CN216157747U - 船用柴油机排气净化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种船用柴油机排气净化装置，包括相互连通的尿素混合管和催化反应管，在尿素混合管中从前至后依次设置有尿素雾化喷嘴和尿素混合器；在催化反应管中设置有催化剂组合体，在催化剂组合体的前后两侧分别设置有气流膨胀腔和气流压缩腔，在催化剂组合体前侧还设置有吹灰喷嘴，尿素雾化喷嘴包括尿素水溶液管和尿素喷嘴座及喷嘴锥塞，尿素混合器包括前后中心螺旋导流板和与之对应的前后管壁螺旋导流翼片，对应的管壁螺旋导流翼片与对应的中心螺旋导流板的旋向相反。该排气净化装置能充分雾化尿素水溶液，并与柴油机尾气充分混合，具有NOx脱除率高、NH₃逃逸量小的特点。

Description

船用柴油机排气净化装置

技术领域

本实用新型涉及船用柴油机排气净化系统，尤其涉及船用柴油机催化还原反应（SCR）脱硝装置结构的改进。

背景技术

船舶造成的大气污染主要来自于船舶柴油机的排放尾气污染，伴随着国际海事组织更为严格的排放标准的实施，船舶配置柴油机尾气排放净化处理系统已成为必然选择。目前船舶柴油机排气净化系统大都采用选择性催化还原反应（SCR）脱硝装置，其工作原理是利用氨（NH₃）对氮氧化物（NOx）的还原功能，利用催化剂作用将氮氧化物还原为对大气没有影响的N₂和水；在SCR处理系统中喷嘴结构和混合器结构是其两个关键部件。

混合器安装于催化器前的排气管中，喷嘴则又位于混合器前的排气管道中，其主要作用是在给料过程中将雾化的尿素水溶液均匀地喷入到柴油发动机的排气管道中，使尿素水溶液遇热后分解出的氨能更加均匀地分布于排出尾气中；为了保证排放气体的脱除效率，必需保证尿素水溶液在排气管中喷出时能充分雾化，并与排放尾气充分混合。在现有结构中尿素水溶液与柴油机尾气混合不均匀造成NOx转化效率低的问题仍然存在，喷嘴喷射的尿素水溶液雾化不充分，而混合器又不能将尿素水雾充分地与柴油机尾气混合，使得尿素分解及氨的分布不均匀，降低NOx的转化效率和尾气净化效果。

实用新型内容

针对现有技术所存在的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能充分雾化尿素水溶液，并与柴油机尾气充分混合的船用柴油机排气净化装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型的船用柴油机排气净化装置，包括相互连通的尿素混合管和催化反应管，在尿素混合管中从前至后依次设置有尿素雾化喷嘴和尿素混合器；在催化反应管中设置有催化剂组合体，在催化剂组合体的前后两侧分别设置有气流膨胀腔和气流压缩腔，在催化剂组合体前侧还设置有吹灰喷嘴，气流压缩腔与排气管相连通，所述尿素雾化喷嘴包括尿素水溶液管，该尿素水溶液管上旋接有尿素喷嘴座，尿素喷嘴座的锥管端内设置有喷嘴锥塞，在喷嘴锥塞有锥面上设置有锥塞螺旋流道，在尿素水溶液管的旋入端支承有弹簧支承架，在喷嘴锥塞和弹簧支承架之间设置有压缩弹簧，所述尿素喷嘴座的锥管内锥角α大于喷嘴锥塞的锥角β；所述尿素混合器包括位于尿素混合管中心线位置的前中心螺旋导流板和后中心螺旋导流板，前中心螺旋导流板和后中心螺旋导流板的旋向相反，在前中心螺旋导流板对应的尿素混合管的内管壁上固定设置有前管壁螺旋导流翼片，前管壁螺旋导流翼片所在螺旋面的旋向与前中心螺旋导流板的旋向相反；后中心螺旋导流板对应的尿素混合管的内管壁上固定设置有后管壁螺旋导流翼片，后管壁螺旋导流翼片所在螺旋面的旋向与后中心螺旋导流板的旋向相反。

在上述结构中，由于尿素喷嘴座的锥管端内设置有喷嘴锥塞，且在喷嘴锥塞的锥面上设置有锥塞螺旋流道，且尿素喷嘴座的锥管锥角α大于喷嘴锥塞的锥角β，尿素喷嘴座和喷嘴锥塞形成的锥隙通道以及锥塞表面的螺旋流通使尿素水溶液能够在压力作用呈旋转状扩散而雾化；在喷嘴锥塞和弹簧支承架之间设置有压缩弹簧，这种结构形成了稳定的旋流喷出压力，使尿素水溶液能够形成扩散雾幕，从而达到充分雾化的作用。又由于尿素混合器包括前中心螺旋导流板和后中心螺旋导流板，并且在螺旋导流板对应的管壁上固定设置有管壁螺旋导流翼片，通过其间的雾化尿素溶液与气体在螺旋剪切作用下得以充分混合，从而能够获得更高的NOx脱除率和较小的NH₃逃逸量，使喷入排气管道中的尿素水溶液快速分解，缩短尿素分解所需时间，减少尿素在管壁和催化剂上形成结晶的机会。

本实用新型的优选实施方式，所述尿素喷嘴座的锥管内锥面和喷嘴锥塞的锥面均为圆锥面；该尿素喷嘴座的锥管内锥角α=40°，喷嘴锥塞的锥角β=35°。便于制作加工，且雾化效果好。

本实用新型的优选实施方式，所述锥塞螺旋流道为设置于喷嘴锥塞锥面的螺旋凹槽，该螺旋凹槽从喷嘴锥塞的一端面延伸至喷嘴锥塞的另一端面。所述弹簧支承架为搁置于尿素水溶液管旋入端的交叉杆构成。能够对尿素水溶液形成强烈的螺旋剪切作用，雾化效果更好。

本实用新型的优选实施方式，所述前中心螺旋导流板和后中心螺旋导流板由薄板扭转成螺旋板状结构，该前中心螺旋导流板和后中心螺旋导流板固定支承于尿素混合管的内管壁上。所述前中心螺旋导流板和后中心螺旋导流板沿尿素混合管中心线依次固定设置。所述前管壁螺旋导流翼片和后管壁螺旋导流翼片均包括有四片相互间隔设置的翼板片构成。混合作用更加充分。

本实用新型的优选实施方式，所述尿素混合管的截面积大于催化反应管的截面积。具有良好的消声降噪作用。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本实用新型船用柴油机排气净化装置作进一步详细说明。

图1是本实用新型船用柴油机排气净化装置一种具体实施方式的结构示意图；

图2是图1所示实施方式中尿素雾化喷嘴的放大结构示意图；

图3是图1所示实施方式中A—A剖面的结构示意图。

图中，1—排气管，2—催化反应管，3—尿素混合管，4—尿素雾化喷嘴、401—尿素水溶液管、402—尿素喷嘴座、403—弹簧支承架、404—压缩弹簧、405—喷嘴锥塞、406—锥塞螺旋流通、407—雾化喷口，5—前管壁螺旋导流翼片，6—前中心螺旋导流板，7—后管壁螺旋导流翼片，8—后中心螺旋导流板，9—吹灰喷嘴，10—气流膨胀腔，11—催化剂组合体，12—气流压缩腔。

具体实施方式

在图1所示的船用柴油机排气净化装置中，该排气净化装置包括相互连通的尿素混合管3和催化反应管2，钢质的尿素混合管3和催化反应管2均为圆筒管，催化反应管2的管径大于尿素混合管3的管径，并且尿素混合管3通过锥形筒管与催化反应管2相连通，锥形筒管对应着气流膨胀腔10，催化反应管2的后端又通过对应的锥形筒管与排气管1相连通，排气管1的管径小于催化反应管2的管径，此处的锥形筒管与气流压缩腔12位置相对应。在尿素混合管3中从前至后依次设置有尿素雾化喷嘴4和尿素混合器，尿素雾化喷嘴4位于尿素混合器的进气端。

如图2所示，尿素雾化喷嘴4包括尿素水溶液管401，尿素水溶液管401与尿素水溶液计量泵相连通，在尿素水溶液管401上旋接有尿素喷嘴座402，该尿素喷嘴座402的前端部为圆锥管，其圆锥管的内锥角α=40°尿素喷嘴座402的顶端位置为雾化喷口407。在尿素喷嘴座402的锥管端内设置有喷嘴锥塞405，喷嘴锥塞405为圆台结构，喷嘴锥塞405的锥角β=35°，在喷嘴锥塞405的锥面上设置有若干相互等距平行设置的锥塞螺旋流道406，锥塞螺旋流通406为设置于喷嘴锥塞405外锥面上的螺旋凹槽，该螺旋凹槽从喷嘴锥塞405的一端面延伸至喷嘴锥塞405的另一端面，从而引导水溶液沿旋向喷射而出。尿素喷嘴座402锥管内面和喷嘴锥塞405的锥表面均为圆锥面，并且喷嘴座402的锥管内锥角α大于喷嘴锥塞405的锥角β，从而成水溶液楔形流隙。在尿素水溶液管401的旋入端支承有弹簧支承架403，在喷嘴锥塞405和弹簧支承架403之间设置有压缩弹簧404，该压缩弹簧404将喷嘴锥塞405推向尿素喷嘴座402前端的雾化喷口407。

如图3所示，尿素混合器包括沿轴心线布置且位于尿素混合管3中心线位置的前中心螺旋导流板6和后中心螺旋导流板8，前中心螺旋导流板6和后中心螺旋导流板8均由钢质薄板扭转而成螺旋板状结构，该沿中心线依次相连固定设置的前中心螺旋导流板6和后中心螺旋导流板8通过对应的连接支撑杆固定于尿素混合管3的内管壁上。前中心螺旋导流板6和后中心螺旋导流板8的扭板旋向相反，以产生强烈的混合效果。在前中心螺旋导流板6对应的尿素混合管3的内管壁上固定设置有四片前管壁螺旋导流翼片5，该前管壁螺旋导流翼片5和前中心螺旋导流板6的旋向相反。同样在后中心螺旋导流板8对应的尿素混合管3的内管壁上固定设置有四片后管壁螺旋导流翼片7，该后管壁螺旋导流翼片7和后中心螺旋导流板8的旋向也相反。

在催化反应管2中设置有两组催化剂组合体11，催化剂组合体11的前端位置均设置有吹灰喷嘴9，该吹灰喷嘴9采用常用的声波清灰器。催化剂组合体11为常用的板式、蜂窝式或波纹板催化剂结构。气流膨胀腔10位于前组催化剂组合体11的前侧，气流压缩腔12位于后组催化剂组合体11的后侧。

Claims (8)

1.一种船用柴油机排气净化装置，包括相互连通的尿素混合管（3）和催化反应管（2），在尿素混合管（3）中从前至后依次设置有尿素雾化喷嘴（4）和尿素混合器；在催化反应管（2）中设置有催化剂组合体（11），在催化剂组合体（11）的前后两侧分别设置有气流膨胀腔（10）和气流压缩腔（12），在催化剂组合体（11）前侧还设置有吹灰喷嘴（9），气流压缩腔（12）与排气管（1）相连通，其特征在于：所述尿素雾化喷嘴（4）包括尿素水溶液管（401），该尿素水溶液管（401）上旋接有尿素喷嘴座(402)，尿素喷嘴座(402)的锥管端内设置有喷嘴锥塞（405），在喷嘴锥塞（405）有锥面上设置有锥塞螺旋流道（406），在尿素水溶液管（401）的旋入端支承有弹簧支承架（403），在喷嘴锥塞（405）和弹簧支承架（403）之间设置有压缩弹簧（404），所述尿素喷嘴座(402)的锥管内锥角α大于喷嘴锥塞（405）的锥角β；所述尿素混合器包括位于尿素混合管（3）中心线位置的前中心螺旋导流板（6）和后中心螺旋导流板（8），前中心螺旋导流板（6）和后中心螺旋导流板（18）的旋向相反，在前中心螺旋导流板（6）对应的尿素混合管（3）的内管壁上固定设置有前管壁螺旋导流翼片（5），前管壁螺旋导流翼片（5）所在螺旋面的旋向与前中心螺旋导流板（6）的旋向相反；后中心螺旋导流板（8）对应的尿素混合管（3）的内管壁上固定设置有后管壁螺旋导流翼片（7），后管壁螺旋导流翼片（7）所在螺旋面的旋向与后中心螺旋导流板（8）的旋向相反。

2.根据权利要求1所述的船用柴油机排气净化装置，其特征在于：所述尿素喷嘴座(402) 的锥管内锥面和喷嘴锥塞（405）的锥面均为圆锥面；该尿素喷嘴座(402)的锥管内锥角α=40°，喷嘴锥塞（405）的锥角β=35°。

3.根据权利要求1或2所述的船用柴油机排气净化装置，其特征在于：所述锥塞螺旋流道（406）为设置于喷嘴锥塞（405）锥面的螺旋凹槽，该螺旋凹槽从喷嘴锥塞（405）的一端面延伸至喷嘴锥塞（405）的另一端面。

4.根据权利要求1或2所述的船用柴油机排气净化装置，其特征在于：所述弹簧支承架（403）为搁置于尿素水溶液管（401）旋入端的交叉杆构成。

5.根据权利要求1所述的船用柴油机排气净化装置，其特征在于：所述前中心螺旋导流板（6）和后中心螺旋导流板（8）由薄板扭转成螺旋板状结构，该前中心螺旋导流板（6）和后中心螺旋导流板（8）固定支承于尿素混合管（3）的内管壁上。

6.根据权利要求5所述的船用柴油机排气净化装置，其特征在于：所述前中心螺旋导流板（6）和后中心螺旋导流板（8）沿尿素混合管（3）中心线依次固定设置。

7.根据权利要求5或6所述的船用柴油机排气净化装置，其特征在于：所述前管壁螺旋导流翼片（5）和后管壁螺旋导流翼片（7）均包括有四片相互间隔设置的翼板片构成。

8.根据权利要求1所述的船用柴油机排气净化装置，其特征在于：所述尿素混合管（3）的截面积大于催化反应管（2）的截面积。

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