CN114922718B - 一种分流保温衬套式scr装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分流保温衬套式SCR装置，解决了现有技术中存在载体内排气温度沿流动方向递减的问题，具有提升后端载体利用率及NOx转化效率的有益效果，具体方案如下：一种分流保温衬套式SCR装置，包括衬套和SCR载体，衬套设置发动机尾气入口，衬套安装有尿素喷射阀，衬套内设置混合器以混合发动机尾气和尿素形成混合气体，SCR载体的部分设于衬套内侧，SCR载体同混合器之间间隔设定距离，SCR载体轴向设置多个第一开孔，SCR载体设于衬套内的周向设置多个第二开孔，SCR载体环向同衬套内壁之间具有设定的空间，第一开孔和第二开孔相通，混合气体通过第一开孔和第二开孔进入SCR载体。

Description

一种分流保温衬套式SCR装置
技术领域
本发明涉及燃油机尾气排放领域，尤其是一种分流保温衬套式SCR装置。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
SCR：选择性催化还原(Selected Catalyst Reduction)，通过在高温排气中加入NH3作为还原剂，将NOx还原成N2的装置。SCR装置对NOx的转化效率直接关系到发动机尾排的水平以及是否满足排放法规要求，而影响SCR转化效率的关键影响因素是载体表面温度和排气空速。
传统SCR装置如图1所示，尿素水溶液喷入排气管内，并与高温废气在混合器内混合，尿素水溶液在高温废气中经历蒸发分解与水解，生成氨气等，流入后端载体；SCR载体为蜂窝状的多孔介质，通常由几块催化器载体串联而成，孔内表面涂覆有催化剂，排气中的NH3通过被催化剂吸附，将排气中的NOx还原成N2。由于排气流经载体时与载体的换热，载体的温度沿流动方向逐渐递减，如图2所示。
因此，发明人发现，在传统SCR装置内，排气沿轴向流动。由于SCR载体尺寸较长，载体内排气温度沿流动方向递减，载体后半段利用率下降。这不仅导致NOx转化效率递减，而且使前端载体寿命低于后端载体，导致载体前后段的寿命不一致。当排气流量较大时，排气空速高，导致废气在载体内的停留时间短，转化效率低。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种分流保温衬套式SCR装置，消除载体沿轴向的温度梯度，有效提升载体前后段寿命的一致性。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
一种分流保温衬套式SCR装置，包括衬套和SCR载体，衬套设置发动机尾气入口，衬套安装有尿素喷射阀，衬套内设置混合器以混合发动机尾气和尿素形成混合气体，SCR载体的部分设于衬套内侧，SCR载体同混合器之间间隔设定距离，SCR载体轴向设置多个第一开孔，SCR载体设于衬套内的周向设置多个第二开孔，SCR载体环向同衬套内壁之间具有设定的空间，第一开孔和第二开孔相通，混合气体通过第一开孔和第二开孔进入SCR载体。
如上所述的装置，衬套与SCR载体之间有设定的空间，通过第一开孔和第二开孔的设置，混合后的气体分为两股，一股排气沿轴向流入SCR载体，另一股通过衬套内孔沿径向通过第二开孔流入SCR载体，通过气流掺混消除SCR载体沿轴向的温度梯度，并且增加混合气体(通过混合器混合后的气体)在SCR载体内的停留时间，全面提升NOx(氮氧化物)转化效率。
如上所述的一种分流保温衬套式SCR装置，所述衬套包括依次连接的第一段、第二段和第三段，第一段处设置所述的尿素喷射阀和混合器，第二段的内部尺寸逐步增大，第三段包绕于所述SCR载体部分的环向，且第三段端部封闭。
如上所述的一种分流保温衬套式SCR装置，所述SCR载体位于衬套内的一端同所述衬套第三段同第二段连接处对齐；
或者，SCR载体位于衬套内的一端超过所述衬套第三段同第二段连接处。
如上所述的一种分流保温衬套式SCR装置，所述衬套第三段的半径或边长为所述SCR载体半径或边长的1.3～1.8倍，有效保证衬套对混合气体的分流流量大小。
如上所述的一种分流保温衬套式SCR装置，当SCR载体位于衬套内的一端同所述衬套第三段同第二段连接处对齐时，为保证衬套第三段长度设置合理，避免过长或过短引起的问题，所述衬套第三段的长度为所述SCR载体长度的2/3-3/4。
如上所述的一种分流保温衬套式SCR装置，考虑到第二开孔的开孔直径和开孔密度是决定径向流入SCR载体混合气体流量大小以及气流掺混程度的关键设计参数，所述SCR载体第二开孔的直径或边长为SCR载体最小第一开孔直径或边长的4～8倍。
如上所述的一种分流保温衬套式SCR装置，所有所述SCR载体第二开孔的面积总和与SCR载体周向表面积的比值为0.2-0.7。
如上所述的一种分流保温衬套式SCR装置，所述衬套第三段远离第二段的端部朝向SCR载体弯折，SCR载体与衬套第三段端部贴合，SCR载体露出衬套的部分嵌入壳体，壳体的内径缩径后不变。
如上所述的一种分流保温衬套式SCR装置，在另一些方案中，所述衬套还包括同所述第三段连接的第四段，第四段同所述SCR载体外侧面贴合，第四段与壳体固连。
如上所述的一种分流保温衬套式SCR装置，所述衬套的第一段、衬套的第三段均为圆筒状。
上述本发明的有益效果如下：
1)本发明通过在SCR载体的外侧设置衬套，衬套与SCR载体之间有设定的空间，通过第一开孔和第二开孔的设置，混合后的气体分为两股，一股排气沿轴向通过第一开孔流入SCR载体，另一股通过衬套内孔沿径向通过第二开孔流入SCR载体，两股气流掺混，这样有效消除SCR载体沿轴向的温度梯度，相应增加排气在SCR载体内的停留时间，即使排气流量较大，排气空速高，也能保证排气在SCR载体内的停留时间，全面提升NOx转化效率。
2)本发明通过衬套设于SCR载体的周侧，整体实现混合后气体的分流，能够改善SCR载体温度分布的均匀性，从而提升SCR载体前后段寿命的一致性，从而降低了对SCR载体的更换和维护频率。
3)本发明通过对衬套长度与SCR载体长度的给出，避免衬套过短导致温度梯度改善不大的问题，也避免衬套太长导致部分废气在SCR载体内部停留时间过短的问题，有效保证NOx转化效率。
4)本发明通过衬套半径或边长与SCR载体半径或边长关系的给出，保证衬套混合气体分流流量大小，保证气流掺混程度。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是现有载体安装的示意图。
图2是现有载体温度与长度的关系示意图。
图3是本发明根据一个或多个实施方式的一种分流保温衬套式SCR装置的示意图。
图4是本发明图3中A-A截面示意图。
图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意。
其中：1.尿素喷射阀，2.混合器，3.第三段，4.SCR载体，5.壳体，6.第二段，7.第一段，8.第二开孔，9.发动机尾气入口。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在载体后半段转化效率低的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种分流保温衬套式SCR装置。
术语解释：
转化效率：催化器上游NOx被还原成N2的比例。
空速：单位时间单位体积催化剂处理的气体量(每小时流经的气体体积/催化剂体积)。
本发明的一种典型的实施方式中，参考图3和图4所示，一种分流保温衬套式SCR装置，包括衬套和SCR载体4，衬套设置发动机尾气入口9，衬套安装有尿素喷射阀1，衬套内设置混合器2以混合发动机尾气和尿素形成混合气体，SCR载体4的部分设于衬套内侧，SCR载体4同混合器之间间隔设定距离，SCR载体4轴向设置多个第一开孔，SCR载体4设于衬套内的周向设置多个第二开孔，SCR载体4环向同衬套内壁之间具有设定的空间，第一开孔和第二开孔相通，混合气体通过第一开孔和第二开孔进入SCR载体4。
需要说明地是，混合器2为现有技术。
可以理解地是，第一开孔贯通SCR载体的轴向方向，第二开孔8可设于SCR载体4的周向，设置多排多列；或者；在一些示例中，第二开孔设于SCR载体对立的两侧，这样第二开孔设有两排多列。
本实施例中，衬套包括依次连接的第一段7、第二段6和第三段3，第一段处设置尿素喷射阀1和混合器2，第一段7远离第二段6的一端为发动机尾气入口9，第二段6的内部尺寸逐步增大，第三段3包绕于SCR载体4部分的环向，且第三段端部封闭。
具体地，衬套的第一段7、衬套的第三段3均为圆筒状，从第一段到第三段的方向，第二段6呈内径逐步增大的喇叭状，第二段的纵向截面同样为圆形。
在一些示例中，第一段与第二段可一体制造，第二段和第三段可焊接连接或者第二段和第三段为一体结构件。
其中，SCR载体4的材质与现有的SCR载体相同，SCR载体为圆柱状。
而且可以理解地是，在本实施例中，SCR载体4、第一段7、第二段6和第三段3的中心轴线在同一直线。
需要解释地是，考虑到其中一股混合气体要经过SCR载体4与衬套之间的空间以从第二开孔进入SCR载体4，SCR载体4位于衬套内的一端同衬套第三段3同第二段6连接处对齐；或者，在另一些示例中，SCR载体4位于衬套内的一端超过衬套第三段同第二段连接处0-5mm。
当SCR载体4位于衬套内的一端同衬套第三段3同第二段6连接处对齐时，L2为衬套第三段的长度，是影响载体轴向温度梯度的关键参数，衬套第三段太短对轴向温度梯度改善不大，衬套第三段太长会导致部分混合气体在载体内部停留时间过短，缩短反应时间，导致转化效率降低，衬套第三段的长度L2为SCR载体长度L1的2/3-3/4。
此外，衬套第三段3的半径或边长为SCR载体4半径或边长的1.3～1.8倍，有效保证衬套对混合气体的分流流量大小。
本实施例中，考虑到第一段7和第三段3均为圆筒状，R2为衬套第三段3的半径，R1为SCR载体半径，R2-R1是决定衬套混合气体分流流量大小的关键设计参数，进而影响气流掺混程度及SCR载体轴向温度梯度改善程度，衬套第三段的R2约为SCR载体半径R1的1.3～1.8倍。
考虑到第二开孔8的开孔直径和开孔密度是决定径向流入SCR载体4混合气体流量大小以及气流掺混程度的关键设计参数，进而影响载体轴向温度梯度改善程度，本实施例中，第二开孔和第一开孔均为圆形，若第一开孔都是均匀的第一开孔，SCR载体第二开孔8的直径d1为SCR载体第一开孔直径的4～8倍。
若第一开孔是非均匀地，则SCR载体第二开孔的直径或边长为SCR载体最小第一开孔直径的4～8倍。
所有SCR载体第二开孔的面积总和与SCR载体周向表面积的比值为0.2-0.7，最优是0.3～0.6。
此外，可以理解地是，第二开孔和第一开孔还可以是其他形状，例如方形，此时，SCR载体第二开孔的边长为SCR载体第一开孔边长的4～8倍。
另外，需要解释地是，衬套第一段7与汽车固连，衬套第三段3远离第二段的端部朝向SCR载体4弯折，SCR载体4与衬套第三段端部贴合并可通过密封胶进行密封连接，SCR载体露出衬套的部分周向并不设置第二开孔，SCR载体露出衬套的部分嵌入壳体5，通过壳体5有效支撑SCR载体，壳体内部中空，壳体5的内径缩径后不变。
在另一示例中，同样地，衬套第三段远离第二段的端部朝向SCR载体弯折，衬套还包括同第三段连接的第四段，第四段同SCR载体外侧面贴合，第四段与壳体固连，通过壳体有效支撑SCR载体。
最后，需要说明地是，衬套为保温衬套，具体采用保温材料制作。
本实施例提供的装置，衬套与SCR载体4之间有设定的空间，通过第一开孔和第二开孔的设置，混合后的气体分为两股，一股排气沿轴向流入SCR载体，另一股通过衬套内孔沿径向通过第二开孔流入SCR载体，通过径向和轴向气流掺混消除载体沿轴向的温度梯度，提升后端SCR载体利用率及NOx转化效率；通过增加径向排气流入，增加排气在SCR载体内的停留时间和反应路径，全面提升NOx转化效率；整体实现混合后气体的分流，能够改善SCR载体温度分布的均匀性，从而提升SCR载体前后段寿命的一致性，从而降低了对SCR载体的更换和维护频率。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分流保温衬套式SCR装置，其特征在于，包括衬套和SCR载体，衬套设置发动机尾气入口，衬套安装有尿素喷射阀，衬套内设置混合器以混合发动机尾气和尿素形成混合气体，SCR载体的部分设于衬套内侧，SCR载体同混合器之间间隔设定距离，SCR载体轴向设置多个第一开孔，SCR载体设于衬套内的周向设置多个第二开孔，SCR载体环向同衬套内壁之间具有设定的空间，第一开孔和第二开孔相通，混合气体通过第一开孔和第二开孔进入SCR载体。
2.根据权利要求1所述的一种分流保温衬套式SCR装置，其特征在于，所述衬套包括依次连接的第一段、第二段和第三段，第一段处设置所述的尿素喷射阀和混合器，第二段的内部尺寸逐步增大，第三段包绕于所述SCR载体部分的环向，且第三段端部封闭。
3.根据权利要求2所述的一种分流保温衬套式SCR装置，其特征在于，所述SCR载体位于衬套内的一端同所述衬套第三段同第二段连接处对齐；
或者，SCR载体位于衬套内的一端超过所述衬套第三段同第二段连接处。
4.根据权利要求2所述的一种分流保温衬套式SCR装置，其特征在于，所述衬套第三段的半径或边长为所述SCR载体半径或边长的1.3～1.8倍。
5.根据权利要求2所述的一种分流保温衬套式SCR装置，其特征在于，当SCR载体位于衬套内的一端同所述衬套第三段同第二段连接处对齐时，所述衬套第三段的长度为所述SCR载体长度的2/3-3/4。
6.根据权利要求1所述的一种分流保温衬套式SCR装置，其特征在于，所述SCR载体第二开孔的直径或边长为SCR载体最小第一开孔直径或边长的4～8倍。
7.根据权利要求1所述的一种分流保温衬套式SCR装置，其特征在于，所有所述SCR载体第二开孔的面积总和与SCR载体周向表面积的比值为0.2-0.7。
8.根据权利要求2所述的一种分流保温衬套式SCR装置，其特征在于，所述衬套第三段远离第二段的端部朝向SCR载体弯折，SCR载体与衬套第三段端部贴合，SCR载体露出衬套的部分嵌入壳体，所述壳体包括缩径段和等径段。
9.根据权利要求2所述的一种分流保温衬套式SCR装置，其特征在于，所述衬套还包括同所述第三段连接的第四段，第四段同所述SCR载体外侧面贴合，第四段与壳体固连，所述壳体内部中空，通过壳体有效支撑SCR载体，所述壳体包括缩径段和等径段。
10.根据权利要求2所述的一种分流保温衬套式SCR装置，其特征在于，所述衬套的第一段、衬套的第三段均为圆筒状。
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