CN110657007B - 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。包括圆柱形壳体和尿素喷嘴，壳体内前端设置涡旋混合腔，后端设置排气混合腔；尿素喷嘴设置于涡旋混合腔壁；涡旋混合腔设置于圆柱形壳体内周向上、具有收敛流动特征的螺旋结构的气体流动混合腔体，前端面、沿壳体轴向、螺旋结构的外周边缘设置进气口，涡旋混合腔与排气混合腔连接部、沿螺旋结构心部边缘周向设置排气口，排气混合腔后端面中心设置圆孔，圆孔径向外周均匀布置有多个均流板排气孔。本发明混合器充分利用排气热尾气气流对尿素液滴进行传送、破碎、雾化，与热尾气进行充分均匀的混合，解决了尿素沉积与结晶问题，混合器的气流均匀性和氨气均匀性很好地满足了排放法规要求。

Description

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：一是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；二是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，包括圆柱形壳体和尿素喷嘴，其特征在于：所述混合器壳体内前端设置涡旋混合腔，后端设置排气混合腔，尿素喷嘴设置于涡旋混合腔壁；
所述涡旋混合腔包括：设置于圆柱形壳体内周向上、具有收敛流动特征的螺旋结构的气体流动混合腔体，在圆柱形壳体前端面、沿圆柱形壳体轴向、螺旋结构的外周边缘设置进气口，在涡旋混合腔与排气混合腔连接部、沿螺旋结构心部边缘周向设置排气口；
所述排气混合腔是：排气混合腔为圆柱形空腔结构，前端面与涡旋混合腔连接部沿周向边缘通过排气口联通，后端面中心设置半径小于混合器壳体圆柱形半径二分之一的圆孔，圆孔径向外周均匀布置有多个均流板排气孔。
进一步本发明所述涡旋混合腔具有收敛流动特征的螺旋结构的气体流动混合腔体与圆柱形壳体之间有由内衬套构成的进气端热隔离腔，内衬套构成涡旋混合腔的外壁；气体流动混合腔体中心是内芯筒构成的进气端中心密封腔，内芯筒构成涡旋混合腔的内壁。
进一步本发明所述排气混合腔与圆柱形壳体之间有由隔离环构成的排气热隔绝腔。
本发明所述尿素喷嘴设置于螺旋结构的气体流动混合腔体壁位于进气口位置，喷射方向沿气体螺旋流动方向布置。
所述进气口、排气口形状是圆形、椭圆形、矩形或梯形。
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SCR混合器结构构成的透视示意图；
图3是图1中SCR混合器进气端轴向剖面的结构示意图；
图4是图1中SCR混合器排气端轴向剖面的结构示意图；
图5是图1中SCR混合器进气端的三个腔室结构布置与热气流的流向示意图；
图6是图1中SCR混合器进气端的俯视图；
图7是图1中SCR混合器排气端排气口与排气混合腔的结构示意图；
图8是图7中SCR混合器排气端的结构示意图；
附图中的各部分标记如下：
1-筒体连接法兰，2-壳体，3-进气端盖板，4-尿素喷嘴安装座，5-温度传感器座，6-排气口端盖板，7-均流盘。
100-涡旋混合腔，100A-进气端热隔离腔,100B-进气端中心密封腔，101-进气口，102-内芯筒，103-内衬套，104-进气隔板，105-排气口，106-均流板排气孔；200-排气混合腔，201-筒形隔离环；300-排气热隔绝腔。
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2和设于壳体的尿素喷嘴座，混合器的进气端从壳体内壁向中心有三个各自独立、隔离的腔室，分别是进气端热密封隔离腔100A、涡旋混合腔100、进气端中心密封腔100B；混合器的排气端有两个彼此独立、隔离的腔室，分别是排气混合腔200和排气热隔绝腔300。
进气端热隔离腔100A是一个在混合器进气端筒体的内壁，由进气端盖板3与壳体2、进气隔板104、内衬套103、排气口端盖板6形成的一个热隔离密封腔室；向内与之相邻的是一个由进气端盖板3、内芯筒102、内衬套103、进气隔板104、排气口端盖板6构成的涡旋混合腔100，与进气口101、排气口105相连贯通；混合器进气端中心是一个由进气端盖板3、内芯筒102、进气隔板104、排气口端盖板6形成的进气端中心密封腔100B。
混合器排气端的筒体内侧是一个由混合器筒壳2、排气口端盖板6，筒形隔离环201、均流盘7形成的排气热隔绝腔300；混合器排气端的中心是一个由后端排气口端盖板6、筒形隔离环201、均流盘7构成的排气混合腔200。均流盘7端面上分布有若干个圆环状均匀分布的均流板排气孔106。
混合器进气端的进气口101与排气端的排气口105以及均流盘7端面上的过孔均流板排气孔106可以采用圆形、椭圆形、矩形、梯形等几何形状。
从柴油机排出的尾气热气流通过SCR尿素混合器前端的进气端盖板3上的进气口101进入涡旋混合腔100，与尿素喷嘴安装座4安装的尿素喷嘴喷入的尿素水溶液进行高速旋转参混，然后从混合器排气口端盖板6上的排气口105高速喷射进入混合器后部的排气混合腔200，在排气混合腔200中进一步进行气流的高速转动实现充分的混合与热解，最后穿过均流盘7端面的均流板排气孔106到达SCR催化器，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。
图1是本发明实施例的SCR混合器结构外观轴测示意图，该SCR尿素混合器包括圆柱形壳体2和设于壳体2的尿素喷嘴安装座4以及温度传感器座5；混合器前后两端有筒体连接法兰1，混合器的进气端盖板3上有进气口101。
图2是图1中SCR混合器结构构成的透视示意图，该SCR尿素混合器的结构特征在于混合器的进气端从壳体内壁向中心有三个各自独立隔离的腔室，分别是进气端热隔离密封腔100A、涡旋混合腔100、进气端中心密封腔100B。
图3是图1中SCR混合器进气端轴向剖面的结构示意图，图中进气端盖板3未显示；进气端热隔离密封腔100A是一个位于混合器进气端壳体2的内壁，由进气端盖板3(未显示)与壳体2、进气隔板104、内衬套103、出气口端盖板6形成的一个热隔离密封腔室；向内与之相邻的是一个由进气端盖板3、内芯筒102、内衬套103、进气隔板104、排气口端盖板6构成的涡旋混合腔100，与进气口101(未显示)、排气口105相连贯通。从柴油内燃机排出的尾气热气流通过图1中混合器进气端盖板3上的进气口101，进入涡旋混合腔100与尿素喷嘴安装座4安装的尿素喷嘴喷入的尿素水溶液进行高速旋转参混，然后从混合器排气口端盖板6上的排气口105高速喷射出进入混合器后部的排气混合腔200。
图4是图1中SCR混合器排气端轴向剖面的结构示意图，混合器排气端筒体的内侧是一个由混合器壳体2、排气口端盖板6，筒形隔离环201、均流盘7形成的排气热隔离腔300；混合器排气端的中心是一个由后端排气口端盖板6、筒形隔离环201、均流盘7构成的排气混合腔200。尾气热气流与的尿素喷嘴喷入的尿素水溶液在混合器进气前端的涡旋混合腔100内进行高速旋转参混之后，通过混合器排气口端盖板6上的排气口105高速喷射出，进入混合器后部的排气混合腔200，继续进行高速旋转，实现尿素的充分热解以及内燃机尾气与氨气的充分混合，最后穿过均流盘7端面上环形分布的若干均流板排气孔106，到达并进入SCR催化器，进行选择性催化还原化学反应，从而消除柴油机热尾气中的氮氧化物，达到并满足国VI排放标准的要求。
图5是图1中SCR混合器进气端的三个腔室结构布置与热气流的流向示意图，图中进气端盖板3未显示；从混合器进气端壳体2的内壁向混合器的进气端中心，分别是进气端热隔离密封腔100A；向内与之相邻的是涡旋混合腔100，进气端中心密封腔100B。柴油内燃机排出的尾气热气流通过图1中混合器进气端盖板3上的进气口101，进入涡旋混合腔100内与尿素喷嘴安装座4安装的尿素喷嘴喷入的尿素水溶液进行参混并高速旋转，然后通过图4中混合器排气口端盖板6上的排气口105高速喷射而出进入混合器后部的排气混合腔200。
图6是图1中SCR混合器进气端的俯视图；柴油内燃机排出的尾气热气流通过混合器进气端盖板3上的进气口101，进入涡旋混合腔100内与尿素喷嘴安装座4上安装的尿素喷嘴喷入的尿素水溶液进行参混并高速旋转，然后通过图4中混合器排气口端盖板6上的排气口105高速喷射而出。
图7是图1中SCR混合器排气端排气口与排气混合腔的结构示意图，图中均流盘7未显示；混合器排气端筒体的内侧是一个由混合器壳体2、排气口端盖板6，筒形隔离环201、均流盘7(未显示)形成的排气热隔离腔300；在混合器排气端的中心是一个由后端排气口端盖板6、筒形隔离环201、均流盘7(未显示)构成的排气混合腔200。柴油内燃机热尾气在涡旋混合腔100内与尿素水溶液参混后高速旋转，通过图6中混合器排气口端盖板6上的排气口105高速喷射进入出进入混合器后部的排气混合腔200，在排气混合腔200内继续进行高速旋转，实现尿素的完全热解以及内燃机尾气与氨气的充分混合。
图8是图7中SCR混合器排气端的结构示意图，混合器排气口端盖板6上有一个沿着径向布置的排气口105；在涡旋混合腔100内与尿素水溶液参混高速旋转的柴油内燃机热尾气，从排气口105高速喷射进入混合器后部的排气混合腔200，继续进行高速旋转，实现尿素的充分热解以及内燃机尾气与氨气的充分混合，最后穿过均流盘7端面上环形分布若干均流板排气孔106，到达并进入SCR催化器，进行选择性催化还原化学反应，从而消除柴油机热尾气中的氮氧化物，达到并满足国VI排放标准的要求。
本实施例中的SCR混合器内进气端盖板3的进气口101和排气口端盖板6的排气口105可以采用圆形、椭圆形、矩形、梯形等任何几何形状。

Claims (4)

1.一种柴油内燃机尾气后处理系统用SCR尿素混合器，包括圆柱形壳体和尿素喷嘴，其特征在于：所述混合器壳体内前端设置涡旋混合腔，后端设置排气混合腔，尿素喷嘴设置于涡旋混合腔壁；
所述涡旋混合腔包括：设置于圆柱形壳体内周向上、具有收敛流动特征的螺旋结构的气体流动混合腔体，在圆柱形壳体前端面、沿圆柱形壳体轴向、螺旋结构的外周边缘设置进气口，在涡旋混合腔与排气混合腔连接部、沿螺旋结构心部边缘周向设置排气口；所述涡旋混合腔具有收敛流动特征的螺旋结构的气体流动混合腔体与圆柱形壳体之间有由内衬套构成的进气端热隔离腔，内衬套构成涡旋混合腔的外壁；气体流动混合腔体中心是内芯筒构成的进气端中心密封腔，内芯筒构成涡旋混合腔的内壁；
所述排气混合腔是：排气混合腔为圆柱形空腔结构，前端面与涡旋混合腔连接部沿周向边缘通过排气口联通，后端面中心设置半径小于混合器壳体圆柱形半径二分之一的圆孔，圆孔径向外周均匀布置有多个均流板排气孔。
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：所述排气混合腔与圆柱形壳体之间有由隔离环构成的排气热隔绝腔。
3.根据权利要求1或2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：所述尿素喷嘴设置于螺旋结构的气体流动混合腔体壁位于进气口位置，喷射方向沿气体螺旋流动方向布置。
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：所述进气口或/和排气口形状是圆形、椭圆形、矩形或梯形。
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