CN111764987B - 一种后处理封装scr混合器系统及其处理方法 - Google Patents

一种后处理封装scr混合器系统及其处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种后处理封装SCR混合器系统及其处理方法，该系统包括依次连接的DOC单元、DPF单元、混合器单元以及SCR单元，所述DOC单元上设置有进气管，所述SCR单元上设置有出气管，所述DOC单元、DPF单元、混合器单元以及SCR单元依次连接形成U型布置；所述混合器单元包括混合器筒体，所述混合器筒体具有混合器进口和混合器出口，所述混合器筒体的侧壁上设置有尿素喷嘴口，所述混合器筒体内设置有导流机构。本发明将混合器设计与封装设计结合统一，利用空间构造，形成利于尿素溶液快速破碎、蒸发、水解、均分分布的流场，促进尿素液滴的破碎、蒸发和尿素向氨气转化，降低尿素结晶风险，实现SCR入口氨气与排气的均匀分布并降低混合器整体背压。

Description

一种后处理封装SCR混合器系统及其处理方法
技术领域
本发明属于发动机尾气净化的技术领域，具体涉及一种后处理封装SCR混合器系统及其处理方法。
背景技术
选择性催化还原技术(Selective Catalytic Reduction,SCR)是指利用氨、氨水、尿素或烃类为还原剂，在氧浓度高出NOx浓度两个数量级以上的条件下，高选择性地优先把NOx还原为N2，从而实现将尾气处理到满足欧六的排放标准。混合器单元存在柴油机后处理系中，位于SCR催化剂前，促进尿素液滴的破碎、蒸发和尿素向氨气的转化。SCR混合器单元用于提高SCR催化剂入口NH3浓度和排气速度均匀性。尿素液滴破碎蒸发不完全则会造成NOx转化率降低，形成尿素结晶堵塞内部结构。氨气分布浓度和排气速度分布不均则NOx转化效率降低，同时能够造成催化剂老化程度不均，SCR催化剂的性能受到影响。
现有技术中，中国公开号为CN108005763A的《尿素旋流混合器》的发明专利中，具体公开了一种尿素旋流混合器，包括一个筒体，所述筒体的两端均开口，一端作为进气口，另一端作为出气口；在筒体内设有一个Z形挡板，所述Z形挡板将筒体内腔分为前腔与后腔；在筒体内设有旋流件和多孔管，所述旋流件和多孔管连接于所述Z形挡板的横向部；旋流件和多孔管相连通；旋流件位于筒体的前腔，多孔管位于筒体的后腔；所述旋流件上设有旋流叶片；旋流件顶端连接喷嘴，所述喷嘴从筒体周面伸出；所述多孔管的管壁上设有多个气孔。该旋流混合器使尿素水解完全，不容易结晶，背压低，节凑紧凑。
中国公开号为CN108167050A的《筒式SCR后处理混合装置》发明专利中，具体公开了一种筒式SCR后处理混合装置，包括尿素混合腔，尿素混合腔的前后端分别连接第一快速拆装法兰和第二快速拆装法兰，在尿素混合腔的前后分别固定气流混合器和气流均匀器，在尿素混合腔中设置尿素混合器，在尿素混合腔的侧壁上设置尿素喷射底座。所述尿素喷射底座与尿素混合器呈90°设置。其具有结构简单，设计精良，氨混效率高，拆装方便，后期若在特殊条件下产生尿素的结晶，处理方便，适用于国IV及国V排放标准。
上述现有专利具有如下不足之处：(1)现有的设计都仅将混合器进行单独设计，未能实现混合器与后处理系统一体化设计；(2)现有的设计没有能够有效利后处理器的封装结构与空间，造成资源的浪费；(3)现有的混合器结构设计普遍存在结构简单时，尿素溶液破碎、蒸发不良，容易形成尿素结晶；(4)现有方案设计在混合器内部需要焊接，焊点部位容易产生尿素腐蚀，降低混合器使用寿命。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种后处理封装SCR混合器系统及其处理方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种后处理封装SCR混合器系统，包括依次连接的DOC单元、DPF单元、混合器单元以及SCR单元，所述DOC单元上设置有进气管，所述SCR单元上设置有出气管，其特殊之处在于：所述DOC单元、DPF单元、混合器单元以及SCR单元依次连接形成U型布置；
所述混合器单元包括混合器筒体，所述混合器筒体具有混合器进口和混合器出口，所述混合器筒体的侧壁上设置有尿素喷嘴口，所述混合器筒体内设置有导流机构。
上述技术方案中，所述导流机构包括依次连接的进气导流器、内部导流管以及扩流旋流器，所述进气导流器与混合器筒体的混合器进口连通，所述扩流旋流器与混合器筒体的混合器出口连通。
上述技术方案中，所述进气导流器具有导入口和导出口，所述导入口与混合器筒体的混合器进口处的内壁贴合布置用于将气流引导入进气导流器，所述导出口与内部导流管的进口连通。
上述技术方案中，所述进气导流器的导入口相对于混合器筒体的混合器进口呈倾斜布置，且所述导入口的开口形状呈矩形状，所述导出口的开口形状呈圆形状。
上述技术方案中，所述进气导流器的内壁间隔设置有若干个导流槽。
上述技术方案中，所述扩流旋流器呈扁平喇叭状，所述扩流旋流器的内腔由顶部至底部逐渐增大。
上述技术方案中，所述扩流旋流器的顶部设置有旋流入口，所述旋流入口与内部导流管的出口相连，所述扩流旋流器的底部与混合器筒体的内壁密封连接。
上述技术方案中，所述扩流旋流器远离混合器出口的一侧侧壁上设置有若干圈间隔布置的旋流出口，每个所述旋流出口上倾斜设置有旋流叶片。
本发明还提供一种利用上述后处理封装SCR混合器系统进行处理的方法，包括如下步骤：
1)气流经由进气管进入DOC单元，再经过DPF单元处理后进入混合器单元；
2)将尿素从尿素喷嘴口喷射进入混合器单元，使得气流与尿素进行第一次混合；
3)混有尿素的气流经过进气导流器的收口作用，流经内部导流管进入扩流旋流器内，在扩流旋流器的扩流作用下，使得尿素与气流进行第二次混合；
4)尿素与气流的混合组分经过扩流旋流器的旋流叶片，形成转动气流，促使尿素与气流进行第三次混合；
5)混有尿素的气流在混合器单元内部空间的作用下，从扩流旋流器的两侧流出，在其下游位置两侧气流形成碰撞，使得尿素与气流进行第四次混合；
6)经过四次混合的尿素与气流的混合组分从混合器单元流出，最后经过SCR单元处理后排出。
与现有技术相比，具有如下有益效果：
其一，本发明将混合器设计与封装设计结合统一，利用空间构造，形成利于尿素溶液快速破碎、蒸发、水解、均分分布的流场，促进尿素液滴的破碎、蒸发和尿素向氨气转化，降低尿素结晶风险，实现SCR入口氨气与排气的均匀分布并降低混合器整体背压。
其二，本发明的DOC单元、DPF单元、混合器单元以及SCR单元依次连接形成U型布置，气流顺畅，占位空间小。
其三，本发明的进气导流器的导入口相对于混合器筒体的混合器进口呈倾斜布置，且所述导入口的开口形状呈矩形状，所述导出口的开口形状呈圆形状，对气流具有收口作用，使得气流顺畅汇总聚集，促进尿素溶液与气流的混合。
其四，本发明的扩流旋流器呈扁平喇叭状，扩流旋流器的内腔由顶部至底部逐渐增大，使气流形成良好的扩散效果。
其五，本发明的扩流旋流器远离混合器出口的一侧侧壁上设置有若干圈间隔布置的旋流出口，每个所述旋流出口上倾斜设置有旋流叶片，单侧开出旋流叶片，旋流叶片结构能够促进气流的混合作用。
其六，本发明的气流绕过扩流旋流器，形成的反向流动的效果，促进混合器混合效果的达成，而且气流绕过扩流旋流器，对进气导流器、内部导流管和扩流旋流器进行加热，防止有尿素结晶的产生。
附图说明
图1为本实施例的后处理封装SCR混合器系统的结构示意图；
图2为本实施例的混合器单元的侧视结构示意图；
图3为图2所示混合器单元的右视结构示意图；
图4为图2所示混合器单元的左视结构示意图；
图5为本实施例的导流机构的结构示意图；
图6为图5所示导流机构的侧视结构示意图；
图中：1-DOC单元、1.1-进气管、2-DPF单元、3-混合器单元、3.1-混合器筒体、3.11-混合器进口、3.12-混合器出口、3.2-尿素喷嘴口、3.3-导流机构、3.31-进气导流器、3.311-导入口、3.312-导出口、3.313-导流槽、3.32-内部导流管、3.33-扩流旋流器、3.331-旋流入口、3.332-旋流出口、3.333-旋流叶片、4-SCR单元、4.1-出气管。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图1所示，本实施例的一种后处理封装SCR混合器系统，包括依次连接的DOC单元1、DPF单元2、混合器单元3以及SCR单元4，所述DOC单元1上设置有进气管1.1，所述SCR单元4上设置有出气管4.1，其特殊之处在于：所述DOC单元1、DPF单元2、混合器单元3以及SCR单元4依次连接形成U型布置。整个后处理单元外形结构为U型封装，气流顺畅，占位空间小。
如图2～图4所示，所述混合器单元3包括混合器筒体3.1，所述混合器筒体3.1具有混合器进口3.11和混合器出口3.12，所述混合器筒体3.1的侧壁上设置有尿素喷嘴口3.2，所述混合器筒体3.1内设置有导流机构3.3。
所述导流机构3.3包括依次连接的进气导流器3.31、内部导流管3.32以及扩流旋流器3.33，所述进气导流器3.31与混合器筒体3.1的混合器进口3.11连通，所述扩流旋流器3.33与混合器筒体3.1的混合器出口3.12连通。
所述进气导流器3.31具有导入口3.311和导出口3.312，所述导入口3.311与混合器筒体3.1的混合器进口3.11处的内壁贴合布置用于将气流引导入进气导流器3.31，所述导出口3.312与内部导流管3.32的进口连通。
上述技术方案中，所述进气导流器3.31的导入口3.311相对于混合器筒体3.1的混合器进口3.11呈倾斜布置，且所述导入口3.311的开口形状呈矩形状，所述导出口3.312的开口形状呈圆形状，具有收口作用，促进气流顺畅汇总聚集，促进尿素溶液与气流的混合；所述进气导流器3.31的内壁间隔设置有若干个导流槽3.313。
如图5和6所示，所述扩流旋流器3.33呈扁平喇叭状，所述扩流旋流器3.33的内腔由顶部至底部逐渐增大，使气流形成良好的扩散效果。所述扩流旋流器3.33的顶部设置有旋流入口3.331，所述旋流入口3.331与内部导流管3.32的出口相连，所述扩流旋流器3.33的底部与混合器筒体3.1的内壁密封连接。
所述扩流旋流器3.33远离混合器出口3.12的一侧侧壁上设置有若干圈间隔布置的旋流出口3.332，每个所述旋流出口3.332上倾斜设置有旋流叶片3.333。单侧开出旋流叶片，旋流叶片结构能够促进气流的混合作用；气流绕过扩流旋流器3.33，形成的反向流动的效果，促进混合器混合效果的达成；而且气流绕过扩流旋流器3.33，对进气导流器3.31、内部导流管3.32和扩流旋流器3.33进行加热，防止有尿素结晶的产生。
本发明还提供一种利用上述后处理封装SCR混合器系统进行处理的方法，包括如下步骤：
1)气流经由进气管1.1进入DOC单元1，再经过DPF单元2处理后进入混合器单元3；
2)将尿素从尿素喷嘴口3.2喷射进入混合器单元3，使得气流与尿素进行第一次混合；
3)混有尿素的气流经过进气导流器3.31的收口作用，流经内部导流管3.32进入扩流旋流器3.33内，在扩流旋流器3.33的扩流作用下，使得尿素与气流进行第二次混合；
4)尿素与气流的混合组分经过扩流旋流器3.33的旋流叶片3.333，形成转动气流，促使尿素与气流进行第三次混合；
5)混有尿素的气流在混合器单元3内部空间的作用下，从扩流旋流器3.33的两侧流出，在其下游位置两侧气流形成碰撞，使得尿素与气流进行第四次混合；
6)经过四次混合的尿素与气流的混合组分从混合器单元3流出，最后经过SCR单元4处理后排出。
本发明的排气流动工作原理：
1)后处理器排气流动方向
如图1所示，气流通过排气管路经过DOC单元1，之后经过DPF单元2.在经过混合器单元3，最后到达SCR单元4，最后排出。
2)混合器内部气流方向
如图4～6所示，排气气流经过DPF单元2进入混合器单元3，气流在混合器筒体3.1上半部分与进气导流器3.31的形成的围合空间，促使气流经过内部导流管3.32进入扩流旋流器3.33。气流在扩流旋流器3.33内部，呈现扩散状态，气流随后经过扩流旋流器3.33筒壁上的旋流叶片，迫使气流转动，随后气流在混合器筒体3.1与进气导流器3.31、内部导流管3.32和扩流旋流器3.33形成的空间内，迫使气流经过扩流旋流器3.33的两侧进而流向SCR单元4。
以上，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，其余未详细说明的为现有技术，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种利用后处理封装SCR混合器系统进行处理的方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)气流经由进气管(1.1)进入DOC单元(1)，再经过DPF单元(2)处理后进入混合器单元(3)；
2)将尿素从尿素喷嘴口(3.2)喷射进入混合器单元(3)，使得气流与尿素进行第一次混合；
3)混有尿素的气流经过进气导流器(3.31)的收口作用，流经内部导流管(3.32)进入扩流旋流器(3.33)内，在扩流旋流器(3.33)的扩流作用下，使得尿素与气流进行第二次混合；
4)尿素与气流的混合组分经过扩流旋流器(3.33)的旋流叶片(3.333)，形成转动气流，促使尿素与气流进行第三次混合；
5)混有尿素的气流在混合器单元(3)内部空间的作用下，从扩流旋流器(3.33)的两侧流出，在其下游位置两侧气流形成碰撞，使得尿素与气流进行第四次混合；
6)经过四次混合的尿素与气流的混合组分从混合器单元(3)流出，最后经过SCR单元(4)处理后经SCR单元(4)上设置的出气管(4.1)排出；
所述后处理封装SCR混合器系统，包括依次连接的DOC单元(1)、DPF单元(2)、混合器单元(3)以及SCR单元(4)，所述DOC单元(1)上设置有进气管(1.1)，所述SCR单元(4)上设置有出气管(4.1)，其特征在于：所述DOC单元(1)、DPF单元(2)、混合器单元(3)以及SCR单元(4)依次连接形成U型布置；
所述混合器单元(3)包括混合器筒体(3.1)，所述混合器筒体(3.1)具有混合器进口(3.11)和混合器出口(3.12)，所述混合器筒体(3.1)的侧壁上设置有尿素喷嘴口(3.2)，所述混合器筒体(3.1)内设置有导流机构(3.3)；
所述导流机构(3.3)包括依次连接的进气导流器(3.31)、内部导流管(3.32)以及扩流旋流器(3.33)，所述进气导流器(3.31)与混合器筒体(3.1)的混合器进口(3.11)连通，所述扩流旋流器(3.33)与混合器筒体(3.1)的混合器出口(3.12)连通；
所述进气导流器(3.31)具有导入口(3.311)和导出口(3.312)，所述导入口(3.311)与混合器筒体(3.1)的混合器进口(3.11)处的内壁贴合布置用于将气流引导入进气导流器(3.31)，所述导出口(3.312)与内部导流管(3.32)的进口连通；
所述进气导流器(3.31)的导入口(3.311)相对于混合器筒体(3.1)的混合器进口(3.11)呈倾斜布置，且所述导入口(3.311)的开口形状呈矩形状，所述导出口(3.312)的开口形状呈圆形状；
所述进气导流器(3.31)的内壁间隔设置有若干个导流槽(3.313)；
所述扩流旋流器(3.33)呈扁平喇叭状，所述扩流旋流器(3.33)的内腔由顶部至底部逐渐增大；
所述扩流旋流器(3.33)的顶部设置有旋流入口(3.331)，所述旋流入口(3.331)与内部导流管(3.32)的出口相连，所述扩流旋流器(3.33)的底部与混合器筒体(3.1)的内壁密封连接；
所述扩流旋流器(3.33)远离混合器出口(3.12)的一侧侧壁上设置有若干圈间隔布置的旋流出口(3.332)，每个所述旋流出口(3.332)上倾斜设置有旋流叶片(3.333)。
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