CN109653843A - 一种柴油内燃机后处理系统用scr尿素混合器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柴油内燃机后处理系统用SCR尿素混合器。包括筒形壳体、尿素水溶液喷嘴安装座、安装在筒形壳体内部前端的混合器组件，混合器组件的后部有扰流板；混合器组件由进气端面板、进气腔、进气口，混合腔、出气端面板、出气口等构成。混合腔与进气端面板上的进气口和出气端面板的排气口相连，柴油机排出的尾气热气流从进气端面板上的进气腔经进气口进入混合腔，与尿素喷嘴喷入的尿素水溶液进行高速旋转参混，然后从混合器出气端面板的排气口高速喷射进入混合器后部的膨胀混合腔，进行充分的混合与热解，之后穿过扰流板进入SCR催化器对选择性催化还原化学反应，消除柴油机热尾气中的氮氧化物，达到与满足国VI排放标准的要求。

Description

一种柴油内燃机后处理系统用SCR尿素混合器
技术领域
本发明属于环境治理技术领域，尤其属于尾气净化设备设计制造技术领域，涉及柴油内燃机尾气后处理技术，特别涉及一种柴油内燃机后处理系统SCR尿素混合器。
背景技术
目前柴油内燃机排气后处理系统使用的降低尾气排放技术有以下两个技术途径与路线：1)通过优化柴油发动机缸内的燃烧系统，实现发动机的缸内微粒净化和发动机后处理系统的催化还原氮氧化物，即SCR选择性催化还原技术，2)采用柴油发动机的缸内净化氮氧化物的EGR(发动机废气再循环)和发动机后处理系统的微粒捕捉器DPF过滤微粒技术。为满足柴油内燃机车辆与工程机械设备实施国VI排放标准规定的要求，结合柴油内燃机车辆与船舶的生产运营经济性以及柴油车辆船舶尾气排放标准等方面的实际状况，为减少国内柴油车及柴油发动机氮氧化物的排放，在柴油机商用车、载重车、工程机械以及船舶的排气后处理系统中普遍采用了选择性催化还原SCR技术。SCR系统的工作过程是将尿素水溶液通过尿素喷射泵和喷嘴喷入柴油内燃机的排气管中，在排气管中与内燃机排出的热尾气进行混合，混合后的热气体进入SCR催化器；尿素水溶液在高温气体和催化器上的催化剂共同作用下加速雾化并热解分解成为氨气，氨气与柴油内燃机热尾气中的氮氧化物进行化学反应，生成氮气排出，从而降低柴油内燃机热尾气中的氮氧化物含量，达到与满足国VI排放法规标准中的要求。
SCR尿素混合器的作用是对柴油内燃机后处理系统中对尿素喷嘴喷射出的尿素水溶液进行破碎与雾化，实现其与柴油内燃机排出的热尾气进行充分均匀参混与混合的的关键装置。国内现有柴油内燃机后处理系统技术方案中的SCR混合器广泛采用内层与外层穿孔管结构，尿素喷嘴喷射出的尿素水溶液和内燃机排出的氮氧化物尾气在内管管壁上进行第一次雾化，然后在外管的外穿孔作用下，进行第二次雾化，然后进入进气腔；混合器工作过程中都存在尿素水溶液与柴油内燃机排出的热尾气混合不均，在混合器的内部和SCR催化器端面都有大量尿素结晶，造成SCR催化器堵塞等问题。
发明内容
本发明根据现有技术的不足公开了一种柴油内燃机后处理系统用SCR 尿素混合器。本发明要解决的问题是提供一种能够满足国内柴油内燃机国 VI排放法规的要求，混合器尿素水溶液能够更充分雾化与混合、尿素不出现结晶，尾气净化更好的柴油内燃机后处理系统用SCR尿素混合器，
本发明通过以下技术方案实现：
柴油内燃机尾气后处理系统用SCR尿素混合器，包括圆柱形壳体和设于壳体的尿素喷嘴座，其特征在于：所述壳体前端和后端均有平面面板与壳体密封连接构成圆柱形空腔，圆柱形空腔由前端至后端依次为混合腔、膨胀混合腔、SCR催化器；
所述混合腔包括：壳体前端的进气端面板，与进气端面板构成混合腔的出气端面板，尿素喷嘴座设置于构成混合腔的壳体壁上，进气端面板开口并与沿混合腔周向设置的进气口联接，进气口设置于尿素喷嘴座周向前端，混合腔内沿周向设置螺旋结构具有收敛流动特征的引流板，出气端面板开出气口联通膨胀混合腔；
所述膨胀混合腔包括：出气端面板与SCR催化器前端面构成的空腔，空腔轴向中部沿径向设置有可改变气体流动状态的扰流板；
所述SCR催化器外周壁与壳体内壁密封固定并设置于膨胀混合腔后。
本发明所述进气端面板开口位于进气端面板边缘，开口与沿壳体轴向布置的壁板构成进气腔，轴向布置的壁板前端与进气端面板密封连接、后端与出气端面板密封连接，壁板沿混合腔周向开口设置进气口。
所述引流板的螺旋结构一端布置于尿素喷嘴座周向后端，螺旋收敛后端布置于出气端面板开出气口。
所述引流板螺旋收敛后端布置于出气端面板出气口至少在轴向包绕出气口周向三分之二。
进一步所述出气端面板开出气口位于出气端面板靠近边缘位置，出气口位于膨胀混合腔一侧设置轴向档流板和径向档流板。
所述扰流板表面设置贯穿、均匀的扰流叶片。
所述进气端面板上有一个或若干个辅助进气孔，辅助进气孔表面积不大于进气端面板进气口面积的十分之一。
本发明提供了一种柴油内燃机后处理系统用SCR尿素混合器，包括筒形钢壳体、设置于外壳体外壁表面的尿素喷嘴安装座、在筒形壳体内部前端的混合器组件，混合器组件的后部有扰流板；混合器组件由进气端面板、进气腔、进气口，混合腔、出气端面板、出气口等构成。柴油机排出的尾气热气流从进气端面板上的进气腔经进气口进入混合腔，与尿素喷嘴喷入的尿素水溶液进行高速旋转参混，然后从混合器出气端面板的排气口高速喷射进入混合器中部的膨胀混合腔，进行充分的混合与热解，之后穿过扰流板进入SCR催化器对选择性催化还原化学反应，消除柴油机热尾气中的氮氧化物，达到与满足国VI排放标准的要求。
本发明提供了一种柴油内燃机尾气后处理系统用SCR尿素混合器，该混合器特有的结构构造能够充分利用柴油内燃机的排气热尾气气流对喷射进入的尿素水溶液液滴进行传送、破碎、雾化，实现了尿素水溶液的充分雾化与水解，与柴油内燃机排出的热尾气进行充分均匀的混合，有效地解决了尿素沉积与结晶的问题；该混合器的气流均匀性和氨气均匀性很好地满足了柴油内燃机的国VI排放法规提出的排放要求；经过发动机台架测试和发动机装车路试考核，配置该SCR混合器的柴油内燃机后处理系统排出的废气排放满足国VI排放标准。
附图说明
图1是本发明实施例的SCR混合器结构外观轴测示意图；
图2是图1中的SCR混合器结构的轴向剖面示意图；
图3是图2中的SCR混合器去除筒形壳体之后的结构示意图；
图4是图3中的SCR混合器组件和混合腔的结构构成示意图；
图5是图4中的SCR混合器混合腔的结构横截面示意图，即尿素喷嘴安装座中心处横截面示意图；
图6是图5中的SCR混合器中混合腔内部的气流流向示意图。
附图中各部分的标记如下：
1是壳体，2是尿素喷嘴座，3是进气端面板，4是进气腔，5是进气口，6是混合腔，7是扰流板，8是SCR催化器，9是出气端面板，10是出气口，11是引流板，12是膨胀混合腔，13是轴向档流板，14是径向档流板，15是扰流叶片，16是壁板。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进一步说明，具体实施方式是对本发明原理的进一步说明，不以任何方式限制本发明，与本发明相同或类似技术均没有超出本发明保护的范围。
结合附图。
柴油内燃机尾气后处理系统用SCR尿素混合器，包括圆柱形壳体1和设于壳体1的尿素喷嘴座2，壳体1前端和后端均有平面面板与壳体1密封连接构成圆柱形空腔，圆柱形空腔由前端至后端依次为混合腔6、膨胀混合腔12、SCR催化器8；
混合腔6包括：壳体1前端的进气端面板3，与进气端面板3构成混合腔的出气端面板9，尿素喷嘴座2设置于构成混合腔的壳体1壁上，进气端面板3开口并与沿混合腔6周向设置的进气口5联接，进气口5设置于尿素喷嘴座2周向前端，混合腔6内沿周向设置螺旋结构具有收敛流动特征的引流板11，出气端面板9开出气口10联通膨胀混合腔12；
膨胀混合腔12包括：出气端面板9与SCR催化器8前端面构成的空腔，空腔轴向中部沿径向设置有可改变气体流动状态的扰流板7；
SCR催化器8外周壁与壳体1内壁密封固定并设置于膨胀混合腔12后。
本发明进气端面板3开口位于进气端面板3边缘，开口与沿壳体轴向布置的壁板16构成进气腔4，轴向布置的壁板16前端与进气端面板3 密封连接、后端与出气端面板9密封连接，壁板16沿混合腔6周向开口设置进气口5。
引流板11的螺旋结构一端布置于尿素喷嘴座2周向后端，螺旋收敛后端布置于出气端面板8开出气口10。
引流板11螺旋收敛后端布置于出气端面板出气口10至少在轴向包绕出气口周向三分之二。
出气端面板出气口10位于出气端面板9靠近边缘位置，出气口10位于膨胀混合腔12一侧设置轴向档流板13和径向档流板14。
扰流板7表面设置贯穿均匀的扰流叶片15。
进气端面板上有一个或若干个辅助进气孔，辅助进气孔表面积不大于进气端面板进气口面积的十分之一。根据混合器装置实际应用场合的需要，辅助进气孔用于降低混合器的压力损失；
图1是本发明实施例的SCR混合器结构外观轴测图，SCR混合器包括筒形壳体1、设置于壳体1外壁表面的尿素喷嘴座2、混合器进气端面板3、进气腔4、进气口5；来自柴油内燃机排出的热尾气，到达进气端面板3上的进气腔4之后通过进气口5进入混合器本体内部混合腔6。
图2是图1中的SCR混合器结构的轴向剖面示意图，混合器包括筒形壳体1、尿素喷嘴座2、扰流板7、SCR催化器8；设置在筒形壳体1内部前端的混合器混合腔6组件由进气端面板3、进气腔4、进气口5，出气端面板9等构成。混合腔6与进气端面板3上的进气口5以及出气端面板9的排气口10相连，混合腔6的形成构成见以下图3所示。
图3是图2中的SCR混合器去除筒形钢壳体之后的结构图，混合器的内筒形壳体1的内部结构，包括混合器进气端面板3、进气腔4、进气口5、出气端面板9、出气口10、混合腔6。混合室6是一个由圆柱形筒形壳体1、进气腔4、进气口5、进气端面板3、出气端面板9、引流板11等构件构成，引流板11内侧壁面形成的具有收敛性流动特征的流道腔室，与混合器进气端面板3上的进气口5和出气端面板9的排气口10相连。柴油内燃机排出的热尾气气流从进气端面板3上的进气腔4通过进气口5进入混合腔6内部，在混合腔6内高速旋转与尿素喷嘴喷入的尿素水溶液进行参混，然后从混合器出气端面板9的排气口10高速喷射进入混合器后部的膨胀混合腔 12，进行充分的混合与热解，最后穿过扰流板7上的扰流叶片15进入SCR催化器8，对柴油机排放热尾气中的氮氧化物作选择性催化还原化学反应，消除热尾气中的氮氧化物，达到与满足国VI排放标准的要求。如图所示，为了增强混合效果，在排气口10膨胀混合腔12侧设置轴向档流板13和径向档流板14。
图4是图3中的SCR混合器组件和混合腔6的结构构成图；混合器组件包括混合器进气端面板3、进气腔4、进气口5、出气端面板9、出气口10、壁板16。混合腔6是一个由筒形钢壳体1、进气腔4、进气口5、进气端面板3、出气端面板9、引流板11等构件内侧壁面形成的具有收敛性流动特征的流道腔室，见图5所示，混合腔6与混合器进气端面板3上的进气口5和出气端面板9的排气口10相连。柴油内燃机排出的热尾气从进气端面板3上的进气腔4通过进气口5进入混合腔6内部，在混合腔6内高速旋转与尿素喷嘴喷入的尿素水溶液进行参混，然后从混合器出气端面板9 的排气口10高速喷射进入混合器后部的膨胀混合腔12，进行充分的混合与热解，然后穿过扰流板7进入SCR催化器8内进行选择性催化还原化学反应，消除热尾气中的氮氧化物，达到与满足国VI排放标准的要求。
图5是图1中的SCR混合器混合腔6的结构横截面图，图示为尿素喷嘴安装座中心处横截面；混合腔6是一个在径向上由圆柱形筒形壳体1、进气腔4、进气口5、进气端面板3、出气口10等构件内侧壁面，轴向上由进气端面板3、出气端面板9的内侧壁面形成的，并具有收敛性流动特征的流道腔室。柴油内燃机排出的热尾气从进气端面板上的进气腔4经进气口5进入混合腔6内部之后，沿着壳体1的内壁面进行高速旋转流动，与尿素喷嘴喷入的尿素水溶液参混，然后从混合器出气端面板的排气口10高速喷出，进入混合器后部的膨胀混合腔12，进行充分的混合与热解。
图6是图5中的SCR混合器中混合腔6内部的气流流向示意图。柴油机排出的热尾气从进气腔4经过进气口5进入混合器混合腔6之后，沿着壳体1的内壁面进行高速旋转流动，与尿素喷嘴座2喷入的尿素水溶液参混，在收敛性流动特征的混合腔6内高速旋转流动之后，由混合器出气端面板9上的排气口10高速喷射进入混合器后部的膨胀混合腔12，进行充分的热解和均匀的混合，然后穿过扰流板7进入SCR催化器8进行选择性催化还原化学反应，消除柴油机热尾气中的氮氧化物，达到与满足国VI排放标准的要求。
本实施例中的SCR混合器进气端面板3上进气腔4的横截面可以采用任何几何形状，轴向布置的进气口5可以根据混合器装置实际应用场合的需要，在进气端面板上3上增加一个或若干个小孔，以辅助进气，降低SCR 混合器的压力损失。

Claims (7)

1.一种柴油内燃机尾气后处理系统用SCR尿素混合器，包括圆柱形壳体和设于壳体的尿素喷嘴座，其特征在于：所述壳体前端和后端均有平面面板与壳体密封连接构成圆柱形空腔，圆柱形空腔由前端至后端依次为混合腔、膨胀混合腔、SCR催化器；
所述混合腔包括：壳体前端的进气端面板，与进气端面板构成混合腔的出气端面板，尿素喷嘴座设置于构成混合腔的壳体壁上，进气端面板开口并与沿混合腔周向设置的进气口联接，进气口设置于尿素喷嘴座周向前端，混合腔内沿周向设置螺旋结构具有收敛流动特征的引流板，出气端面板开出气口联通膨胀混合腔；
所述膨胀混合腔包括：出气端面板与SCR催化器前端面构成的空腔，空腔轴向中部沿径向设置有可改变气体流动状态的扰流板；
所述SCR催化器外周壁与壳体内壁密封固定并设置于膨胀混合腔后。
2.根据权利要求1所述的柴油内燃机尾气后处理系统用SCR尿素混合器，其特征在于：所述进气端面板开口位于进气端面板边缘，开口与沿壳体轴向布置的壁板构成进气腔，轴向布置的壁板前端与进气端面板密封连接、后端与出气端面板密封连接，壁板沿混合腔周向开口设置进气口。
3.根据权利要求1所述的柴油内燃机尾气后处理系统用SCR尿素混合器，其特征在于：所述引流板的螺旋结构一端布置于尿素喷嘴座周向后端，螺旋收敛后端布置于出气端面板开出气口。
4.根据权利要求3所述的柴油内燃机尾气后处理系统用SCR尿素混合器，其特征在于：所述引流板螺旋收敛后端布置于出气端面板出气口至少在轴向包绕出气口周向三分之二。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的柴油内燃机尾气后处理系统用SCR尿素混合器，其特征在于：所述出气端面板开出气口位于出气端面板靠近边缘位置，出气口位于膨胀混合腔一侧设置轴向档流板和径向档流板。
6.根据权利要求5所述的柴油内燃机尾气后处理系统用SCR尿素混合器，其特征在于：所述扰流板表面设置贯穿均匀的扰流叶片。
7.根据权利要求5所述的柴油内燃机尾气后处理系统用SCR尿素混合器，其特征在于：所述进气端面板上有一个或若干个辅助进气孔，辅助进气孔表面积不大于进气端面板进气口面积的十分之一。
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