CN210768991U - 尿素分解混合器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种用于布置在内燃机尾气净化后处理系统SCR上游的氮氧化物(NOx)还原反应剂与发动机排气的尿素分解混合器，其主要特征在于，利用一个多孔的中空柱状结构，通过适当设计上述孔的形状与分布让气流穿过柱面进入中空(混合腔)时在混合腔内表面形成气膜；这样使得还原反应剂在喷入上述混合腔之后不会与任何固体表面接触，在气流包裹之下完成气化，当上述反应剂完全气化之后再经过均配器，使得还原反应剂与发动机排气充分混合并在流道截面上均匀分布。本实用新型可以显著提升还原反应剂气化与分解速度，有效减少反应剂在排气流道内结晶，提升SCR转化效率。

Description

尿素分解混合器

技术领域

本实用新型涉及一种液气混合装置，尤其是涉及一种内燃机尾气净化后处理系统的氮氧化物(NOx)还原反应剂与发动机排气的尿素分解混合器。

背景技术

目前用于柴油机降氮氧化物的SCR后处理系统需要将液态或者气态反应剂，比如尿素水溶液或者氨气喷入发动机排气管或者后处理封装内与发动机废气充分混合。尤其是尿素水溶液，需要在喷入时较好地雾化，以便尿素溶液尽快气化，分解成氨气，在SCR的催化作用下，氨与NOx产生反应生成氮气(N2)和水(H2O)，以达到减少NOx排放的效果。

当前设计的混合装置都是由各种形式的固体叶片组成用于对气流进行整流，让流体按人们所需要的方式流动，以达到让尿素与发动机废气混合的效果。这种布置经常会有一个问题：雾化后的尿素水溶液在没有完全气化之前，由直径大小不一的液滴(雾)构成。这些液滴在碰到任何固体表面，都会出现凝聚，在固体表面形成直径较大的液珠或者湿润在固体表面形成液膜。一旦出现这种现象，反应剂气化以及分解的过程就会大大延长，甚至久而久之会在混合器上形成永久性的残留，最终导致塑化、积累(即结晶)。

事实上，如今的SCR消音器内部由于尿素残留而导致的结晶现象是极为普遍的。除了尿素喷射过量等诸多因素以外，尿素直接接触到固体表面，比如混合器、排气管壁或者催化剂封装管壁等，为最主要的原因。

本实用新型公开了一种新型混合器，布置在SCR催化剂上游，对发动机排气提前进行导向，形成一个我们所需要的(气膜)流场。这个流场可以使得尿素喷入该混合器后在完全气化之前被气流“裹”在混合器内部流动，避免与任何固体表面接触，以达到促进尿素溶液在最短时间内气化的目的。

在尿素反应剂完成气化之后，经过一个均配装置，使得气化之后的反应剂与发动机排气充分混合并在流入SCR催化剂之前均匀分配在流道(SCR)截面上。

相对当前的技术，本项实用新型避免了尿素在现有各种混合器的固体表面凝固的问题，同时又避免了尿素溶液在气化之前接触排气管壁。这样就可以显著地减少排气管内尿素结晶的可能性，同时提高了后处理系统SCR转化率，提升了降氮氧化物效果。

实用新型内容

本实用新型所要解决的主要技术问题是针对柴油机后处理系统的某种形式的封装，比如箱式催化剂封装内的排气与尿素混合问题，避免雾化之后的尿素在气化之前与任何固体接触，同时与发动机排气充分混合并均匀分布在流道截面。

本项实用新型公开了一种利用流场来解决上述问题的装置。其特征在于，如图1所示，混合器100主要由一个多孔的中空的柱体构成，布置在SCR催化剂封装子总成200前端，SCR催化剂300上游，SCR催化剂封装子总成200则布置在催化剂封装总成壳体400的内部，发动机排气从侧面进气口500进入箱体内，然后经混合器100的柱体孔洞进入混合器内腔(混合腔700)并在柱体混合腔内表面形成气膜；尿素喷嘴600将尿素雾化并喷射入混合器100内腔；由于上述气膜的防护，使得雾化尿素在气流包裹中完成气化，而不会与任何固体表面接触；尿素在气化之后进入整流均配器800进一步与排气充分混合，并且匀分布在SCR截面，最后进入SCR催化剂300。

上述混合器100实际上就是一个多孔的柱体。开孔的大小、形状与分布也可以通过计算机模拟优化来实现两个效果：1)在混合腔700内表面形成气膜，将尿素包裹住，避免让未完全气化的尿素过早与混合腔700内表面接触；2)使尿素尽量充分与废气混合。优选地，通过设计上述孔的形状，如图2所示，可以使得混合腔700内气流旋转。混合器100的形状可以是圆柱体、椎体或者其他任何形状，优选地根据喷入混合腔的尿素雾团形状来设计。

类似的，均配器800的设计同样可以采用计算机模拟优化来达到使反应剂(尿素+氨气)与废气充分混合而且在SCR催化剂300截面均匀分布。均配器可以由多个叶片组成，对气流进行整流，优选地，使气流旋转进一步达到充分混合均配的效果。

最后作为一种选项，均配器叶片也可以涂敷SCR催化剂300或者其他某种催化剂来制作，以便加速尿素分解。

上述后处理器总成进气口也可以开在端面，如图3所示。该图还显示出了DOC催化剂900和DPF颗粒捕集器950。发动机排气经过催化剂封装总成壳体400的端面进气口500进入催化剂封装总成内部，经过DOC催化剂900和DPF颗粒捕集器950然后进入混合器100，均配器800，最后进入SCR催化剂300。这种布局既可以用于箱式，也可以用于U型或者S型催化剂封装。

附图说明

图1本实用新型的混合器布置的示意图；

图2混合器气流示意图；

图3本实用新型的混合器另一种布置形式。

附图标记说明：100-混合器，200-SCR催化剂封装子总成，300-SCR催化剂，400-催化剂封装总成壳体，500-进气口，600-喷嘴，700-混合腔，800-均配器，900-DOC催化剂，950-DPF颗粒捕集器。

具体实施方式

下面结合附图1～3及实施例对本实用新型进一步加以说明。

实施例1

如图1所示，为了便于制造，混合器100可以设计成一个圆柱体，圆柱体左端面封闭，右端面开口让气流流出，经过均配器800进入SCR。混合器100、均配器800与SCR催化剂300构成一个SCR催化剂封装子总成200。对于一个国6的后处理器总成，其上游可能还布置有降颗粒物(PM)的DOC+DPF等催化剂。所有DOC、DPF和SCR可能布置在同一个箱体内，也可能布置在不同箱体内。发动机排气经进气口500进入催化剂封装总成壳体400的内部，然后通过混合器100的圆柱面上的孔进入混合器内腔700。如果混合器柱面的开孔具有一定的导流作用，比如图2所示那样，气流进入混合腔700之后就会产生旋流，并在混合腔700内表面产生气膜。此时尿素经喷嘴600雾化后喷入混合腔700内，尿素将在气流包裹之下完成(脱水)气化。这样，借助于混合腔700内表面的气膜防护，避免尿素与混合腔700固体表面接触，从而可以避免液膜形成，最终达到避免尿素在混合器100内结晶积累。

尿素气化之后部分被分解成氨气，形成尿素、氨气与排气的混合体，在经过均配器800之后充分相互混合并在SCR催化剂300的截面均匀分配，最后进入SCR催化剂300。

实施例2

如图3所示。该图中显示出了DOC催化剂900与DPF颗粒捕集器950与SCR催化剂300布置在同一个催化剂封装总成壳体400之内。发动机排气从右边端面首先进入DOC催化剂900，然后进入DPF颗粒捕集器950，随后在进入混合器100、均配器800，最后进入SCR 300。

实施例3

针对上述实例，在混合器100内外表面以及均配器800表面涂敷某种涂料改变固体表面能，可以使得液态反应剂不湿润上述固体表面，进一步减少液膜形成的可能性。

或者，上述混合器100内外表面与均配器800的表面也可以涂敷某种催化剂，促进反应剂气化分解过程，提升分解速度。

或者上述涂敷能够同时起到避免反应剂液膜在固体表面形成与促进反应剂气化分解的速度。

本文中所述混合器100虽然以圆形流道和圆形柱体为样板，但是本项实用新型适用于任何形状的流道。在实际应用中，经常有些流道(烟道)是长方形、矩形、椭圆形或者其各种形状，本项实用新型仍然适用。只要是混合器采用(任何形状)柱形体形成负压并利用气膜来避免或者减少反应剂与固体表面接触机会的混合器都属于本项实用新型申请保护范围。

本文中虽然以尿素反应剂作为样板来说明本实用新型，但是本实用新型实际上并不限于只用于尿素反应剂。

本文虽然以箱式封装为例说明本实用新型，但是本实用新型实际上并不限于只用于箱式封装，也可以用于S或者U型封装等。

上文中所采用的描述方位的词语“上”、“下”、“左”、“右”等均是为了说明的方便基于附图中图面所示的方位而言的，在实际装置中这些方位可能由于装置的摆放方式而有所不同。另外本文中虽然使用尿素或尿素溶液为例来说明计量系统的功能，但是本实用新型适用于任何其他流体尿素。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种尿素分解混合器，其用于氮氧化物(NOx)还原反应剂与气流混合的装置，其特征在于，在一个催化剂封装总成壳体(400)内布置一个SCR催化剂封装子总成(200)；该SCR催化剂封装子总成(200)由一个混合器(100)，均配器(800)以及SCR催化剂(300)构成；该混合器(100)侧面开有很多孔，一个端面封闭，另一个端面敞开，发动机排气经过混合器(100)侧面的孔流入混合腔(700)内并在混合腔(700)内表面形成气膜；喷嘴(600)可以从混合器(100)任何一个方向将尿素反应剂雾化并喷入混合器(100)内；尿素在上述气膜的防护下避免与混合器(100)内腔表面接触，即在气流包裹中完成气化，然后从混合器(100)敞开的端面流出，进入均配器(800)，进一步充分与气流混合并均匀分配在SCR催化剂(300)的截面，最终进入SCR催化剂(300)。

2.根据权利要求1所述的尿素分解混合器，其特征在于，所述混合器(100)为柱体。

3.根据权利要求1所述的尿素分解混合器，其特征在于，所述混合器(100)为椎体。

4.根据权利要求1所述的尿素分解混合器，其特征在于，所述混合器(100)的侧面的开孔有导流作用，使得气流按所需要的方向和速度分布流入混合器(100)，以便优化混合效果与背压。

5.根据权利要求1所述的尿素分解混合器，其特征在于，上游还布置有用于降低颗粒物排放的DOC催化剂(900)、DPF颗粒捕集器(950)。

6.根据权利要求1所述的尿素分解混合器，其特征在于，所述混合器(100)与均配器(800)，二者表面还涂敷涂料或催化剂，进一步减少反应剂液膜形成，促进反应剂气化与分解。

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