CN111271166A - 一种紧凑型箱式后处理器及其尿素混合器 - Google Patents

一种紧凑型箱式后处理器及其尿素混合器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种紧凑型箱式后处理器及其尿素混合器，包括前隔板和后隔板，前隔板与后隔板之间设置DOC‑DPF筒体、混合器、第一SCR筒体、第二SCR筒体，DOC‑DPF筒体前端口安装进气端盖，进气端盖上开有废气进口，混合器前端口、第一SCR筒体前端口、第二SCR筒体前端口连通，第一SCR筒体后端口与第二SCR筒体后端口连通，混合器后端口与DOC‑DPF筒体后端口连通，后隔板开有尾气通孔，前隔板与后隔板之间通过设置箱体盖板进行包裹，箱体盖板上安装出口管。本发明，结构简单，既能够满足气流均匀度和NH3均匀度，提升DOC、DPF及SCR的转化效率，又能显著降低尿素结晶风险。

Description

一种紧凑型箱式后处理器及其尿素混合器
技术领域
本发明属于柴油机尾气后处理技术领域，涉及紧凑型箱式后处理器及其尿素混合器。
背景技术
在柴油机尾气后处理行业中，不断提升DOC、DPF和SCR入口面的的气流均匀度是保证后处理器转化效率的重要措施和手段。同时，针对SCR***，如何提升SCR催化剂端面的NH3浓度均匀性，减少尿素在混合器位置的结晶风险是整个开发过程中的关键。通常采用的箱式后处理器由于占用空间大，气流均匀度和NH3均匀度容易满足，但随着后处理器集成化趋势的发展，紧凑型箱式后处理器由于混合空间被进一步压缩，气流均匀度和NH3均匀度难以实现。
尤其是针对双通道并联的SCR***，不但要保证两路SCR通道的进气量合理，同时还要保证气流均匀度和NH3均匀度，采用常规的孔板设计很难达到满意的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种紧凑型箱式后处理器及其尿素混合器，既能够满足气流均匀度和NH3均匀度，提升DOC、DPF及SCR的转化效率，又能显著降低尿素结晶风险。
按照本发明提供的技术方案：一种紧凑型箱式后处理器及其尿素混合器，包括前隔板和后隔板，所述前隔板与所述后隔板之间设置DOCDPF筒体、混合器、第一SCR筒体、第二SCR筒体，所述DOCDPF筒体前端口安装进气端盖，所述进气端盖上开有废气进口，所述混合器前端口、所述第一SCR筒体前端口、所述第二SCR筒体前端口连通，所述第一SCR筒体后端口与所述第二SCR筒体后端口连通，所述混合器后端口与所述DOCDPF筒体后端口连通，所述后隔板开有尾气通孔，所述前隔板与所述后隔板之间通过设置箱体盖板进行包裹，所述箱体盖板上安装出口管。
作为本发明的进一步改进，所述前隔板上开有DOCDPF筒体前安装孔、混合器前安装孔、第一SCR筒体前安装孔、第二SCR筒体前安装孔，所述后隔板上开有DOCDPF筒体后安装孔、混合器后安装孔、第一SCR筒体后安装孔、第二SCR筒体后安装孔。
作为本发明的进一步改进，所述DOCDPF筒体前后两端分别位于所述DOCDPF筒体前安装孔和所述DOCDPF筒体后安装孔中，所述混合器前后两端分别位于所述混合器前安装孔和所述混合器后安装孔中，所述第一SCR筒体前后两端分别位于所述第一SCR筒体前安装孔和所述第一SCR筒体后安装孔中，所述第二SCR筒体前后两端分别位于所述第二SCR筒体前安装孔和所述第二SCR筒体后安装孔中。
作为本发明的进一步改进，所述进气端盖上偏心开有废气进口，所述DOCDPF筒体前端内周安装DOC前混合板，所述DOC前混合板中开有尾气通孔，所述DOC前混合板一侧为DOC前混合缺口，所述DOCDPF筒体内安装废气净化催化剂。
作为本发明的进一步改进，所述混合器包括混合腔外端盖，所述混合腔外端盖中开有喷嘴连接凸台，所述喷嘴连接凸台安装尿素喷嘴，所述混合腔外端盖前侧连接混合腔内端盖，所述混合腔内端盖上设置DOCDPF筒体连接环，所述DOCDPF筒体连接环一侧为连接管定位套，所述连接管定位套中安装连接管，所述连接管中设置旋流孔管，所述旋流孔管前端口安装多孔凸面堵盖，所述旋流孔管后端口安装导流喇叭管，所述旋流孔管前部外周开有旋流孔，所述旋流孔管后部外周开有翅片状孔口，所述旋流孔与所述翅片状孔口之间的外周安装挡环，所述旋流孔管前部外周安装多孔混合环，所述导流喇叭管位于所述喷嘴连接凸台侧面，所述DOCDPF筒体连接环套设于所述DOCDPF筒体后端口外周。
作为本发明的进一步改进，所述混合器前端口、所述第一SCR筒体前端口、所述第二SCR筒体前端口通过设置SCR前端盖进行连通，所述第一SCR筒体后端口与所述第二SCR筒体后端口通过SCR后端盖进行连通，所述SCR后端盖安装在所述后隔板后侧，所述后隔板在所述SCR后端盖覆盖的部分开有所述尾气通孔。
作为本发明的进一步改进，所述箱体盖板由上箱体盖板以及下箱体盖板组成，所述下箱体盖板上安装所述出口管。
作为本发明的进一步改进，所述连接管定位套外周安装卡箍。
作为本发明的进一步改进，所述挡环通过焊接工艺固定于所述连接管内。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、本发明采用不同尺寸的双SCR通道设计，大大降低了箱式后处理器的尺寸，使得箱式后处理器的尺寸更加紧凑。
2、本发明针对DOC、DPF及SCR的进气方向，分别采用半月形及弧形混合板进行气流的混合，提升了偏心进气及双SCR通道的气流均匀度以及双SCR通道的NH3均匀度。
3、本发明采用长旋流孔管形成强旋转气流，长孔管更加有利于尿素的快速破碎和扩散，防止尿素在狭小空间内过快累积。
4、本发明旋流孔管尾端采用多孔凸面堵盖，防止尿素在旋流孔管中累积，同时对旋流孔管内部的尿素形成二次破碎作用。
5、本发明旋流孔管上采用两层多孔隔板设计，对旋流孔管外的尿素颗粒形成二次破碎作用。
6、本发明旋流孔管前端采用导流喇叭管，能够引导气流和尿素从中间位置进入旋流孔管，防止气流横向冲击喷嘴位置的尿素造成喷嘴位置结晶。
附图说明
图1为本发明紧凑型箱式后处理器的轴侧图。
图2为本发明紧凑型箱式后处理器的左视图。
图3为本发明紧凑型箱式后处理器的右视图。
图4为本发明紧凑型箱式后处理器的箱体分解示意图。
图5为本发明紧凑型箱式后处理器的端盖分解示意图。
图6为本发明紧凑型箱式后处理器的整体分解示意图。
图7为本发明紧凑型箱式后处理器的混合器分解示意图。
图8为本发明紧凑型箱式后处理器的旋流管分解示意图。
图9为本发明前隔板的轴侧图。
图10为本发明后隔板的轴侧图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
图1-10中，包括进气端盖1、前隔板2、DOC-DPF筒体前安装孔2-1、混合器前安装孔2-2、第一SCR筒体前安装孔2-3、第二SCR筒体前安装孔2-4、DOC前混合板3、DOC-DPF筒体4、后隔板5、DOC-DPF筒体后安装孔5-1、混合器后安装孔5-2、第一SCR筒体后安装孔5-3、第二SCR筒体后安装孔5-4、连接抱箍6、混合器7、尿素喷嘴7-1、混合腔外端盖7-2、混合腔内端盖7-3、DOC-DPF筒体连接环7-31、连接管定位套7-32、卡箍7-4、导流喇叭管7-5、旋流孔管7-6、挡环7-7、多孔混合环7-8、多孔凸面堵盖7-9、连接管7-10、SCR前端盖8、SCR前混合板9、第一SCR筒体10、第二SCR筒体11、SCR后端盖12、出口管13、上箱体盖板14以、下箱体盖板15等。
如图1-5所示，本发明是一种紧凑型箱式后处理器及其尿素混合器，包括前隔板2和后隔板5，如图9所示，前隔板2上开有DOC-DPF筒体前安装孔2-1、混合器前安装孔2-2、第一SCR筒体前安装孔2-3、第二SCR筒体前安装孔2-4。 如图10所示，后隔板5上开有DOC-DPF筒体后安装孔5-1、混合器后安装孔5-2、第一SCR筒体后安装孔5-3、第二SCR筒体后安装孔5-4、尾气通孔5-5。将本说明书中，将前隔板2一侧定位为前方向，将后隔板5一侧定义为后方向。
前隔板2与后隔板5之间设置DOC-DPF筒体4、混合器7、第一SCR筒体10、第二SCR筒体11。DOC-DPF筒体4前后两端分别位于DOC-DPF筒体前安装孔2-1和DOC-DPF筒体后安装孔5-1中，混合器7前后两端分别位于混合器前安装孔2-2和混合器后安装孔5-2中，第一SCR筒体10前后两端分别位于第一SCR筒体前安装孔2-3和第一SCR筒体后安装孔5-3中，第二SCR筒体11前后两端分别位于第二SCR筒体前安装孔2-4和第二SCR筒体后安装孔5-4中。
DOC-DPF筒体前安装孔2-1前端连接进气端盖1，进气端盖1上偏心开有废气进口，DOC-DPF筒体4前端内周安装DOC前混合板3，DOC-DPF筒体4内安装废气净化催化剂。DOC前混合板3中开有尾气通孔，DOC前混合板3一侧为DOC前混合缺口。
如图6～图8所示，混合器7包括混合腔外端盖7-2，混合腔外端盖7-2中开有喷嘴连接凸台，喷嘴连接凸台安装尿素喷嘴7-1。混合腔外端盖7-2前侧连接混合腔内端盖7-3，混合腔内端盖7-3上设置DOC-DPF筒体连接环7-31，DOC-DPF筒体连接环一侧为连接管定位套7-32。连接管定位套7-32中安装连接管7-10，并通过在连接管定位套7-32外周安装卡箍7-4将两者固定。连接管7-10中设置旋流孔管7-6，旋流孔管7-6前端口安装多孔凸面堵盖7-9，旋流孔管7-6后端口安装导流喇叭管7-5，旋流孔管7-6前部外周开有旋流孔，旋流孔管7-6后部外周开有翅片状孔口，旋流孔与翅片状孔口之间的外周安装挡环7-7，旋流孔管7-6前部外周安装多孔混合环7-8。挡环7-7通过焊接工艺固定于连接管7-10内。导流喇叭管7-5位于喷嘴连接凸台侧面。DOC-DPF筒体连接环7-31套设于DOC-DPF筒体4后端口外周。
多孔凸面堵盖7-9中部开有废气通孔，废气通孔外周均布尿素破碎孔。
多孔混合环7-8外周均布尿素破碎孔。
混合器7前端口、第一SCR筒体10前端口、第二SCR筒体11前端口通过设置SCR前端盖8进行连通，第一SCR筒体10后端口与第二SCR筒体11后端口通过SCR后端盖12进行连通。SCR后端盖12安装在后隔板5后侧。后隔板5在SCR后端盖12覆盖的部分开有尾气通孔5-5。
前隔板2与后隔板5之间通过设置箱体盖板进行包裹。箱体盖板由上箱体盖板14以及下箱体盖板15组成，下箱体盖板15上安装出口管13。
本发明的工作过程如下：
当废气进入紧凑型箱式后处理器中时，首先通过进气端盖1上的废气进口进入DOC-DPF筒体4，并通过DOC前混合板3完成前的气流混合。由于进气方向的限制，本发明为典型的偏心进气，即进气口不在DPC-DPF筒体4的中心轴线位置。这将导致DOC-DPF筒体内的气流分布极不均匀，本发明中DOC前混合板3采用半月形孔板，并开有尾气通孔，尾气通过尾气通孔时产生一定的压力，导致部分尾气从DOC前混合缺口流入，能够有效改善偏心进气造成的气流不均匀问题。
废气经DOC-DPF筒体4中废气净化催化剂的进化后从尾端流出，进入DOC-DPF筒体连接环7-31，先在混合腔外端盖7-2、混合腔内端盖7-3组成的混合腔内汇集，再沿着喷嘴连接凸台与连接管7-10的间隙流入连接管7-10后部，由于挡环7-7的阻挡，通过翅片状孔口进入旋流孔管7-6后部，废气在通过翅片状孔口形成强旋转气流。此时，尿素喷嘴7-1喷入尿素，通过导流喇叭管7-5进入了旋流孔管7-6中，并在废气强旋转气流的作用下快速旋转扩散，小部分尿素通过旋流孔管7-6底部的多孔凸面堵盖7-9扩散出去，而大部分尿素则通过旋流孔管7-6上旋流孔甩出，甩出的尿素在通过挡环7-7和多孔混合环7-8完成二次破碎和混合。采用旋流和较长的旋流孔管以及两层多孔混合板的目的是迫使尿素从多个位置扩散出来，防止尿素在同一个位置碰壁和累积。
废气及分解完成的NH3在混合器7中混合完成后，进入SCR前端盖8中，并在此分流，分别计入第一SCR筒体10和第二SCR筒体11中。由于废气及分解完成的NH3先流过第一SCR筒体，为了防止气流过多从第一SCR筒体10排出，同时为了改善第一SCR筒体10中的NH3浓度分布均匀度，通过第一SCR筒体10前端的半锥形的SCR前混合板9进行分流和混合，SCR前混合板9阻止了一部分废气及分解完成的NH3流入第一SCR筒体，不但保证了进入第二SCR筒体11中的气流量，同时也提升了气流的均匀性和NH3浓度均匀性。
从第一SCR筒体10后端口和第二SCR筒体11后端口中排出的转化完全的废气进入SCR后端盖12中，通过后隔板5开有的尾气通孔5-5进入箱体盖板与前隔板2、后隔板5围成的腔室，最终从出口管13排出后处理器。

Claims (9)

1.一种紧凑型箱式后处理器及其尿素混合器，其特征在于：所述混合器包括前隔板（2）和后隔板（5），所述前隔板（2）与所述后隔板（5）之间设置DOC-DPF筒体（4）、混合器（7）、第一SCR筒体（10）、第二SCR筒体（11），所述DOC-DPF筒体（4）前端口安装进气端盖（1），所述进气端盖（1）上开有废气进口，所述混合器（7）前端口、所述第一SCR筒体（10）前端口、所述第二SCR筒体（11）前端口连通，所述第一SCR筒体（10）后端口与所述第二SCR筒体（11）后端口连通，所述混合器（7）后端口与所述DOC-DPF筒体（4）后端口连通，所述后隔板（5）开有尾气通孔（5-5），所述前隔板（2）与所述后隔板（5）之间通过设置箱体盖板进行包裹，所述箱体盖板上安装出口管（13）。
2.如权利要求1所述的紧凑型箱式后处理器及其尿素混合器，其特征在于：所述前隔板（2）上开有DOC-DPF筒体前安装孔（2-1）、混合器前安装孔（2-2）、第一SCR筒体前安装孔（2-3）、第二SCR筒体前安装孔（2-4），所述后隔板（5）上开有DOC-DPF筒体后安装孔（5-1）、混合器后安装孔（5-2）、第一SCR筒体后安装孔（5-3）、第二SCR筒体后安装孔（5-4）。
3.如权利要求2所述的紧凑型箱式后处理器及其尿素混合器，其特征在于：所述DOC-DPF筒体（4）前后两端分别位于所述DOC-DPF筒体前安装孔（2-1）和所述DOC-DPF筒体后安装孔（5-1）中，所述混合器（7）前后两端分别位于所述混合器前安装孔（2-2）和所述混合器后安装孔（5-2）中，所述第一SCR筒体（10）前后两端分别位于所述第一SCR筒体前安装孔（2-3）和所述第一SCR筒体后安装孔（5-3）中，所述第二SCR筒体（11）前后两端分别位于所述第二SCR筒体前安装孔（2-4）和所述第二SCR筒体后安装孔（5-4）中。
4.如权利要求2所述的紧凑型箱式后处理器及其尿素混合器，其特征在于：所述进气端盖（1）上偏心开有废气进口，所述DOC-DPF筒体（4）前端内周安装DOC前混合板（3），所述DOC前混合板（3）中开有尾气通孔，所述DOC前混合板（3）一侧为DOC前混合缺口，所述DOC-DPF筒体（4）内安装废气净化催化剂。
5.如权利要求1所述的紧凑型箱式后处理器及其尿素混合器，其特征在于：所述混合器（7）包括混合腔外端盖（7-2），所述混合腔外端盖（7-2）中开有喷嘴连接凸台，所述喷嘴连接凸台安装尿素喷嘴（7-1），所述混合腔外端盖（7-2）前侧连接混合腔内端盖（7-3），所述混合腔内端盖（7-3）上设置DOC-DPF筒体连接环（7-31），所述DOC-DPF筒体连接环一侧为连接管定位套（7-32），所述连接管定位套（7-32）中安装连接管（7-10），所述连接管（7-10）中设置旋流孔管（7-6），所述旋流孔管（7-6）前端口安装多孔凸面堵盖（7-9），所述旋流孔管（7-6）后端口安装导流喇叭管（7-5），所述旋流孔管（7-6）前部外周开有旋流孔，所述旋流孔管（7-6）后部外周开有翅片状孔口，所述旋流孔与所述翅片状孔口之间的外周安装挡环（7-7），所述旋流孔管（7-6）前部外周安装多孔混合环（7-8），所述导流喇叭管（7-5）位于所述喷嘴连接凸台侧面，所述DOC-DPF筒体连接环（7-31）套设于所述DOC-DPF筒体（4）后端口外周。
6.如权利要求1所述的紧凑型箱式后处理器及其尿素混合器，其特征在于：所述混合器（7）前端口、所述第一SCR筒体（10）前端口、所述第二SCR筒体（10）前端口通过设置SCR前端盖（8）进行连通，所述第一SCR筒体（10）后端口与所述第二SCR筒体（11）后端口通过SCR后端盖（12）进行连通，所述SCR后端盖（12）安装在所述后隔板（5）后侧，所述后隔板（5）在所述SCR后端盖（12）覆盖的部分开有所述尾气通孔（5-5）。
7.如权利要求1所述的紧凑型箱式后处理器及其尿素混合器，其特征在于：所述箱体盖板由上箱体盖板（14）以及下箱体盖板（15）组成，所述下箱体盖板（15）上安装所述出口管（13）。
8.如权利要求5所述的紧凑型箱式后处理器及其尿素混合器，其特征在于：所述连接管定位套（7-32）外周安装卡箍（7-4）。
9.如权利要求5所述的紧凑型箱式后处理器及其尿素混合器，其特征在于：所述挡环（7-7）通过焊接工艺固定于所述连接管（7-10）内。
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