CN201972767U - 一种用于柴油机尿素scr系统的混合器 - Google Patents

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周小燕
孔芬霞
帅石金
赵彦光
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Abstract

本实用新型设计了一种用于柴油机NOx尿素SCR系统的混合器，由一组弧形翼片均布于排气管的横截面上形成。经专用CFD软件计算分析，该混合器可有效地增加气体扰动，使得发动机废气和尿素液滴通过混合器后得到充分混合，在进入SCR催化转化其器之前得到较高的分布均匀性，进而进行充分的反应，以降低汽车尾气中NOx的含量，该混合器混合效果好，排气背压小。同时通过发动机台架试验验证了该混合器能在各种不同工况下进一步降低SCR催化器后NOx浓度，提高SCR催化转化效率。该混合器结构紧凑，安装方便，能够广泛应用于带尿素SCR系统的柴油机排气管路中。

Description

一种用于柴油机尿素SCR系统的混合器
技术领域
本实用新型柴油机排气系统领域，更具体的说涉及一种用于柴油机尿素选择催化还原(Urea-SCR)系统中的混合装置。
背景技术
选择性催化还原(SCR)是目前公认的减少柴油机NOx排放最有效的后处理技术之一，也被认为是最符合中国国情的、能满足国Ⅳ排放要求的后处理技术之一。车用尿素SCR后处理技术在欧洲已经使用数年，是欧洲解决欧Ⅳ/Ⅴ排放要求的主流技术路线；在美国为了满足更加严格的EPA2010，多数发动机制造商已经开始使用SCR后处理技术。在我国，由于柴油硫含量较高，尿素SCR技术以其抗硫性能好，被认为是重型柴油机最可行的NOx排放控制后处理技术。随着北京、上海等大城市率先实施国Ⅳ排放法规，国内已经出现了越来越多的搭载SCR后处理系统的公交车，而国内大多数柴油机厂也已完成了配备SCR系统的柴油机的开发。虽然SCR系统正在世界范围内被推广和应用，但仍有很多问题有待解决，例如：低温时如何提高NOx的转化效率，如何降低沉积物生成，混合不均匀等因素造成的氨泄漏等等。
研究表明SCR管路中尿素水溶液和氨分布的均匀程度对尿素SCR系统的整体性能和耐久性能有重要的影响，如果氨分布不均匀会导致局部区域氨过多造成氨泄漏，而在另一些氨稀薄区域造成NOx转化效率过低。长时间氨的不均匀会导致催化剂老化不均匀，从而影响催化剂的整体性能。另外，尿素液滴的不均匀分布会造成局部温度过低、尿素浓度过高，形成结晶，严重时会堵塞排气管、导致发动机动力性下降。混合器能够使尿素喷雾液滴更充分地与排气混合，提高混合均匀性，加快尿素液滴的蒸发，促进尿素的分解，形成均匀的氨分布，从而提高NOx的转化效率，并减少低温下尿素沉积物的生成量，降低氨泄漏。
发明内容
本实用新型为一种用于柴油机尿素SCR系统的混合器，其目的是：解决尿素SCR技术在实际应用中存在的上述问题，在较小的压力损失前提下提高NOx的转化效率，并降低沉积物的生成量和氨泄漏。
为实现以上目的，本专利采用的技术方案是：
一种用于柴油机尿素SCR系统的混合器，包括排气管和径向均布在排气管内的一组翼片，每个翼片呈板状结构，并沿中心线扭转一定角度成型。
本实用新型的用于柴油机尿素SCR系统的混合器，安装于排气管中尿素水溶液喷嘴后端，使发动机排气和尿素水溶液液滴经过混合器时产生强烈扰流，促进排气和尿素水溶液的混合，同时混合器的叶片与尿素液滴碰撞时对尿素的分解有一定的促进作用，加快了尿素的分解。因此，本实用新型在较小的压力损失前提下提高NOx的转化效率，并降低沉积物的生成量和氨泄漏。
所述翼片以3-8个为宜。所述每个翼片的长度为排气管直径的1/3-2/3。所述每个翼片沿中心线扭转20-30度，扭转曲线为一条直线段和圆弧段组成，直线段长度为发动机排气管直径的0.2-0.3倍，圆弧段为发动机排气管直径的0.3-0.5倍左右，该长度和半径可以根据不同排气管径和不同压力损失要求进行调整。该混合器可以焊接在法兰上，并安装在排气管中尿素喷嘴后端，通过法兰可以方便的进行安装、拆卸，也可以直接焊接在某一段排气管内部，然后通过焊接与其他段排气管连接。
考虑到尿素水溶液的腐蚀性，高温时容易侵蚀低碳钢部件，本实用新型混合器优选304或439级或更高级别不锈钢。
附图说明
图1为重型柴油机NOx尿素系统示意图。
图2为混合器三维视图。
图3为混合器正视图，也是图4A-A向的剖视图。
图4为混合器侧视图。
图5为混合器翼片正视图。
图6为混合器翼片三维视图。
图7为混合器造成的扰流CFD仿真效果图。
图8为安装本混合器与未安装时各种温度下NOx排放的试验结果对比图。
图9安装本混合器与未安装时各种空速下NOx排放的试验结果对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的原理、工作过程及具体实施方式作进一步的说明。
参照图2-6，本实用新型的混合器，包括排气管1和一组翼片2，在本实施例中采用8个翼片。所述8个翼片均布于排气管的横截面上，每个翼片由一个长度为排气管直径1/3-2/3的不锈钢板，沿中心线扭转20-30度，扭转曲线为一条直线段3和圆弧段4组成，直线段长度为发动机排气管直径的0.2-0.3倍，圆弧段为发动机排气管直径的0.3-0.5倍左右，该长度和半径可以根据不同排气管径和不同压力损失要求进行调整。该混合器可以焊接在法兰上，并安装在排气管中尿素喷嘴后端，通过法兰可以方便的进行安装、拆卸，也可以直接焊接在某一段排气管内部，然后通过焊接与其他段排气管连接。
考虑到尿素水溶液的腐蚀性，高温时容易侵蚀低碳钢部件，本实用新型混合器采用304或439级或更高级别不锈钢。
本实用新型的混合器在尿素SCR系统排气管中的安装位置如图1中所示，将混合器安装在尿素喷嘴后端。排气经过混合时因叶片的扰流作用会产生强烈的气流扰动，气体扰流情况如示意图7所示。强烈的湍流运动使排气与尿素喷雾混合地更均匀，并加快尿素溶液的蒸发、分解，从而提高了氨分布的均匀性和NOx转化效率，减小因氨分布不均匀而造成的氨泄漏。
试验1：
在某型柴油发动机上进行发动机台架试验，对比分析在相同空速、不同温度下(温度分别为：250℃、300℃、350℃、400℃)安装本混合器与不安装混合器时对SCR催化转化器后NOx浓度的影响，具体实施发动机工况见表1，试验结果见图8。试验结果表明在相同空速、不同温度下安装本混合器能降低SCR催化转化器后NOX浓度，提高SCR的转化效率。
试验2：
在某型柴油发动机上进行发动机台架试验，对比分析在相同温度、不同空速下(空速分别为20000h-1、35000h-1、50000h-1)安装本混合器与不安装混合器时对SCR催化转化器后NOx浓度的影响，具体实施发动机工况见表1，试验结果见图9。试验结果表明在相同温度、不同空速下安装本混合器能降低SCR催化转化器后NOx浓度，提高SCR的转化效率。
表1  实施例中发动机工况
Figure BDA0000034545950000041
应该理解到的是：上述实施例只是对本实用新型的说明，而不是对本实用新型的限制，任何不超出本实用新型实质精神范围内的实用新型创造，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于柴油机尿素SCR系统的混合器，包括排气管(1)和径向均布在排气管内的一组翼片(2)，其特征在于每个翼片呈板状结构，并沿中心线扭转一定角度成型。
2.如权利要求1所述的混合器，其特征在于所述的翼片为3-8个。
3.如权利要求1所述的混合器，其特征在于所述每个翼片的长度为排气管直径的1/3-2/3。
4.如权利要求1-3任何一项所述的混合器，其特征在于所述每个翼片沿中心线扭转20-30度，扭转曲线为一条直线段(3)和圆弧段(4)组成。
5.如权利要求4所述的混合器，其特征在于所述直线段长度为发动机排气管直径的0.2-0.3倍，圆弧段为发动机排气管直径的0.3-0.5倍。 
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102389727A (zh) * 2011-10-13 2012-03-28 东南大学 一种scr脱硝四角切圆式氨气-烟气均混装置
CN102477890A (zh) * 2010-11-26 2012-05-30 杭州银轮科技有限公司 一种用于柴油机尿素scr系统的混合器
CN103821598A (zh) * 2014-03-21 2014-05-28 大连海事大学 船舶柴油机尾气选择性催化还原脱硝系统
CN107667208A (zh) * 2015-05-27 2018-02-06 天纳克汽车经营有限公司 用于排气后处理系统的混合器组件
CN109098826A (zh) * 2017-06-20 2018-12-28 南阳瑞格实业有限公司 应用于大功率柴油机的尾气处理系统

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