CN115013128B - 一种scr混合器及scr*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种SCR混合器及SCR***，属于柴油发动机技术领域，所述SCR混合器包括第一C形挡板、第二C形挡板以及出气挡板；所述第一C形挡板与第二C形挡板以开口相对的方式分左右对称布置，两者之间形成混合腔；所述第一C形挡板与第二C形挡板的前侧边缘之间形成通入所述混合腔的前开口，所述第一C形挡板与第二C形挡板的后侧边缘之间形成与所述混合腔连通的后开口；所述出气挡板呈弧形并位于所述后开口的后侧，所述出气挡板与所述第一C形挡板和第二C形挡板之间形成从前侧分左右通向所述后开口的空腔。该混合器能够使还原剂液滴在混合腔内有足够的时间和条件与废气充分混合、蒸发分解，从而提高后处理***NH3混合均匀性及抗结晶性能。

Description

一种SCR混合器及SCR***
技术领域
本发明涉及柴油发动机技术领域，尤其是柴油发动机排气***中的SCR混合器。本发明还涉及设有所述SCR混合器的SCR***。
背景技术
SCR（即选择性催化还原）技术的基本原理是向排气中喷射燃油或者添加其他还原剂（氨、尿素及碳氢化合物等），选择合适的催化剂，促进还原剂与NOx反应，有选择性的把烟气中的NOx还原为无毒害的N2和H2O，同时抑制还原剂被排气中的氧气氧化。
现有SCR技术按照还原剂的种类可以分为以尿素分解产生的NH3作为还原剂的尿素SCR技术和以碳氢作为还原剂的碳氢SCR技术两类。目前碳氢SCR技术仍在进一步的研究当中，实际应用不多，而尿素SCR技术较为成熟，实际应用较多。在实际的SCR反应开始前尿素先生成氨，尿素水溶液以微小液滴形式经喷嘴喷入排气管内，在温度较高的排气中水分蒸发，产生颗粒状的尿素CO(NH2)2。当温度高于180℃时，尿素发生热解反应产生异氰酸（HNCO）和一部分NH3，随后热解产生的异氰酸发生水解反应产生一部分NH3和CO2，NH3-SCR利用尿素在尾气中分解生成的NH3来选择催化NOx。
尿素SCR***主要包括催化器、尿素喷射泵、尿素箱、喷射控制单元、混合器、尿素水溶液温度和液位传感器、尿素水溶液质量传感器、排气温度传感器、NOx传感器和NH3传感器等。SCR***的柴油车在低负荷条件下运行时容易生成尿素结晶结石等沉积物，该问题一直是影响车辆稳定运行的主要因素。车辆运行过程中，由于尿素雾化不良、混合不均匀或者分解不充分，导致喷射的尿素液滴不能实时转化为NH3，而是生成副产物，导致还原反应不稳定，从而影响到NOx排放的一致性和转化效率。尿素沉积物根据形成过程可分为尿素结晶和尿素结石，尿素结晶是由于尿素溶液中的水分流失导致尿素溶液过饱和，尿素析出产生的，是物理反应过程的产物，随着温度的升高可以继续分解；而尿素结石是由于尿素分解过程中的副反应产生的副产物所致，属于化学反应产物，需要较高的温度才能分解。由于尿素液滴质量比气体大得多，因此在气流流动滞止区存留下来形成的结晶，如果不能及时完全分解，则会以此为原核不断生长，由于不能完全分解，最终形成尿素结晶结石，累积到一定程度有可能堵塞尿素流动通道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种SCR混合器，以解决上述技术问题。
本发明的另一目的在于提供一种设有所述SCR混合器的SCR***。
为实现上述目的，本发明提供一种SCR混合器，包括第一C形挡板、第二C形挡板以及出气挡板；所述第一C形挡板与第二C形挡板以开口相对的方式分左右对称布置，两者之间形成混合腔；所述第一C形挡板与第二C形挡板的前侧边缘之间形成通入所述混合腔的前开口，所述第一C形挡板与第二C形挡板的后侧边缘之间形成与所述混合腔连通的后开口；所述出气挡板呈弧形并位于所述后开口的后侧，所述出气挡板与所述第一C形挡板和第二C形挡板之间形成从前侧分左右通向所述后开口的空腔。
可选地，所述出气挡板的后侧设有带弧形孔挡板。
可选地，所述带弧形孔挡板呈圆形，其上设有多道同圆心的弧形孔。
可选地，所述弧形孔在所述带弧形孔挡板上以左右对称的形式分布。
可选地，所述弧形孔的长度从外圈向内圈逐层减小。
可选地，最内圈的所述弧形孔的外侧孔壁为弧形壁、内侧孔壁为竖向直壁。
可选地，所述带弧形孔挡板的左上角和右上角区域分别设有以点阵形式分布的通气孔。
可选地，所述通气孔在所述带弧形孔挡板的左上角和右上角大体占据直角三角形区域。
可选地，所述第一C形挡板与第二C形挡板在其开口两侧的板体上分别设有以点阵形式分布的通孔。
为实现上述另一目的，本发明还提供一种SCR***，包括催化器和位于所述催化器上游的混合器，其中，所述混合器为上述任一项所述的SCR混合器，所述SCR混合器在其混合腔的上方设有还原剂喷射口。
本发明所提供的SCR混合器设有第一C形挡板和第二C形挡板，两个C形挡板之间形成混合腔，气流可通过前开口和后开口进入混合腔，气流通过混合腔时在双C型结构的作用下能够高速旋转，形成四个均布旋流，在旋流的作用下，还原剂液滴在原本有限的混合空间内有足够的时间和条件与废气充分混合、蒸发分解，从而达到提高后处理***NH3混合均匀性及抗结晶性能的目的。
在一种优选方案中，出气挡板后侧的带弧形孔挡板能够引导从混合腔流出的混合气的流向，进一步提高SCR前NH3混合均匀性，提高SCR转化效率，并且，可以有效降低压力损失，提高混合器的经济性能。
本发明所提供的SCR***设有所述SCR混合器，由于所述SCR混合器具有上述技术效果，则设有该SCR混合器的SCR***，也应具有相应的技术效果。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的一种SCR混合器的内部结构示意图；
图2为图1中所示带弧形孔挡板的结构示意图；
图3为气流在混合腔内形成四个均布旋流的仿真流线图；
图4为未设置带弧形孔挡板的情况下，SCR入口处NH3均匀性仿真图；
图5为设置带弧形孔挡板的情况下，SCR入口处NH3均匀性仿真图；
图6为本发明实施例所提供的一种SCR***的局部结构示意图。
图中：
1.第一C形挡板 2.第二C形挡板 3.出气挡板 4.带弧形孔挡板 41.弧形孔 42.通气孔 5.混合腔 6.前开口 7.后开口 8.通孔 9.空腔 10.催化器。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
在本文中，“上、下、内、外”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定；而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
请参考图1，图1为本发明实施例所提供的一种SCR混合器的内部结构示意图。
在一种具体实施例中，本发明所提供的SCR混合器，主要由第一C形挡板1、第二C形挡板2、出气挡板3以及带弧形孔挡板4等部件组成，以上部件可一起安装于壳体内。
其中，第一C形挡板1和第二C形挡板2在横截面上大体呈“C”字形，第一C形挡板1与第二C形挡板2以开口相对的方式分左右对称布置，两者之间形成混合腔5；第一C形挡板1与第二C形挡板2的前侧边缘之间形成通入混合腔5的前开口6，第一C形挡板1与第二C形挡板2的后侧边缘之间形成与混合腔5连通的后开口7。
第一C形挡板1与第二C形挡板2在其开口两侧的板体上分别设有以点阵形式密集分布的通孔8。当气流流过时，绝大部分气流从前开口6和后开口7进入混合腔5，另外有一小部分气流从前开口6和后开口7两边的通孔8进入混合腔5，以更好地形成旋流。
出气挡板3呈弧形并位于后开口7的后侧，出气挡板3与第一C形挡板1和第二C形挡板2之间保持一定间距，并且从后侧包绕第一C形挡板1和第二C形挡板2，从而形成从前侧分左右通向后开口7的空腔9。
请一并参考图2，图2为图1中所示带弧形孔挡板的结构示意图。
带弧形孔挡板4大体呈圆形，位于出气挡板3的后侧，带弧形孔挡板4的中部向前凸起，其迎向气流的一面为弧面，带弧形孔挡板4上设有三道同圆心的弧形孔41，且三道弧形孔41在带弧形孔挡板4上以左右对称的形式分布，弧形孔41的长度从外圈向内圈逐层减小，处于外圈的弧形孔41尺寸较长，处于内圈的弧形孔41尺寸较短，最内圈的弧形孔41最接近圆心，由于圆心处的结构空间有限，因此，其外侧孔壁为弧形壁、内侧孔壁为竖向直壁。
此外，带弧形孔挡板4的左上角和右上角区域还分别设有以点阵形式分布的通气孔42，这两处通气孔42在带弧形孔挡板4的左上角和右上角大体占据直角三角形区域。
工作时，发动机废气一部分从第一C形挡板1和第二C形挡板2的前开口6进入混合腔5，另一部分沿第一C形挡板1和第二C形挡板2与出气挡板3之间的空腔9从后开口7进入混合腔5，尿素溶液经尿素喷嘴喷射后与废气混合形成混合气，如图3仿真流线图所示，混合气流在双C形挡板的作用下形成四个均布的旋转气流（分别为第一旋流A、第二旋流B、第三旋流C、第四旋流D）裹挟尿素液滴向下旋转流动，使尿素溶液与废气充分混合并蒸发分解，提高NH3混合的均匀性。
如果未加带弧形孔挡板4，则催化器入口10的NH3均匀性如图4所示，在催化器10前设置带弧形孔挡板4之后，在带弧形孔挡板4的引导作用下， 催化器10入口处的NH3混合均匀性显著提高，如图5所示。此外，设有通孔的第一C形挡板1和第二C形挡板2和带弧形孔挡板4可以有效降低压力损失，提高混合器的经济性能。
上述实施例仅是本发明的优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如， 在带弧形孔挡板4上，其弧形孔41的数量进一步增加或减少，等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。
该混合器能够使混合气在双C形挡板的作用下形成四个均布的旋转气流裹挟尿素液滴向下旋转流动，使尿素溶液与废气充分混合并蒸发分解，提高NH3混合的均匀性，带弧形孔挡板4能够显著提高催化器入口处的NH3混合均匀性，达到提高后处理***NH3混合均匀性和抗结晶性能及降低压力损失的目的。
此外，还能实现结构的模块化设计，应用于不同排量的发动机，根据不同规格的后处理，对相关结构进行合理调整，实现与发动机的完美匹配，无复杂连接安装结构，可靠性高，后处理封装布置更简单。
除了上述SCR混合器，本发明还提供一种SCR***，包括催化器10和位于催化器上游的混合器，其中，混合器为上文所描述的SCR混合器，其设置在催化器10入口的前侧，并在混合腔5的上方设有还原剂喷射口，所采用的还原剂具体可以是尿素等。
以上对本发明所提供的SCR混合器和SCR***进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种SCR混合器，其特征在于，包括第一C形挡板(1)、第二C形挡板(2)以及出气挡板(3)；所述第一C形挡板(1)与第二C形挡板(2)以开口相对的方式分左右对称布置，两者之间形成混合腔(5)；所述第一C形挡板(1)与第二C形挡板(2)的前侧边缘之间形成通入所述混合腔(5)的前开口(6)，所述第一C形挡板(1)与第二C形挡板(2)的后侧边缘之间形成与所述混合腔(5)连通的后开口(7)；所述出气挡板(3)呈弧形并位于所述后开口(7)的后侧，所述出气挡板(3)与所述第一C形挡板(1)和第二C形挡板(2)之间形成从前侧分左右通向所述后开口(7)的空腔(9)，气流能够通过前开口(6)和后开口(7)进入混合腔(5)，气流通过混合腔(5)时在所述第一C形挡板(1)与第二C形挡板(2)的作用下能够高速旋转，形成四个均布旋流。
2.根据权利要求1所述的SCR混合器，其特征在于，所述出气挡板(3)的后侧设有带弧形孔挡板(4)。
3.根据权利要求2所述的SCR混合器，其特征在于，所述带弧形孔挡板(4)呈圆形，其上设有多道同圆心的弧形孔(41)。
4.根据权利要求3所述的SCR混合器，其特征在于，所述弧形孔(41)在所述带弧形孔挡板(4)上以左右对称的形式分布。
5.根据权利要求4所述的SCR混合器，其特征在于，所述弧形孔(41)的长度从外圈向内圈逐层减小。
6.根据权利要求5所述的SCR混合器，其特征在于，最内圈的所述弧形孔(41)的外侧孔壁为弧形壁、内侧孔壁为竖向直壁。
7.根据权利要求4所述的SCR混合器，其特征在于，所述带弧形孔挡板(4)的左上角和右上角区域分别设有以点阵形式分布的通气孔(42)。
8.根据权利要求7所述的SCR混合器，其特征在于，所述通气孔(42)在所述带弧形孔挡板(4)的左上角和右上角大体占据直角三角形区域。
9.根据权利要求1所述的SCR混合器，其特征在于，所述第一C形挡板(1)与第二C形挡板(2)在其开口两侧的板体上分别设有以点阵形式分布的通孔(8)。
10.一种SCR***，包括催化器和位于所述催化器上游的混合器，其特征在于，所述混合器为上述权利要求1至9中任一项所述的SCR混合器，所述SCR混合器在其混合腔的上方设有还原剂喷射口。
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