一种用于大型柴油机的紧凑型排气净化装置的制作方法

本实用新型涉及大型柴油机排气净化处理技术领域，尤其涉及一种用于大型柴油机的紧凑型排气净化装置及方法。

背景技术：

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往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相对成熟，但车用柴油机功率较小，最大不超过400kW。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，车用柴油机的SCR系统受限于以下因素不能直接用于大型柴油机的匹配。

(1)大型柴油机需要的尿素喷射量较大，当前车用尿素喷射装置，通常最大的喷射能力在7.0L/h左右，不能满足大功率柴油机喷射量的需求；

(2)大尿素喷射量下，实现尿素和废气的快速混合分解、防止尿素结晶、保证催化效率，需要专门设计高效的尿素混合装置；

(3)适应大型柴油机的应用，需要选配更大的催化剂体积，现有的催化器结构不能适用更大体积催化剂的封装。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供一种用于大型柴油机的紧凑型排气净化装置及方法，进气管插入催化器内，进气管内的气流流动方向与催化器内气流的流动方向基本垂直，催化器内的高温废气对进气管起到很好的保温作用，避免尿素喷射后碰到冷壁面带来的结晶风险；且紧耦合设计结构更紧凑，容易安装布置。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种用于大型柴油机的紧凑型排气净化装置，包括封装桶体，所述封装桶体的前后分别设有前端盖和后端盖，进气管的下部插进所述封装桶体的内部，进气管内的气流流动方向与催化器内气流的流动方向基本垂直，延长了气流流动路径，使尿素与废气有更加充分的混合时间，所述进气管的上部设有尿素喷嘴座，尿素喷嘴座与设置在进气管内部的喷嘴连接，所述喷嘴的上部设有前级旋流混合器；所述进气管的下部设有后级混合器；

所述封装桶体内进气管的后部依次设有整流板、催化模块及消音板；

所述后端盖与出气管连接。

所述前端盖和后端盖都分别与所述封装桶体固定在一起，形成密封空间，实现与外界空气的密封。

所述进气管与封装桶体成90°，所述进气管上设有进气法兰，出气管上设有出气法兰。

所述进气管上设有温度传感器座，用来安装温度传感器测量排气温度，作为尿素喷射控制的输入信号；出气管上设有NOX传感器座，用来安装NOX传感器，作为控制系统NOX超标诊断或闭环控制的输入。

所述进气管的底部通过若干个支撑架与封装桶体固定在一起，强化机械结构，避免运行过程中机械振动引起开焊、断裂等失效模式。

所述催化模块包括SCR封装单元、前支撑板及后支撑板，所述SCR封装单元的前后分别固定在前支撑板和后支撑板上。

所述SCR封装单元包括一个SCR封装单元组件或并联的多个SCR封装单元组件，通过增加或减少SCR封装单元组件的并联数量或调整其长度，适应不同功率柴油机NOX转化能力的需求。

所述出气管插入封装桶体内与消音板和后端盖固定成一体，提升机械强度。

采用所述一种用于大型柴油机的紧凑型排气净化装置的净化方法，包括：

排气通过进气管进入封装桶体内，经整流板形成速度均匀分布的气流；

前级旋流混合器安装尿素喷射点喷嘴之前，形成旋转气流，加强尿素和排气的快速混合，促进尿素的快速分解，提升NH3与排气混合均匀性；

后级混合器再一次促进NH3和排气的混合，提升NH3在排气中分布的均匀性，提高NOX催化效率，降低NH3泄漏风险；

排气流经催化模块，在催化剂的作用下NOx与尿素分解成的NH3反应，达到降低NOx排放的目的；

排气到达消音板降低排气噪声，经出气管流出。

进气管插入封装桶体内，高温废气对进气管进行保温，避免尿素喷射后碰到冷壁面带来的结晶风险。

本实用新型的有益效果：

1、在喷嘴前设计了前级旋流混合器，在喷嘴后端适当位置设计了后级混合器。前级旋流混合器形成旋转气流，使尿素和废气混合，促进尿素液滴的快速吸热分解，且尿素液滴与前级旋流混合器不直接接触，避免了尿素液滴在前级旋流混合器上附着带来的结晶风险。

当气流携带尿素来到后端混合器时，尿素已基本上分解完成分解，后级混合器可以再一次促进NH3和废气的混合，提升NH3在废气中分布的均匀性，提高NOX催化效率降低NH3泄漏风险。

2、尿素喷嘴与催化器紧耦合布置，将进气混合管和催化器集成，进气混合管插入催化器内，进气管内的气流流动方向与催化器内气流的流动方向基本垂直，催化器内的高温废气对进气混合管起到很好的保温作用，避免尿素喷射后碰到冷壁面带来的结晶风险；同时延长了气流流动路径，增加了混合时间；紧耦合设计结构更紧凑，容易安装布置。

3、采用多路SCR封装单元并联满足大型柴油机对催化能力的需求，可以调整SCR封装单元的长度或并联封装单元的排数，在满足催化能力的同时兼顾客户的背压要求。

4、催化器后端设计消音结构，将催化器和消音器集成，使得排气系统更加紧凑，容易安装布置，同时降低了整个排气系统的成本。

附图说明

图1为SCR的基本工作原理；

图2为本实用新型的结构示意图。

其中，1、进气法兰，2、温度传感器座，3、前级旋流混合器，4、尿素喷嘴座，5、喷嘴，6、进气管，7、前端盖，8、后级混合器，9、支撑架，10、整流板，11、前支撑板，12、SCR封装单元，13、封装桶体，14、后支撑板，15、消音板，16、后端盖，17、出气管，18、NOx传感器座，19、出气法兰。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，一种用于大型柴油机的紧凑型排气净化装置，进气管6上沿着排气流动方向，依次设计有温度传感器座2、前级旋流混合器3、尿素喷嘴座4、尿素喷嘴5以及后级混合器8。

温度传感器座2用来安装温度传感器测量排气温度，作为尿素喷射控制的输入信号。前级旋流混合器3安装尿素喷射点之前，形成旋转气流，加强尿素和排气的快速混合，促进尿素的快速分解，提升NH3与排气混合均匀性。

尿素喷嘴座4用以安装尿素喷枪，后级混合器8可以再一次促进NH3和废气的混合，提升NH3在废气中分布的均匀性，提高NOX催化效率降低NH3泄漏风险。

进气管6插入封装桶体13内，利用高温废气对其进行保温，避免尿素喷射后碰到冷壁面带来的结晶风险。

进气管6的末端通过若干个支撑架9与封装桶体13焊接在一起，强化机械结构，避免运行过程中机械振动引起开焊、断裂等失效模式。

催化模块由前支撑板11、SCR封装单元12和后支撑板14三部分组成，SCR封装单元12的前后分别固定在前支撑板11和后支撑板14上，SCR封装单元包括一个SCR封装单元组件或并联的多个SCR封装单元组件；可增加或减少SCR封装单元组件的并联数量或调整其长度，适应不同功率柴油机NOx转化能力的需求，同时兼顾客户背压的要求。

出气管17上设计有NOx传感器座18，用来安装NOx传感器，作为控制系统NOx超标诊断或闭环控制的输入。

出气管17插入封装桶体13内与消音板15和后端盖16焊机成一体，提升机械强度。

封装桶体13、前端盖7和后端盖16焊接在一起，实现与外界空气的密封。

本实用新型进气管插入封装桶体内实现进气管保温，进气管与封装桶体壁成90°，即进气方向与封装桶体成90°。

本实用新型喷射点前设计前级旋流混合器促进尿素混合分解，同时在喷射点后端设计后级混合器提升NH3和排气混合均匀性；

本实用新型在后级混合器和催化剂封装单元之间安装整流板形成均匀分布的气流。

本实用新型采用多路封装单元并联满足大功率柴油机NOx转化能力的需求。

所述一种用于大型柴油机的紧凑型排气净化装置的净化方法，包括：

通过进气法兰1与发动机增压器出口排气管相连接，排气通过进气管6，经整流板10形成速度均匀分布的气流。

然后排气流经SCR封装单元，在催化剂的作用下NOx与尿素分解成的NH3反应，达到降低NOx排放的目的。

最后排气到达消音板15降低排气噪声，经出气管17流出，出气管17末端设计有出气法兰19，可与后续管路连接。

前级旋流混合器安装尿素喷射点喷嘴之前，形成旋转气流，加强尿素和排气的快速混合，促进尿素的快速分解，提升NH3与排气混合均匀性；

后级混合器再一次促进NH3和排气的混合，提升NH3在排气中分布的均匀性，提高NOX催化效率，降低NH3泄漏风险。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型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实用新型的保护范围以内。