一种大型柴油机SCR尿素混合管及尾气处理方法技术

本发明专利技术公开了一种大型柴油机SCR尿素混合管及尾气处理方法；尿素混合管包括进气管，所述进气管的后端依次连接尿素混合室、中间连接管、催化剂桶体及出气管；所述进气管上设有尿素喷枪；所述中间连接管内设有后置混合器；所述尿素混合室的管径大于所述进气管的管径；利用管径变化改变气流流动的特性，提高尿素与排气的混合均匀性，促进尿素液滴的快速吸热分解。本发明专利技术能够加速混合管中尿素的分解速率，提高尿素混合的均匀性，最终提高大型柴油机的NOX转化效率。

A SCR Urea Mixing Tube and Tail Gas Treatment Method for Large Diesel Engine

【技术实现步骤摘要】
一种大型柴油机SCR尿素混合管及尾气处理方法
本专利技术涉及大型柴油机排气净化处理
，尤其涉及一种大型柴油机SCR尿素混合管及尾气处理方法。
技术介绍
选择性催化还原(SCR)可以在保证柴油机动力性和经济性的同时，有效解决NOX排放的问题，满足环保法规的要求，该技术在国内车用柴油机国IV、国V阶段得到了广泛的应用。SCR的基本工作原理是通过尿素喷射装置向柴油机排气管中喷射还原剂，还原剂在催化剂的作用下与NOX发生反应，将NOX排放控制在法规限值以内。整个系统由尿素喷射及控制装置、尿素混合装置及催化装置组成，大致原理如图1所示。尿素喷射及控制装置根据发动机工况，时刻计算当前需要的尿素喷射量，实现喷射量的精确控制，并保证尿素喷出后获得理想的喷雾特性；尿素在排气管内在混合装置的作用下与高温废气快速混合，使尿素吸热分解成NH3(反应1)；最后NH3在催化剂的作用下与NOX发生反应，达到消除NOX排放的目的(反应2、3)。(NH2)2CO+H2O→CO2+2NH3(1)4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O(2)NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O(3)SCR技术在车用柴油机领域已经广泛应用。车用柴油机运行瞬态工况，废气流量、排气温度和尿素喷射速率随发动机工况变化。如果低温低负荷出现结晶，当发动机运行到高温高负荷工况时，结晶会自动消失。随着环保法规的不断升级，400kW以上的非道路大型柴油机也需要匹配SCR技术才能满足排放法规的要求，大型柴油机运行稳态工况，一旦出现结晶后不能自动消失。此外，大型柴油机SCR尿素喷射量大，结晶风险高。尿素喷射量大还会造成尿素喷雾与柴油机排气的混合均匀性变差，影响尿素的分解速率，最终影响SCR系统的NOX转化效率。所以有必要设计全新的尿素混合管结构来解决大型柴油机SCR的尿素结晶问题，提高尿素喷雾与柴油机排气的混合均匀性。目前常用的混合管结构如图2所示，这种结构需要设计复杂的尿素混合结构保证尿素快速分解、降低结晶风险。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述问题，提供一种大型柴油机SCR尿素混合管及尾气处理方法，能够加速混合管中尿素的分解速率，提高尿素的混合均匀性，最终提高大型柴油机的NOX转化效率。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种大型柴油机SCR尿素混合管，包括进气管，所述进气管的后端依次连接尿素混合室、中间连接管、催化剂桶体及出气管；所述进气管上设有尿素喷枪；所述中间连接管内设有后置混合器；所述尿素混合室的管径大于所述进气管的管径；利用管径变化改变气流流动的特性，提高尿素与排气的混合均匀性，促进尿素液滴的快速吸热分解。所述进气管的前端连接进气法兰。所述催化剂桶体内设有催化剂。所述出气管的后端连接出气法兰。所述尿素混合室管径最大处的管径为：1.2d～1.4d，d为进气管的管径。尿素混合室距离尿素喷枪即尿素喷射点的距离短，尿素直接喷入管径更大的尿素混合室中，有效避免尿素碰壁产生液膜，降低结晶风险。即使尿素喷射速率提高，这一结构仍能有效避免混合管壁液膜的生成。所述尿素喷枪距离所述尿素混合室的距离为d为进气管的管径，α为喷雾锥角。尿素混合室位于尿素喷射点与后置混合器之间，管路先变粗后变窄，将管路内混合气变为湍流，使尿素在到达后置混合器之前基本完成分解，降低后置混合器上的结晶风险。所述进气管、尿素混合室、中间连接管、催化剂桶体及出气管焊接在一起。采用所述一种大型柴油机SCR尿素混合管的尾气处理方法，包括：尾气通过进气管进入尿素混合室，与尿素喷枪喷出的尿素溶液进行混合；在尿素混合室中进行初次混合，保证大部分尿素分解完成，产生NH3；从尿素混合室流出的混合气在后置混合器上再次进行混合优化，使NH3与排气的混合均匀性进一步提高；然后进入催化剂桶体，在催化剂桶体内催化剂的作用下NOX发生转化反应，将尾气中有害的NOX转化为N2；最后气体经出气管流出。本专利技术的有益效果：本专利技术能够加速混合管中尿素的分解速率，提高尿素混合的均匀性，最终提高大型柴油机SCR系统的NOX转化效率。附图说明图1为SCR系统原理图；图2为现有的混合管结构的结构；图3为本专利技术的外观结构示意图；图4为本专利技术的具体结构图。其中，1.进气法兰、2.进气管、3.尿素喷枪、4.尿素混合室、5.中间连接管、6.后置混合器、7.催化剂桶体、8.催化剂、9.出气管、10.出气法兰。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。如图3-图4所示，一种大型柴油机SCR尿素混合管，包括进气管2，所述进气管2的后端依次连接尿素混合室4、中间连接管5、催化剂桶体7及出气管9；所述进气管2上设有尿素喷枪3；所述中间连接管5内设有后置混合器6；所述尿素混合室4的管径大于所述进气管2的管径；在混合管中段加入了尿素混合室，利用管径变化改变气流流动的特性，提高尿素与排气的混合均匀性，促进尿素液滴的快速吸热分解。所述进气管2的前端连接进气法兰1。所述催化剂桶体7内设有催化剂8。所述出气管9的后端连接出气法兰10。所述尿素混合室管径最大处的管径为：1.2d～1.4d，d为进气管的管径。所述尿素喷枪距离所述尿素混合室的距离为d为进气管的管径，α为喷雾锥角。本专利技术的特点如下：(a)尿素混合管的结构与传统的直管道混合管设计不同。本专利在混合管中段加入了尿素混合室，利用管径变化改变气流流动特性，提高尿素与排气的混合均匀性，促进尿素液滴的快速吸热分解。(b)尿素混合室距离尿素喷射点的距离短，尿素直接喷入管径更大的尿素混合室中，有效避免尿素碰壁产生液膜，降低结晶风险。即使尿素喷射速率提高，这一结构仍能有效避免混合管壁液膜的生成。(c)尿素混合室位于尿素喷射点与后置混合器之间，管路先变粗后变窄，将管路内混合气变为湍流，使尿素在到达后置混合器之前基本完成分解，降低后置混合器上的结晶风险。本专利技术通过法兰1与柴油机增压器出口排气管相连接，排气通过进气管2进入SCR系统，与尿素喷枪3喷出的尿素溶液进行混合，在尿素混合室4中进行初次混合，保证大部分尿素分解完成，产生NH3。从尿素混合室4流出的混合气在后置混合器6上再次进行混合优化，使NH3与排气的混合均匀性进一步提高。然后进入催化剂桶体7，在催化剂桶体7内的催化剂8上发生NOX的转化反应，将排气中有害的NOX转化为N2。最后排气经出气管9流出，出气管9末端设计有出气法兰10，可与后续管路连接。整个封装系统完全焊接在一起，实现与外界空气的密封。采用所述一种大型柴油机SCR尿素混合管的尾气处理方法，包括：尾气通过进气管进入尿素混合室，与尿素喷枪喷出的尿素溶液进行混合；在尿素混合室中进行初次混合，保证大部分尿素分解完成，产生NH3；从尿素混合室流出的混合气在后置混合器上再次进行混合优化，使NH3与排气的混合均匀性进一步提高；然后进入催化剂桶体，在催化剂桶体内催化剂的作用下NOX发生转化反应，将尾气中有害的NOX转化为N2；最后气体经出气管流出。上述虽然结合附图对本专利技术的具体实施方式进行了描述，但并非对本专利技术保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本专利技术的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本专利技术的保护范围以内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大型柴油机SCR尿素混合管，其特征是，包括进气管，所述进气管的后端依次连接尿素混合室、中间连接管、催化剂桶体及出气管；所述进气管上设有尿素喷枪；所述中间连接管内设有后置混合器；所述尿素混合室的管径大于所述进气管的管径；利用管径变化改变气流流动的特性，提高尿素与排气的混合均匀性，促进尿素液滴的快速吸热分解。

【技术特征摘要】
1.一种大型柴油机SCR尿素混合管，其特征是，包括进气管，所述进气管的后端依次连接尿素混合室、中间连接管、催化剂桶体及出气管；所述进气管上设有尿素喷枪；所述中间连接管内设有后置混合器；所述尿素混合室的管径大于所述进气管的管径；利用管径变化改变气流流动的特性，提高尿素与排气的混合均匀性，促进尿素液滴的快速吸热分解。2.如权利要求1所述一种大型柴油机SCR尿素混合管，其特征是，所述进气管的前端连接进气法兰。3.如权利要求1所述一种大型柴油机SCR尿素混合管，其特征是，所述催化剂桶体内设有催化剂。4.如权利要求1所述一种大型柴油机SCR尿素混合管，其特征是，所述出气管的后端连接出气法兰。5.如权利要求1所述一种大型柴油机SCR尿素混合管，其特征是，所述尿素混合室管径最大处的管径为：1.2d～1.4d，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱智富，王文晓，王胜，桂建华，王聪，袁道军，高小青，刘臻，
申请(专利权)人：山东康钧环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37