專利名稱：一種用于柴油機尿素scr系統的混合器的制作方法
技術領域：
本實用新型柴油機排氣系統領域，更具體的說涉及一種用于柴油機尿素選擇催化還原⑴rea-SCR)系統中的混合裝置。
背景技術：
選擇性催化還原(SCR)是目前公認的減少柴油機NOx排放最有效的后處理技術之一，也被認為是最符合中國國情的、能滿足國IV排放要求的后處理技術之一。車用尿素SCR 后處理技術在歐洲已經使用數年，是歐洲解決歐IV / V排放要求的主流技術路線；在美國為了滿足更加嚴格的EPA2010，多數發動機制造商已經開始使用SCR后處理技術。在我國， 由于柴油硫含量較高，尿素SCR技術以其抗硫性能好，被認為是重型柴油機最可行的NOx排放控制后處理技術。隨著北京、上海等大城市率先實施國IV排放法規，國內已經出現了越來越多的搭載SCR后處理系統的公交車，而國內大多數柴油機廠也已完成了配備SCR系統的柴油機的開發。雖然SCR系統正在世界范圍內被推廣和應用，但仍有很多問題有待解決，例如低溫時如何提高NOx的轉化效率，如何降低沉積物生成，混合不均勻等因素造成的氨泄漏等等ο研究表明SCR管路中尿素水溶液和氨分布的均勻程度對尿素SCR系統的整體性能和耐久性能有重要的影響，如果氨分布不均勻會導致局部區域氨過多造成氨泄漏，而在另一些氨稀薄區域造成NOx轉化效率過低。長時間氨的不均勻會導致催化劑老化不均勻，從而影響催化劑的整體性能。另外，尿素液滴的不均勻分布會造成局部溫度過低、尿素濃度過高，形成結晶，嚴重時會堵塞排氣管、導致發動機動力性下降。混合器能夠使尿素噴霧液滴更充分地與排氣混合，提高混合均勻性，加快尿素液滴的蒸發，促進尿素的分解，形成均勻的氨分布，從而提高NOx的轉化效率，并減少低溫下尿素沉積物的生成量，降低氨泄漏。
發明內容本實用新型為一種用于柴油機尿素SCR系統的混合器，其目的是解決尿素SCR技術在實際應用中存在的上述問題，在較小的壓力損失前提下提高NOx的轉化效率，并降低沉積物的生成量和氨泄漏。為實現以上目的，本專利采用的技術方案是一種用于柴油機尿素SCR系統的混合器，包括排氣管和徑向均布在排氣管內的一組翼片，每個翼片呈板狀結構，并沿中心線扭轉一定角度成型。本實用新型的用于柴油機尿素SCR系統的混合器，安裝于排氣管中尿素水溶液噴嘴后端，使發動機排氣和尿素水溶液液滴經過混合器時產生強烈擾流，促進排氣和尿素水溶液的混合，同時混合器的葉片與尿素液滴碰撞時對尿素的分解有一定的促進作用，加快了尿素的分解。因此，本實用新型在較小的壓力損失前提下提高NOx的轉化效率，并降低沉積物的生成量和氨泄漏。所述翼片以3-8個為宜。所述每個翼片的長度為排氣管直徑的1/3-2/3。所述每個翼片沿中心線扭轉20-30度，扭轉曲線為一條直線段和圓弧段組成，直線段長度為發動機排氣管直徑的0. 2-0. 3倍，圓弧段為發動機排氣管直徑的0. 3-0. 5倍左右，該長度和半徑可以根據不同排氣管徑和不同壓力損失要求進行調整。該混合器可以焊接在法蘭上，并安裝在排氣管中尿素噴嘴后端，通過法蘭可以方便的進行安裝、拆卸，也可以直接焊接在某一段排氣管內部，然后通過焊接與其他段排氣管連接。 考慮到尿素水溶液的腐蝕性，高溫時容易侵蝕低碳鋼部件，本實用新型混合器優選304或439級或更高級別不銹鋼。
[0010]圖1為重型柴油機NOx尿素系統示意圖。[0011]圖2為混合器三維視圖。[0012]圖3為混合器正視圖，也是圖4A-A向的剖視圖。[0013]圖4為混合器側視圖。[0014]圖5為混合器翼片正視圖。[0015]圖6為混合器翼片三維視圖。[0016]圖7為混合器造成的擾流CFD仿真效果圖。[0017]圖8為安裝本混合器與未安裝時各種溫度下NOx排放的試驗結果對比圖。[0018]圖9安裝本混合器與未安裝時各種空速下NOx排放的試驗結果對比圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的原理、工作過程及具體實施方式
作進一步的說明。參照圖2-6，本實用新型的混合器，包括排氣管1和一組翼片2，在本實施例中采用8個翼片。所述8個翼片均布于排氣管的橫截面上，每個翼片由一個長度為排氣管直徑 1/3-2/3的不銹鋼板，沿中心線扭轉20-30度，扭轉曲線為一條直線段3和圓弧段4組成，直線段長度為發動機排氣管直徑的0. 2-0. 3倍，圓弧段為發動機排氣管直徑的0. 3-0. 5倍左右，該長度和半徑可以根據不同排氣管徑和不同壓力損失要求進行調整。該混合器可以焊接在法蘭上，并安裝在排氣管中尿素噴嘴后端，通過法蘭可以方便的進行安裝、拆卸，也可以直接焊接在某一段排氣管內部，然后通過焊接與其他段排氣管連接。考慮到尿素水溶液的腐蝕性，高溫時容易侵蝕低碳鋼部件，本實用新型混合器采用304或439級或更高級別不銹鋼。本實用新型的混合器在尿素SCR系統排氣管中的安裝位置如圖1中所示，將混合器安裝在尿素噴嘴后端。排氣經過混合時因葉片的擾流作用會產生強烈的氣流擾動，氣體擾流情況如示意圖7所示。強烈的湍流運動使排氣與尿素噴霧混合地更均勻，并加快尿素溶液的蒸發、分解，從而提高了氨分布的均勻性和NOx轉化效率，減小因氨分布不均勻而造成的氨泄漏。試驗1 在某型柴油發動機上進行發動機臺架試驗，對比分析在相同空速、不同溫度下 (溫度分別為250°c、300°c、35(rc、40(rc )安裝本混合器與不安裝混合器時對SCR催化轉化器后NOx濃度的影響，具體實施發動機工況見表1，試驗結果見圖8。試驗結果表明在相同空速、不同溫度下安裝本混合器能降低SCR催化轉化器后NOX濃度，提高SCR的轉化效率。試驗2 在某型柴油發動機上進行發動機臺架試驗，對比分析在相同溫度、不同空速下 (空速分別為20000h-l、35000h-l、50000h-l)安裝本混合器與不安裝混合器時對SCR催化轉化器后NOx濃度的影響，具體實施發動機工況見表1，試驗結果見圖9。試驗結果表明在相同溫度、不同空速下安裝本混合器能降低SCR催化轉化器后NOx濃度，提高SCR的轉化效率。表1實施例中發動機工況
權利要求1.一種用于柴油機尿素SCR系統的混合器，包括排氣管⑴和徑向均布在排氣管內的一組翼片O)，其特征在于每個翼片呈板狀結構，并沿中心線扭轉一定角度成型。
2.如權利要求1所述的混合器，其特征在于所述的翼片為3-8個。
3.如權利要求1所述的混合器，其特征在于所述每個翼片的長度為排氣管直徑的 1/3-2/3。
4.如權利要求1-3任何一項所述的混合器，其特征在于所述每個翼片沿中心線扭轉 20-30度，扭轉曲線為一條直線段(3)和圓弧段(4)組成。
5.如權利要求4所述的混合器，其特征在于所述直線段長度為發動機排氣管直徑的 0. 2-0. 3倍，圓弧段為發動機排氣管直徑的0. 3-0. 5倍。
專利摘要本實用新型設計了一種用于柴油機NOx尿素SCR系統的混合器，由一組弧形翼片均布于排氣管的橫截面上形成。經專用CFD軟件計算分析，該混合器可有效地增加氣體擾動，使得發動機廢氣和尿素液滴通過混合器后得到充分混合，在進入SCR催化轉化其器之前得到較高的分布均勻性，進而進行充分的反應，以降低汽車尾氣中NOx的含量，該混合器混合效果好，排氣背壓小。同時通過發動機臺架試驗驗證了該混合器能在各種不同工況下進一步降低SCR催化器后NOx濃度，提高SCR催化轉化效率。該混合器結構緊湊，安裝方便，能夠廣泛應用于帶尿素SCR系統的柴油機排氣管路中。
文檔編號F01N3/28GK201972767SQ20102062802
公開日2011年9月14日 申請日期2010年11月26日 優先權日2010年11月26日
發明者周小燕, 孔芬霞, 帥石金, 趙彥光, 陸國棟, 陳鎮 申請人:杭州銀輪科技有限公司, 浙江銀輪機械股份有限公司