；消声筒具有一定消声作用，可以一定程度上降低中低频噪音，因此使制造成本更低，结构更紧凑。导流板上设有多孔孔径的导流孔，可以根据消声筒外腔物料流速的不同而产生整流效果。应用范围广泛，可适用于气-气混合、气-液混合相关领域，尤其适用于柴油机后处理采用SCR技术路线的尿素溶液与尾气的混合，尿素及其反应生成物混合均匀性好，气流流通性能好，压力损失小。
进一步地，所述消声孔包括第一消声孔和第二消声孔，所述消声筒包括依次分布的设有所述第一消声孔的第一消声段、设有所述混合器的第二消声段以及设有所述第二消声孔的第三消声段；所述第三消声段的长度大于所述第一消声段的长度。由此，使得混合器位于消声筒靠前的位置，可以有效促进待混合物的雾化分散，避免喷嘴雾化不好积聚而结晶，非常适合于含有易结晶组分物料的混合。
进一步地，所述混合器包括与所述消声筒同轴的转轴以及与所述转轴连接的扭曲叶片，所述混合器的外径与所述消声筒的内径匹配。扭曲叶片的设计可以使经过混合器的部分气体流出后形成旋流，从而使得混合更加均匀，提高了混合效果。优选采用中空结构的转轴，可以进一步提升消声效果。
进一步地，所述扭曲叶片为6-12片；所述扭曲叶片的扭曲角度为90-120°。由此，形成旋流的程度高，且产生的压降小。
进一步地，所述阻流板上靠近所述消声筒处设有保温孔。当含有易结晶组分物料一起经过消声孔进入外腔且消声筒靠近外腔的一侧壁面温度相对较低时，使得易结晶组分在低温下容易结晶，从而附着在消声孔和壁面。由于所述阻流板上设有保温孔，使得部分温度较高的物料直接进入外腔，可保证消声筒外腔内的温度维持在合理的范围，不仅可以防止消声筒前段的消声孔流过的气流较少，造成部分易结晶组分在消声筒外层积聚而结晶而且可以促进易结晶组分的分解和流动，防止易结晶组分附着积聚而结晶。当保温孔靠近消声筒时，效果最佳。
进一步地，所述导流孔包括外围的第一导流孔和内侧的第二导流孔，所述第二导流孔的直径为所述第一导流孔直径的1.2-2倍。由于混合器产生的旋流作用，使得消声筒外腔内远离导流板中心的混合物料流速相对较高，因此，使外围的第一导流孔的尺寸相对较小，可以产生一定的阻力，使得从第一导流孔和第二导流孔流出的混合物料的流速更为接近。经验证，当所述第二导流孔的直径为所述第一导流孔直径的1.2-2倍时，不仅可以减少导流孔的种类，而且可以取得较好的整流效果。
进一步地，还包括距离所述消声筒尾部一定距离的均流板，所述均流板的四周与所述壳体的内壁连接，所述均流板上设有至少两种孔径不同的均流孔。设置均流板可以起到有效的整流作用，使排气不仅有较好的混合均匀性，也有较好的速度均匀性。在所述均流板上设置多种孔径不同的均流孔可以提升整流作用。
进一步地，所述均流板为一个，所述均流孔包括外围的第一均流孔和内侧的第二均流孔，所述第二均流孔的直径为所述第一均流孔直径的1.2-2倍。此时，采用最少的均流板即可达到较好的整流效果，结构最为紧凑。由于混合气体从导流孔和混合器流出后带有旋流混合效果，造成远离中心的位置流速相对稍高，因此，使外围的第一均流孔的尺寸相对较小，可以产生一定的阻力，使得从第一均流孔和第二均流孔流出的混合物料的流速更为接近。经验证，当所述第二均流孔的直径为所述第一均流孔直径的1.2-2倍时，不仅可以减少均流孔的种类，减少均流板的个数，而且可以取得较好的整流效果。
进一步地，所述消声筒的尾部设有第三消声孔。当混合气体全部从消声孔流出外腔再流出混合器时，由于消声筒的尾部背面由于不流通而会形成较大的漩涡，易结晶组分打在消声筒的尾部壁面后温度的急剧降低使其在壁面上结晶。由此，所述的消声筒的尾部没有完全封闭，而是设有第三消声孔，此时，部分易结晶组分会直接经过消声筒出口端开设的小孔流出，并且背面形成的漩涡会变成很多较小的漩涡，进而促进物料的混合。同时，该设计还可以改善气体的流通性，有效降低混合装置引起的压降。通过改变消声孔的数量和大小，即可改变物料通过第一消声孔、第二消声孔和第三消声孔的比例。
为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，还提供了一种柴油机后处理装置，包括依次连接的尾气进气管、DOC催化剂载体、尿素喷嘴、SCR催化剂载体和尾气排气管，在所述尿素喷嘴和所述SCR催化剂载体之间设有上述混合装置。
本发明的混合装置可以直接用卡箍连接在DOC催化剂载体和SCR催化剂载体之间，DOC和SCR之间没有收缩管的设计使得混合器引起的压降较小。结构简单，安装拆卸方便；尿素及其反应生成物混合均匀性好，气流流通性能好，压力损失小；经验证，本发明通过CFD软件对其流场进行仿真分析得知，可使NH3的质量浓度均匀性在SCR入口截面达到92％以上，速度均匀性达到95％以上。
可见，本发明的混合装置的结构简单，采用简单的连接装置即可实现拆装，安装拆卸方便；所得混合物的混合均匀性好，气流流通性能好，压力损失小，可以有效减小物料的结晶，非常适合于含有易结晶组分物料的混合；当应用于柴油机后处理采用SCR技术路线的尿素溶液与尾气的混合时，尿素及其反应生成物混合均匀性好，气流流通性能好，压力损失小。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来辅助对本发明的理解，附图中所提供的内容及其在本发明中有关的说明可用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为实施例1的柴油机后处理装置的结构示意图。
图2为实施例1的混合装置的侧视图。
图3为实施例1的混合装置的一种立体图。
图4为实施例1的混合装置的另一种立体图。
图5为实施例1的混合器的结构示意图。
图6为实施例1的均流板的正视图。
上述附图中的有关标记为：
1：尾气进气管；
2：DOC催化剂载体；
3：尿素喷嘴；
4：SCR催化剂载体；
5：尾气排气管；
6：壳体；
61：内腔；
62：外腔；
7：阻流板；
71：保温孔；
8：消声筒；
81：第一消声孔；
82：第二消声孔；
83：第三消声孔；
801：第一消声段；
802：第二消声段；
803：第三消声段；
9：导流板；
91：第一导流孔；
92：第二导流孔；
10：混合器；
101：转轴；
102：扭曲叶片；
11：均流板；
111：第一均流孔；
112：第二均流孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：
本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。
此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一分部的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
关于本发明中术语和单位。本发明的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。术语“DOC”是指柴油机氧化催化剂；术语“SCR”是指选择性催化还原。
实施例1
如图1所示的柴油机后处理装置，包括依次连接的尾气进气管1、DOC催化剂载体2、尿素喷嘴3、混合装置、SCR催化剂载体4和尾气排气管5，此时，混合装置中的带混合物料中含有尿素这种易结晶的组分。
如图1-6所示，所述混合装置包括中空的壳体6，在所述壳体6的轴向沿物料流动方向依次连接的阻流板7、消声筒8和导流板9，所述阻流板7和所述导流板9的四周与所述壳体6的内壁连接，所述阻流板7和所述导流板9上设有与所述消声筒8尺寸匹配的安装孔，从而形成位于所述消声筒8内的内腔61和由所述阻流板7、消声筒8、导流板9和壳体6形成的外腔62；
所述消声筒8上设有使所述内腔61和外腔62导通的消声孔；所述消声孔包括两圈第一消声孔81和三圈第二消声孔82，所述消声筒8包括依次分布的设有所述第一消声孔81的第一消声段801、设有所述混合器10的第二消声段802以及设有所述第二消声孔82的第三消声段803；所述第三消声段803的长度大于所述第一消声段801的长度。所述消声筒8的尾部设有四个对称分布的第三消声孔83。
所述导流板9上设有两种孔径不同的导流孔；所述导流孔包括外围的第一导流孔91和内侧的第二导流孔92，所述第二导流孔92的直径为所述第一导流孔91直径的1.5倍。
在所述消声筒8内设有混合器10。所述混合器10包括与所述消声筒8同轴的中空转轴101以及与所述转轴101连接的扭曲叶片102，所述混合器10的外径与所述消声筒8的内径匹配。
所述扭曲叶片102为八片；所述扭曲叶片102的扭曲角度为105°。
所述阻流板7上靠近所述消声筒8处设有保温孔71。
还包括距离所述消声筒8尾部一定距离的均流板11，所述均流板11的四周与所述壳体6的内壁连接，所述均流板11上设有两种孔径不同的均流孔。所述均流板11为一个，所述均流孔包括外围的第一均流孔111和内侧的第二均流孔112，所述第二均流孔112的直径为所述第一均流孔111直径的1.5倍。
经验证，本实施例的柴油机后处理装置通过CFD软件对其流场进行仿真分析得知，NH3的质量浓度均匀性在SCR入口截面为95％，速度均匀性为98％。
实施例2
与实施例1相比，本实施例的混合装置具有的区别是：所述阻流板7上没有设置保温孔71。经验证，在相同的试验条件下，实施例1的混合装置可以获得混合效果更好、尿素结晶体更少的混合物。
实施例3
与实施例1相比，本实施例的混合装置具有的区别是：所述导流板9仅设有一种孔径的导流孔。经验证，在相同的试验条件下，无论仅设置第一导流孔91，还是仅设置第二导流孔92，实施例1的混合装置均能获得混合效果更好、尿素结晶体更少的混合物。
实施例4
与实施例1相比，本实施例的混合装置具有的区别是：所述消声筒8的尾部为封闭的结构，即未设置第三消声孔83。经验证，在相同的试验条件下，实施例1的混合装置可以获得混合效果更好、尿素结晶体更少的混合物。
实施例5
与实施例1相比，本实施例的混合装置具有的区别是：所述均流板11仅设有一种孔径的均流孔。经验证，在相同的试验条件下，无论仅设置第一均流孔111，还是仅设置第二均流孔112，实施例1的混合装置的均流板能获得更好的整流效果。
以上对本发明的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。基于本发明的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.混合装置，包括中空的壳体(6)，其特征在于：
还包括在所述壳体(6)的轴向沿物料流动方向依次连接的阻流板(7)、消声筒(8)和导流板(9)，所述阻流板(7)和所述导流板(9)的四周与所述壳体(6)的内壁连接，所述阻流板(7)和所述导流板(9)上设有与所述消声筒(8)尺寸匹配的安装孔，从而形成位于所述消声筒(8)内的内腔(61)和由所述阻流板(7)、消声筒(8)、导流板(9)和壳体(6)形成的外腔(62)；
所述消声筒(8)上设有使所述内腔(61)和外腔(62)导通的消声孔；所述导流板(9)上设有至少两种孔径不同的导流孔；
在所述消声筒(8)内设有混合器(10)。
2.如权利要求1所述的混合装置，其特征在于：所述消声孔包括第一消声孔(81)和第二消声孔(82)，所述消声筒(8)包括依次分布的设有所述第一消声孔(81)的第一消声段(801)、设有所述混合器(10)的第二消声段(802)以及设有所述第二消声孔(82)的第三消声段(803)；所述第三消声段(803)的长度大于所述第一消声段(801)的长度。
3.如权利要求1或2所述的混合装置，其特征在于：所述混合器(10)包括与所述消声筒(8)同轴的转轴(101)以及与所述转轴(101)连接的扭曲叶片(102)，所述混合器(10)的外径与所述消声筒(8)的内径匹配。
4.如权利要求3所述的混合装置，其特征在于：所述扭曲叶片(102)为6-12片；所述扭曲叶片(102)的扭曲角度为90-120°。
5.如权利要求1所述的混合装置，其特征在于：所述阻流板(7)上靠近所述消声筒(8)处设有保温孔(71)。
6.如权利要求1所述的混合装置，其特征在于：所述导流孔包括外围的第一导流孔(91)和内侧的第二导流孔(92)，所述第二导流孔(92)的直径为所述第一导流孔(91)直径的1.2-2倍。
7.如权利要求1所述的混合装置，其特征在于：还包括距离所述消声筒(8)尾部一定距离的均流板(11)，所述均流板(11)的四周与所述壳体(6)的内壁连接，所述均流板(11)上设有至少两种孔径不同的均流孔。
8.如权利要求7所述的混合装置，其特征在于：所述均流板(11)为一个，所述均流孔包括外围的第一均流孔(111)和内侧的第二均流孔(112)，所述第二均流孔(112)的直径为所述第一均流孔(111)直径的1.2-2倍。
9.如权利要求1所述的混合装置，其特征在于：所述消声筒(8)的尾部设有第三消声孔(83)。
10.柴油机后处理装置，包括依次连接的尾气进气管(1)、DOC催化剂载体(2)、尿素喷嘴(3)、SCR催化剂载体(4)和尾气排气管(5)，其特征在于：在所述尿素喷嘴(3)和所述SCR催化剂载体(4)之间设有权利要求1-9之一所述的混合装置。
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