一种用于SCR系统的混合器及SCR系统的制作方法

本发明涉及柴油机尾气后处理技术领域，尤其涉及一种用于scr系统的混合器及scr系统。

背景技术：

柴油机的排气系统中需安装尾气后处理装置，以降低柴油机尾气中的氮氧化物(nox)以及颗粒物的排放水平。选择性催化还原(selectivecatalyticreduction,scr)系统是减少柴油机尾气中的nox排放最有效的措施之一。

scr技术是在还原剂的作用下，将尾气中的nox还原成氮气(n2)和水。现有的scr技术多采用以尿素分解产生的氨气(nh3)作为还原剂。

scr系统包括混合器和反应器等。混合器分别与柴油机的排气管和反应器连通，且混合器内设置有尿素喷嘴。从喷嘴喷出的尿素在混合器中发生一定的水解和热解反应生成氨气，同时与含有nox的尾气在混合器内混合后，流入至反应器内进行还原反应。

大量研究结果表明，scr系统反应器入口处尿素的分解率和氨气分布的均匀程度对反应器中氮氧化物的转换效率有重要影响，直接影响整个尿素scr系统的整体性能。但现有scr系统的混合器中，尿素的雾化蒸发及水解热解反应不充分，尿素与尾气的混合不均匀，导致scr反应器内氮氧化物的转换效率和尿素利用率均较低，氨逃逸率高。另外，在现有scr系统的混合器中，为了使混合器达到较好的混合效果，通常设置比较复杂的混合器结构，而这往往导致排气阻力升高，柴油机功耗增大。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于scr系统的混合器及scr系统，以促进尿素蒸发水解以及尿素与尾气在混合器中的均匀混合。

为实现上述目的，提供以下技术方案：

一种用于scr系统的混合器，包括混合管、喷嘴和导流装置，所述喷嘴和所述导流装置均设于所述混合管内，所述导流装置包括两端开口且中空设置的锥形导流部和导流板，所述锥形导流部外壁与所述混合管内壁之间形成有第一通道，沿尾气流通方向，所述锥形导流部的直径逐渐增大，所述导流板设于所述锥形导流部内且与所述锥形导流部内壁之间形成有第二通道，所述导流板与尾气流通方向呈夹角。

进一步地，所述导流板靠近所述锥形导流部的小口端。

进一步地，所述导流板垂直于所述尾气流通方向。

进一步地，所述导流板为圆柱状。

进一步地，所述喷嘴的喷射方向与所述尾气流通方向相同。

进一步地，沿所述尾气流通方向，所述喷嘴设于所述锥形导流部的上游。

进一步地，沿所述尾气流通方向，所述喷嘴设于所述锥形导流部的下游，且靠近所述锥形导流部的大口端。

进一步地，所述喷嘴设于所述锥形导流部内，且位于所述导流板靠近所述锥形导流部的大口端的一侧。

进一步地，还包括中间管，沿所述尾气流通方向，所述中间管连接于所述混合管的下游。

一种scr系统，包括如上所述的用于scr系统的混合器。

与现有技术相比，本发明提供的用于scr系统的混合器及scr系统中，锥形导流部将流体分流成内侧流体和外侧流体，外侧流体沿第一通道流通，外侧流体在锥形导流部的外壁的导流作用下向混合管的轴向流动的同时，也向混合管的径向方向流动，促进流体在混合管的内均匀分布及混合；内侧流体由锥形导流部的小口端流入到锥形导流部的内部，受到导流板的阻挡，只能从导流板和锥形导流部的间隙即第二通道经过，在导流板的后侧存在一个流速较小的缓流区，形成旋涡，旋涡附近的流体被进一步混合，最终实现对混合腔内的流体的充分混合。

附图说明

图1为本发明实施例提供的用于scr系统的混合器的剖视图；

图2为图1中a向的侧视图；

图3为本发明实施例提供的锥形导流部与外肋板的连接示意图；

图4为图1中b向的侧视图。

附图标记：

1-混合管；2-喷嘴；3-锥形导流部；31-小口端；32-大口端；4-导流板；5-外肋板；6-内肋板；7-中间管；8-连接法兰。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，其为本实施例用于scr系统的混合器的剖视图。该用于scr系统的混合器一般安装于柴油机的尾气后处理系统中，具体包括混合管1、中间管7、喷嘴2、导流装置和连接法兰8。喷嘴2和导流装置均设于混合管1内。导流装置包括锥形导流部3和导流板4。中间管7的两端通过连接法兰8分别与混合管1和scr系统的反应器(图中未示出)相连。混合管1的另一端通过连接法兰8与柴油机的排气道(图中未示出)相连。流入混合管1内的尾气和从喷嘴2喷出的尿素在导流装置的作用下充分混合，之后流经中间管7并最终进入到scr系统的反应器内。考虑到尿素水溶液的腐蚀性，本实施例提供的导流装置，即锥形导流部3和导流板4均采用304不锈钢或更高级别的不锈钢制造。

图2为图1中a向的侧视图，由图1和图2可以看出，沿尾气流通方向，锥形导流部3的直径逐渐增大，锥形导流部3与混合管1之间焊接有多个外肋板5，在锥形导流部3外壁与混合管1内壁之间形成有第一通道。还可看出，锥形导流部3的轴线与混合管1的轴线重合。图3为本实施例锥形导流部3与外肋板5的连接示意图。结合图2和图3可以看出，本实施例中，外肋板5设为四个，且四个外肋板5沿混合管1的中心轴线均匀分布。在其他实施例中，外肋板5的数量可以设置为一个、两个、三个或多个，只要能够实现锥形导流部3与混合管1之间的连接即可。

图4为图1中b向的侧视图，由图1和图4可以看出，导流板4位于锥形导流部3内，导流板4与锥形导流部3之间焊接有多个内肋板6，在导流板4与锥形导流部3内壁之间形成有第二通道。本实施例中，导流板4为圆柱状，且导流板4的中心轴线与锥形导流部3以及混合管1的轴线重合。内肋板6也设为四个，且四个内肋板6以混合管1的中心轴线均匀分布。尾气能够在锥形导流部3与混合管1内壁之间的空间(即第一通道)流通，也能由锥形导流部3的小口端31进入锥形导流部3内，流经导流板4和锥形导流部3的间隙(即第二通道)流通，最终从锥形导流部3的大口端32流出。

沿尾气流通方向，喷嘴2设置在导流装置的上游。喷嘴2的喷射中心位于混合管1的轴线上，喷嘴2的喷射方向与尾气流通方向相同，均垂直于混合管1、锥形导流部3以及导流板4的截面。本实施例中，混合管1的内径为800mm、长度为1000mm，中间管7的内径为800mm、长度为2800mm，锥形导流部3小口端31距喷嘴2距离为400mm，小口端31内径为100mm，锥形导流部3的斜角为30度，锥形导流部3在混合管1轴向方向的长度为400mm，导流板4距锥形导流部3小口端31轴线方向的距离为100mm，导流板4的直径为180mm。当然，在其他实施例中，各部件的具体尺寸可根据实际情况而定。该导流装置结构形式简单，布置方便，排气阻力较低，从喷嘴2喷出的尿素水溶液经一段距离的雾化蒸发后，与尾气混合，尾气的温度一般较高，雾化蒸发后的尿素与温度较高的尾气混合的过程中还会不断水解热解生成氨气，形成混合气。混合气流至锥形导流部3时，被锥形导流部3分流成内侧混合气和外侧混合气。

锥形导流部3的外壁同时沿混合管1的轴向及径向延伸，外侧混合气沿第一通道流通时，外侧混合气在锥形导流部3的外壁的导流作用下，沿混合管1的轴向方向流通的同时，也向混合管1的内壁，即沿混合管1的径向方向流通扩散，使得外侧混合气在混合管1内的分布更加均匀，同时延长了外侧混合气在混合管1内的流通路程、混合气在混合管1内的流通时间以及尿素的水解热解反应时间，最终促进外侧混合气的进一步混合。另外，在锥形导流部3的周向均匀分布且呈十字交叉型设置的四个外肋板5，除具有连接作用外，也能促进外侧混合气在锥形导流部3与混合管1之间的空间内的均匀分布及混合。

本实施例中，锥形导流部3为轴对称结构，且沿尾气流通方向，锥形导流部3的直径线性增加，即锥形导流部3的母线为直线。在其他实施例中，锥形导流部3不必须为轴对称结构，且锥形导流部3的直径也不必呈线性变化，锥形导流部3的母线可为折线或曲线，只要能够使得锥形导流部3沿混合管1轴向延伸的同时，也不断向混合管1的径向延伸，最终能够促进外侧混合气在混合管1周向及径向的均匀分布即可。锥形导流部3的位置及尺寸可根据混合管1的内径进行调整缩放。

内侧混合气从锥形导流部3的小口端31进入锥形导流部3内，在流通的过程中遇到导流板4，内侧混合气的流通受到导流板4的阻挡，内侧混合气只能从导流板4和锥形导流部3的间隙即第二通道流过。此时，在导流板4的后侧，即沿内侧混合气的流通方向，在导流板4的下游且位于导流板4的附近，会存在流速较小的缓流区，从而形成低压区，而锥形导流部3外侧以及靠近大口端32附近流体的流速相对较快，在锥形导流部3外侧快速流动区与内侧低压区的共同作用下，在导流板4的后侧形成旋涡。旋涡附近的内侧混合气以及流至锥形导流部3大口端32附近的外侧混合气会在旋涡的作用下被进一步混合，延长尿素发生热解水解的反应时间，促进尿素分解，提高氨气的分布均匀程度。需要指出的是，上述低压区的范围由锥形导流部3的斜角、锥形导流部3的长度、导流板4的大小和导流板4相对于锥形导流部3的位置共同决定。另外，在其他实施例中，导流板4不必须与内侧混合气的流通方向相垂直，只要导流板4与内侧混合气呈夹角，能在导流板4的后侧形成缓流区即可。

本实施例中，导流板4优选为靠近锥形导流部3的小口端31设置，以在导流板4的后侧形成较大的旋涡。还需指出的是，导流板4的形状不限于本实施例中的薄圆柱状，只要能够起到挡流作用，并在导流板4的后方形成缓流区即可。导流板4的位置及尺寸也可根据混合管1的内径以及锥形导流部3的尺寸进行调整缩放。

进一步地，沿尾气流通方向，喷嘴2还可设置在导流装置的下游，此时喷嘴2优选为靠近锥形导流部3的大口端32设置。尾气被锥形导流部3分流为内侧尾气和外侧尾气，内侧尾气、流至锥形导流部3大口端32附近的外侧尾气以及从喷嘴2中喷出并雾化蒸发后的尿素在导流板4后侧旋涡的作用下被较充分的混合。为进一步提高混合效果，喷嘴2还可设于锥形导流部3的内部，且喷嘴2位于导流板4靠近锥形导流部3大口端32的一侧。还需说明的是，喷嘴2的喷射中心的位置不限于混合管1的轴线，喷嘴2的喷射方向也不必须与尾气流通方向相同。

经导流装置充分混合的混合气，流入中间管7内并进行进一步地混合，中间管7用于保证中间管7出口端截面处氨气的均匀度与尿素分解率，中间管7的长度优选为不小于中间管7直径的3.5倍。

本实施例还提供一种scr系统，包括如上所述的用于scr系统的混合器，能够使尿素与尾气均匀混合，加快尿素水溶液的蒸发，促进尿素的热解水解过程，在scr反应器入口处形成均匀的氨分布，从而提高氮氧化物的转换效率与尿素利用率，降低氨逃逸率，并能降低排气阻力，进而减少柴油机能耗。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。