CN110700922A - 船用scr系统混合管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种船用SCR系统混合管，包括管体、加速器、尿素喷嘴、气流旋转混合器以及扰流混合器；加速器包括圆锥台形渐缩管和多个引流翅片，多个引流翅片间隔固定在圆锥台形渐缩管内壁上；尿素喷嘴包括底座、喷嘴和喷盖，底座上设有尿素溶液喷入孔和压缩空气喷入孔，喷嘴中部设有与压缩空气喷入孔连通的压缩空气喷出孔，喷盖内孔与喷嘴外圆间形成与尿素溶液喷入孔连通的尿素溶液喷出孔；气流旋转混合器包括多个导向翅片，多个导向翅片倾斜间隔固定在管体内壁上；扰流混合器包括两个椭圆形舢板，每个椭圆形舢板上设有多排带有折弯翅片的方孔。本发明结混合效率高，在达到同样扩散率的前提下，混合管长度在原有基础上可缩短15%～20%。

Description

船用SCR系统混合管
技术领域
本发明涉及一种船用SCR系统中高效的烟气与尿素溶液混合反应管道，尤其是一种混合效率高的船用SCR系统混合管，属于内燃机及海洋设备技术领域。
背景技术
随着环保法规向海洋覆盖，船舶主机和发电机的排放法规越来越严，要求排放达到Tier-Ⅲ法规的排放控制区域越来越多，其中废气中的NOx含量要求越来越低，其排放量仅为原有排放量的1/4。现有柴油机本身已经不满足排放法规的要求，必须在柴油机排气系统上增加一套SCR系统，来主动降低排气中的NOx含量。SCR系统是靠尿素在一定温度下分解成氨气，氨气再和烟气中的NOx在钒钛催化剂的作用下反应成氮气和水，从而降低排气中的NOx含量，所以尿素与烟气充分混合并分解成氨气是决定后续反应的基础。
为充分混合，在陆用SCR系统中，往往采用加长烟气与尿素的混合管长度来实现，但在船舶应用中，由于空间的限制，无法像陆地上一样使用较长混合管。目前船舶上使用的混合管根据不同主机功率，其管径和长度有所区别，以1MW左右发电机组来说，所配混合管都在3米以上，混合管长度长，混合效率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、长度短、混合效率高的船用SCR系统混合管。
本发明通过以下技术方案予以实现：
一种船用SCR系统混合管，包括管体、设置在管体内一端的加速器、尿素喷嘴、位于管体内中部的气流旋转混合器以及位于管体内另一端的扰流混合器；所述加速器固定在管体内一端中心，加速器包括小端朝内的圆锥台形渐缩管和多个引流翅片，多个引流翅片间隔固定在圆锥台形渐缩管内壁上，多个引流翅片径向内侧间形成多个螺旋形气道；尿素喷嘴位于管体内中心，尿素喷嘴包括底座、喷嘴和喷盖，底座上并排设有尿素溶液喷入孔和压缩空气喷入孔，尿素溶液喷入孔与尿素泵连接，压缩空气喷入孔与压缩空气泵连接，喷嘴水平固定在压缩空气喷入孔底部，喷嘴中部沿轴向设有与压缩空气喷入孔连通的压缩空气喷出孔，喷嘴外端中部延伸出环形螺旋翅片，喷盖盖在喷嘴外端，旋合在底座一侧上，喷盖内孔与喷嘴外圆间形成与尿素溶液喷入孔连通的尿素溶液喷出孔；气流旋转混合器包括多个导向翅片，多个导向翅片倾斜间隔固定在管体内壁上，形成多个斜置的导向气道；扰流混合器包括两个椭圆形舢板，两个椭圆形舢板相对斜置固定在管体另一端内，每个椭圆形舢板上设有多排带有折弯翅片的方孔。
本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。
前述的船用SCR系统混合管，其中所述的引流翅片包括径向外侧的直形部和径向内侧的弧形部。
前述的船用SCR系统混合管，其中所述的喷嘴外端中部环形螺旋翅片的螺旋方向与多个引流翅片径向内侧间形成的多个螺旋形气道的螺旋方向相反。
前述的船用SCR系统混合管，其中所述的椭圆形舢板长轴线与管体轴线间的夹角α为40°～50°。
前述的船用SCR系统混合管，其中每排方孔的折弯翅片折弯方向相反。
本发明结构简单，混合效率高，在达到同样扩散率的前提下，混合管长度在原有基础上可缩短15%～20%，大大节省了空间。本发明将混合管分成加速段、相变段和混合段三个区域，加速段通过加速器可实现废气在管内螺旋运动，并使相变段前部压力在径向上产生压力梯度，有利于尿素溶液的蒸发，相变段利用尿素喷嘴将定量的尿素溶液喷射到混合管内并使尿素溶液最大化的雾化，然后通过气流旋转混合器使整个混合气流湍流系数增大，最终实现尿素溶液完全蒸发热解成氨气,混合段通过两个椭圆形舢板可对流过此处的混合气进行充分的扰动混合，实现氨气与废气在扰流作用下的充分混合。采用以上措施可使本发明在最短距离内得到混合气体，缩短混合管长度。
本发明的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释，这些实施例，是参照附图仅作为例子给出的。
附图说明
图1是本发明的装配结构示意图；
图2是本发明加速器小端端面放大结构示意图；
图3是本发明尿素喷嘴的放大结构示意图；
图4是本发明扰流混合器的立体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
根据SCR反应原理，在进反应室前需要得到充分混合氨气的废气，所以混合管的作用就是将40%质量百分比的尿素溶液分解成氨气，并与废气充分混合。为在最短距离内得到混合气体，本发明将混合管分成三个区域，如图1所示，A为加速段，实现废气在管内螺旋运动,B为相变段，实现尿素溶液蒸发热解，C为混合段，实现氨气与废气在扰流作用下的充分混合。
如图1和图2所示，本发明包括管体1、设置在管体1内左端的加速器2、尿素喷嘴3、位于管体1内中部的气流旋转混合器4以及位于管体1内右端的扰流混合器5。加速器2构成加速段，加速器2固定在管体1内左端中心，加速器2包括小端朝内的圆锥台形渐缩管21和多个引流翅片22，多个引流翅片22间隔固定在圆锥台形渐缩管21内壁上，引流翅片22包括径向外侧的直形部221和径向内侧的弧形部222，多个引流翅片22的直形部221分别与圆锥台形渐缩管21内壁焊连，多个引流翅片22径向内侧的弧形部222间形成多个螺旋形气道。废气进入加速器2后压力能变成动能，气流速度增加，同时在多个引流翅片22的导向作用下沿螺旋形气道旋转，形成螺旋气流，这样废气在离开加速器2后具有了径向速度，沿管体1内壁螺旋运动，并使相变段前部压力在径向上产生压力梯度，中部压力略低，有利于尿素溶液的蒸发。
尿素喷嘴3和气流旋转混合器4之间构成相变段，其中尿素喷嘴3位于管体1内中心，设置在加速器2和气流旋转混合器4之间。如图3所示，尿素喷嘴3包括底座31、喷嘴32和喷盖33，底座31上并排设有尿素溶液喷入孔311和压缩空气喷入孔312，尿素溶液喷入孔311与尿素泵连接，压缩空气喷入孔312与压缩空气泵连接，喷嘴32水平旋合在压缩空气喷入孔312底部，喷嘴32中部沿轴向设有与压缩空气喷入孔312连通的压缩空气喷出孔321，喷嘴32外端中部延伸出环形螺旋翅片322，其螺旋方向与多个引流翅片22径向内侧的弧形部222间形成的多个螺旋形气道的螺旋方向相反，喷盖33盖在喷嘴32外端，旋合在底座31右侧上，喷盖33内孔与喷嘴32外圆间形成与尿素溶液喷入孔311连通的尿素溶液喷出孔313。
尿素喷嘴3的作用是将定量的尿素溶液喷射到混合管内并使溶液最大化的雾化，尿素溶液的喷射压力由尿素泵提供，一般为4～5bar。其中尿素溶液喷出方向与来流方向垂直，且平行于混合管轴线，与废气流向一致，便于雾化后的尿素溶液与废气充分混合，同时尿素喷嘴3由两层流道组成，采用双流喷嘴，喷嘴32的中心为压缩空气喷出孔321，为直孔，压缩空气喷出孔321外围是尿素溶液喷射区域，为环状，这种结构可在喷射尿素溶液同时辅助喷射压缩空气来强化雾化效果。喷嘴32外端中部的环形螺旋翅片322可使尿素在离开底座31时具有一定的径向速度，使尿素溶液颗粒从直线运动变成沿环状区域螺旋前进，使其运行轨迹加长，进一步增强雾化效果，另外，环形螺旋翅片322的螺旋方向与多个引流翅片22径向内侧的弧形部222间形成的多个螺旋形气道的螺旋方向相反，这使得雾化后的尿素溶液与废气之间的相对速度增大，大大提高了溶液蒸发及热解速度。
如图1所示，气流旋转混合器4包括多个导向翅片41，多个导向翅片41倾斜间隔铆接固定在管体1内壁上，形成多个斜置的导向气道42，多个斜置的导向气道42可使气流旋转，增大的气流湍流系数。如图4所示，扰流混合器5构成混合段，扰流混合器5包括两个椭圆形舢板51，两个椭圆形舢板51相对斜置固定在管体1右端内，椭圆形舢板51长轴线与管体1轴线间的夹角α为40°～50°，本实施例中α为45°，每个椭圆形舢板51上设有多排带有折弯翅片521的方孔52，每排方孔52的折弯翅片521折弯方向相反，这样可使混合气充分扰动，使废气中的NOx与氨气均匀分布。
本发明混合过程为：废气从混合管管体1左端进入，经加速器2旋转加速后从多个引流翅片22径向内侧的弧形部222间形成的多个螺旋形气道螺旋喷出，与此同时尿素溶液从尿素溶液喷入口311进入后从尿素溶液喷出孔313螺旋喷出，压缩空气从压缩空气喷入孔312进入后从压缩空气喷出孔321喷出，从而将尿素溶液雾化，雾化后的尿素溶液从尿素喷嘴3水平螺旋喷出，与废气混合后，混合气在气流旋转混合器4的导向气道42内旋转，尿素溶液完全蒸发热解成水蒸气和氨气，此时混合气为废气、水蒸气和氨气的混合体，新的混合气流经扰流混合器5时，经多排带有折弯翅片521的方孔52充分扰动混合后排出。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种船用SCR系统混合管，其特征在于：包括管体、设置在管体内一端的加速器、尿素喷嘴、位于管体内中部的气流旋转混合器以及位于管体内另一端的扰流混合器；所述加速器固定在管体内一端中心，加速器包括小端朝内的圆锥台形渐缩管和多个引流翅片，多个引流翅片间隔固定在圆锥台形渐缩管内壁上，多个引流翅片径向内侧间形成多个螺旋形气道；尿素喷嘴位于管体内中心，尿素喷嘴包括底座、喷嘴和喷盖，底座上并排设有尿素溶液喷入孔和压缩空气喷入孔，尿素溶液喷入孔与尿素泵连接，压缩空气喷入孔与压缩空气泵连接，喷嘴水平固定在压缩空气喷入孔底部，喷嘴中部沿轴向设有与压缩空气喷入孔连通的压缩空气喷出孔，喷嘴外端中部延伸出环形螺旋翅片，喷盖盖在喷嘴外端，旋合在底座一侧上，喷盖内孔与喷嘴外圆间形成与尿素溶液喷入孔连通的尿素溶液喷出孔；气流旋转混合器包括多个导向翅片，多个导向翅片倾斜间隔固定在管体内壁上，形成多个斜置的导向气道；扰流混合器包括两个椭圆形舢板，两个椭圆形舢板相对斜置固定在管体另一端内，每个椭圆形舢板上设有多排带有折弯翅片的方孔。
2.如权利要求1所述的船用SCR系统混合管，其特征在于：所述引流翅片包括径向外侧的直形部和径向内侧的弧形部。
3.如权利要求1所述的船用SCR系统混合管，其特征在于：所述喷嘴外端中部环形螺旋翅片的螺旋方向与多个引流翅片径向内侧间形成的多个螺旋形气道的螺旋方向相反。
4.如权利要求1所述的船用SCR系统混合管，其特征在于：所述椭圆形舢板长轴线与管体轴线间的夹角α为40°～50°。
5.如权利要求1所述的船用SCR系统混合管，其特征在于：每排方孔的折弯翅片折弯方向相反。
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Application publication date: 20200117

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