多级并联SCR系统的制作方法

本发明涉及船用发动机尾气后处理技术领域，尤其是一种船用的多级并联scr系统。

背景技术：

航运业的繁荣发展是推动我国经济发展的强大动力，但是与此同时，伴随而生的船舶大气污染排放给空气质量带来的压力和挑战也不容小觑。船舶发动机主要以柴油发动机为主，随着航运业的不断发展，船用柴油发动机排放尾气对大气环境的污染日益严重，船用柴油发动机排放的氮氧化物（nox）是造成大气污染的主要污染源之一，为了降低柴油机排放物对大气的污染，需要对船用柴油发动机的尾气排放进行处理。船用柴油发动机通常采用选择性催化还原技术(scr)对尾气排放进行后处理，尿素水溶液在柴油发动机尾气温度下被分解成氨气（nh3），在催化剂的作用下，氨气（nh3）把柴油发动机尾气中的氮氧化物（nox）还原成无害的氮气（n2）和水（h2o），最终排出到大气环境中，从而达到降低排放物的目的。

目前，船用柴油发动机通常采用单通道、单喷嘴的scr系统对尾气进行后处理，这种单通道、单喷嘴的scr系统存在如下问题：（1）为了满足船用柴油发动机大排量要求，scr系统的筒体的横截面尺寸通常都设置的比较大，即筒体都比较粗，筒体内部的气流通道较宽，尾气气流在筒体内部的气流通道内容易乱窜，尾气气流的速度均匀性很难控制，气体流速分布均匀性差。气体流速分布均匀性差一方面会导致催化剂老化不均匀；另一方面，由于气体流速分布不均匀，在尾气后处理混合装置内部，处于气体流速较小区域的内壁面的温度较低，当尿素液滴接触到此部分内壁面后会带走一部分热量，使此部分的内壁面温度进一步降低，掉落在温度过低的内壁面上尿素液滴由于没有充分的吸热分解，很容易形成尿素结晶，进而影响后处理系统性能，更甚者还会造成排放超标或后处理系统堵塞而造成动力不足。更进一步的，由于筒体内部的气体流速分布均匀性差，尿素水溶液分解成nh3后，在筒体内部与尾气气流的混合均匀性差，进而降低氮氧化物的转化效率，并造成部分氨逃逸，从而影响催化剂的整体性能。气流均匀性差，也会导致载体温度梯度打，影响载体使用寿命。（2）由于船用柴油发动机的排量大，而单一喷嘴的喷射效率有限，单一喷嘴喷射的尿素水溶液很难满足大流量的尾气气流对nh3的需求量，因此单喷嘴的scr系统对船用柴油发动机的尾气气流中氮氧化物的转化效率较低。进一步的，即使单一喷嘴的尿素水溶液喷射量可以增大到足以满足大流量的尾气气流对nh3的需求量，过大的喷射量会比较集中地喷射进入筒体内，而过于集中的大流量尿素水溶液很难在短时间内迅速分解，分解效果差，而且集中的尿素水溶液中未分解的尿素液滴很容易掉落在筒体的内壁面上形成尿素结晶。

技术实现要素：

本申请人针对上述现有船用单通道、单喷嘴scr系统存在气体流速分布均匀性差、容易形成尿素结晶、气流的混合均匀性差，氮氧化物的转化效率较低等缺点，提供一种结构合理的船用的多级并联scr系统，气体流速分布均匀性好、尿素结晶风险低、气流的混合均匀性好，氮氧化物的转化效率高。

本发明所采用的技术方案如下：

一种多级并联scr系统，依次串联设置进气单元、反应单元及出气单元，反应单元内设置有若干个反应通道，进气单元上对应若干个反应通道设置若干个分流支管，若干个分流支管连通至进气单元的同一个进气口上；出气单元对应若干个反应通道设置若干个汇流支管，若干个汇流支管连通至出气单元的同一个出气口上。

本发明通过进气单元的若干个分流支管将大流量的尾气气流分流至若干个反应通道内，单个反应通道内的尾气气流流量相应减小，因而单个反应通道的筒体横截面尺寸可以相应减小，尾气气流的速度均匀性更容易控制，其他流速分布均匀性高，降低尿素结晶的风险，确保后处理系统的性能，提高氮氧化物的转化效率。

作为上述技术方案的进一步改进：

反应通道从左至右依次通过法兰连接有流量计算单元、分解混合单元及scr单元；流量计算单元采用文丘里流量计，依次设置收缩段、喉道及扩散段，收缩段上设有温度传感器和压差传感器高压端，喉道上设有压差传感器低压端；分解混合单元上设置若干个混合器及喷嘴座，尿素喷嘴设置在喷嘴座内；scr单元内封装有若干块载体。

本发明的流量计算单元采用文丘里流量计，通过温度传感器、压差传感器高压端、压差传感器低压端对单个反应通道内的尾气气流流量进行精确计算，并将计算结果反馈给相应的控制系统，控制系统根据计算结果指导该反应通道内对应喷嘴的尿素水溶液的喷射量，确保尿素水溶液的喷射量满足该反应通道内尾气气流的对nh3的需求量。scr单元内封装有若干块载体，载体可以通过化学催化的方式净化尾气气流中的污染物。

分解混合单元的筒体上设置若干块v型板，v型板朝向筒体内凹入；筒体内位于v型板的前侧和后侧可以分别设置若干个混合器，将筒体的内部空腔分为加速腔、分解腔及混合腔；所述加速腔位于v型板的前挡板与v型板前侧的混合器之间；所述分解腔位于v型板的后挡板与v型板后侧的第一个混合器之间；所述混合腔位于v型板后侧的若干个混合器之间。

本发明的分解混合单元的筒体上设置若干块v型板，v型板朝向筒体内凹入；筒体内部布置若干个混合器，v型板的前侧和后侧可以分别设置若干个混合器，将筒体的内部空腔分为加速腔、分解腔、混合腔。尾气气流在本发明的若干个反应通道的若干混合器作用下，经过多次的分解和混合，尿素滴液得到了充分的分解，气体流速分布均匀性好、尿素结晶风险低、气流的混合均匀性好，nox转化效率高。

分解混合单元上沿周向均匀设置若干个喷嘴座，若干个喷嘴座分别设置在若干块v型板的后挡板上。

喷嘴座上的尿素喷嘴喷射尿素水溶液的喷射线与筒体中心轴之间的夹角为35～65度。

本发明每个分解混合单元上沿周向均匀设置若干块v型板，每块v型板的后挡板上均装设有喷嘴座，尿素喷嘴设置在喷嘴座内，尿素喷嘴可以往筒体内部喷射尿素水溶液；尿素水溶液的喷射线与筒体中心轴之间的夹角为35~65度，有利于尿素水溶液与尾气气流充分接触，尿素水溶液可以充分吸热、加速挥发，提高尿素滴液的挥发率，进而提高nox的转化效率。本发明对称的若干块v型板的后挡板上均设置尿素喷嘴，可实现单通道多级尿素水溶液喷射，满足大流量的尾气气流对喷射量的需求；而且多个喷嘴同时喷射，可以将尿素水溶液较为分散地喷射进入筒体内，分散的尿素水溶液可以迅速分解，分解效果好，尿素液滴被迅速分解，不易掉落在筒体的内壁面上形成尿素结晶，尿素结晶风险小。

混合器上开设若干阵列排布的叶片孔，叶片孔上朝向尾气气流出气的方向向内设置有叶片，相邻两列叶片的开口交错设置。

位于v型板前侧的第一个混合器的若干叶片的开口正对若干v型板的前挡板。

本发明的混合器上开设若干阵列排布的叶片孔，叶片孔上朝向尾气气流出气的方向向内设置有叶片，相邻两列的叶片的开口交错设置。v型板前侧的第一个混合器的若干叶片的开口分别正对两块v型板的前挡板，一方面，尾气气流在叶片朝向两个方向分散进入加速腔内，在加速腔内分布更均匀，气流流速的均匀性更高；另一方面，尾气气流被引导朝向前挡板碰撞后转向，沿着前挡板朝向筒体中心加速汇集，提高了尾气气流的流速，加速后的尾气气流沿着后挡板进入分解腔，在分解腔内与尿素水溶液分解的nh3混合的更充分，混合效果更好，混合均匀性更高。尾气气流在分解腔内与尿素水溶液及nh3混合后形成混合气流，混合气流通过第二个混合器进入混合腔，然后再从混合腔通过第三个混合器进入scr单元内，一方面，尾气气流中未挥发的尿素液滴撞击在叶片上，破碎为更小的液滴，更易于尿素液滴的挥发，尿素液滴的分解率更高，减小叶片上产生尿素结晶的风险；另一方面，混合气流碰撞到不同朝向的叶片上发生转向，相邻两列转向的气流朝相互靠近的方向汇集碰撞混合，混合均匀性更高。

若干个混合器的叶片开口方向绕筒体的中心轴呈不同夹角布置。

本发明的若干个混合器的叶片开口方向绕筒体的中心轴呈不同夹角布置，气流通过各个混合器后不断地改变方向，不断地碰撞加速混合，更利于气流流速均匀分布，混合效果更好，混合均匀性更高。

混合器上靠近外周、沿周向均匀开设有若干通孔，若干通孔位于若干叶片孔的外侧。

本发明的混合器上开设有若干通孔，通孔尾气气流过流量较大，一方面可以减小气流背压，另一方面从此处通过的尾气气流可以对筒体内壁面、v型板的前挡板内壁面进行预热，减小筒体内壁面、v型板的前挡板内壁面上形成尿素结晶的风险。

流量计算单元、分解混合单元的外周固定套设有隔热罩。

本发明的流量计算单元、分解混合单元的外周固定套设有隔热罩，隔热罩可以对流量计算单元、分解混合单元起保温的作用，防止流量计算单元、分解混合单元内部的热量损失，保证尾气气流的热量在分解混合单元内得到充分的利用，尿素水溶液可以充分吸热挥发，提高尿素滴液的挥发率，进而提高nox的转化效率。

本发明的有益效果如下：

本发明通过进气单元的若干个分流支管将大流量的尾气气流分流至若干个反应通道内，单个反应通道内的尾气气流流量相应减小，因而单个反应通道的筒体横截面尺寸可以相应减小，尾气气流的速度均匀性更容易控制，其他流速分布均匀性高，降低尿素结晶的风险，确保后处理系统的性能，提高氮氧化物的转化效率。

本发明的流量计算单元采用文丘里流量计，通过温度传感器、压差传感器高压端、压差传感器低压端对单个反应通道内的尾气气流流量进行精确计算，并将计算结果反馈给相应的控制系统，控制系统根据计算结果指导该反应通道内对应喷嘴的尿素水溶液的喷射量，确保尿素水溶液的喷射量满足该反应通道内尾气气流的对nh3的需求量。scr单元内封装有若干块载体，载体可以通过化学催化的方式净化尾气气流中的污染物。

本发明的分解混合单元的筒体上设置若干块v型板，v型板朝向筒体内凹入；筒体内部布置若干个混合器，v型板的前侧和后侧可以分别设置若干个混合器，将筒体的内部空腔分为加速腔、分解腔、混合腔。尾气气流在本发明的若干个反应通道的若干混合器作用下，经过多次的分解和混合，尿素滴液得到了充分的分解，气体流速分布均匀性好、尿素结晶风险低、气流的混合均匀性好，nox转化效率高。

本发明每个分解混合单元上沿周向均匀设置若干块v型板，每块v型板的后挡板上均装设有喷嘴座，尿素喷嘴设置在喷嘴座内，尿素喷嘴可以往筒体内部喷射尿素水溶液；尿素水溶液的喷射线与筒体中心轴之间的夹角为35~65度，有利于尿素水溶液与尾气气流充分接触，尿素水溶液可以充分吸热、加速挥发，提高尿素滴液的挥发率，进而提高nox的转化效率。本发明对称的若干块v型板的后挡板上均设置尿素喷嘴，可实现单通道多级尿素水溶液喷射，满足大流量的尾气气流对喷射量的需求；而且多个喷嘴同时喷射，可以将尿素水溶液较为分散地喷射进入筒体内，分散的尿素水溶液可以迅速分解，分解效果好，尿素液滴被迅速分解，不易掉落在筒体的内壁面上形成尿素结晶，尿素结晶风险小。

本发明的混合器上开设若干阵列排布的叶片孔，叶片孔上朝向尾气气流出气的方向向内设置有叶片，相邻两列的叶片的开口交错设置。v型板前侧的第一个混合器的若干叶片的开口分别正对两块v型板的前挡板，一方面，尾气气流在叶片朝向两个方向分散进入加速腔内，在加速腔内分布更均匀，气流流速的均匀性更高；另一方面，尾气气流被引导朝向前挡板碰撞后转向，沿着前挡板朝向筒体中心加速汇集，提高了尾气气流的流速，加速后的尾气气流沿着后挡板进入分解腔，在分解腔内与尿素水溶液分解的nh3混合的更充分，混合效果更好，混合均匀性更高。尾气气流在分解腔内与尿素水溶液及nh3混合后形成混合气流，混合气流通过第二个混合器进入混合腔，然后再从混合腔通过第三个混合器进入scr单元内，一方面，尾气气流中未挥发的尿素液滴撞击在叶片上，破碎为更小的液滴，更易于尿素液滴的挥发，尿素液滴的分解率更高，减小叶片上产生尿素结晶的风险；另一方面，混合气流碰撞到不同朝向的叶片上发生转向，相邻两列转向的气流朝相互靠近的方向汇集碰撞混合，混合均匀性更高。

本发明的若干个混合器的叶片开口方向绕筒体的中心轴呈不同夹角布置，气流通过各个混合器后不断地改变方向，不断地碰撞加速混合，更利于气流流速均匀分布，混合效果更好，混合均匀性更高。

本发明的混合器上开设有若干通孔，通孔尾气气流过流量较大，一方面可以减小气流背压，另一方面从此处通过的尾气气流可以对筒体内壁面、v型板的前挡板内壁面进行预热，减小筒体内壁面、v型板的前挡板内壁面上形成尿素结晶的风险。

本发明的流量计算单元、分解混合单元的外周固定套设有隔热罩，隔热罩可以对流量计算单元、分解混合单元起保温的作用，防止流量计算单元、分解混合单元内部的热量损失，保证尾气气流的热量在分解混合单元内得到充分的利用，尿素水溶液可以充分吸热挥发，提高尿素滴液的挥发率，进而提高nox的转化效率。

附图说明

图1为本发明的立体图。

图2为本发明的分解俯视图。

图3为图1的主视图。

图4为图3中的a-a剖视图。

图5为流量计算单元的示意图。

图6为分解混合单元的剖视图。

图7为混合器的示意图。

图中：1、进气单元；2、反应单元；3、出气单元；5、反应通道；6、分流支管；7、进气口；8、汇流支管；9、出气口；10、流量计算单元；11、分解混合单元；12、scr单元；13、隔热罩；14、载体；15、收缩段；16、喉道；17、扩散段；18、温度传感器；19、压差传感器高压端；20、压差传感器低压端；21、筒体；22、混合器；221、通孔；222、叶片孔；223、叶片；23、v型板；231、前挡板；232、后挡板；24、喷嘴座；25、加速腔；26、分解腔；27、混合腔；28、喷射线。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1、图2、图3所示，本发明从左至右依次串联设置有进气单元1、反应单元2及出气单元3，进气单元1、反应单元2、出气单元3分别通过法兰连接，拆装方便，便于维护。如图2所示，根据船用柴油发动机的排量，反应单元2内设置有若干个反应通道5，进气单元1上对应若干个反应通道5设置若干个分流支管6，若干个分流支管6一体成型、并同时连通至进气单元1的同一个进气口7上；出气单元3对应若干个反应通道5设置若干个汇流支管8，若干个汇流支管8一体成型、并同时连通至出气单元3的同一个出气口9上；本实施例中，反应单元2设置有两个反应通道5，进气单元1上对应设置两个分流支管6，出气单元3上对应设置两个汇流支管8。柴油发动机排出的尾气气流从进气单元1的进气口7输入后，通过若干个分流支管6分流至反应单元2的各个反应通道5内进行相应的处理后，通过出气单元3的若干个汇流支管8汇集至出气口9后输出。本发明通过进气单元1的若干个分流支管6将大流量的尾气气流分流至若干个反应通道5内，单个反应通道5内的尾气气流流量相应减小，因而单个反应通道5的筒体横截面尺寸可以相应减小，尾气气流的速度均匀性更容易控制，其他流速分布均匀性高，降低尿素结晶的风险，确保后处理系统的性能，提高氮氧化物的转化效率。

如图4所示，每个反应通道5从左至右依次通过法兰连接有流量计算单元10、分解混合单元11及scr单元12；流量计算单元10、分解混合单元11的外周固定套设有隔热罩13，隔热罩13可以对流量计算单元10、分解混合单元11起保温的作用，防止流量计算单元10、分解混合单元11内部的热量损失，保证尾气气流的热量在分解混合单元11内得到充分的利用，尿素水溶液可以充分吸热挥发，提高尿素滴液的挥发率，进而提高nox的转化效率。scr单元12内封装有若干块载体14，载体14可以通过化学催化的方式净化尾气气流中的污染物。

如图5所示，流量计算单元10采用文丘里流量计，从前至后依次设置收缩段15、喉道16及扩散段17，收缩段15上设有温度传感器18和压差传感器高压端19，喉道16上设有压差传感器低压端20，通过温度传感器18、压差传感器高压端19、压差传感器低压端20对单个反应通道5内的尾气气流流量进行精确计算，并将计算结果反馈给相应的控制系统，控制系统根据计算结果指导该反应通道5内对应喷嘴的尿素水溶液的喷射量，确保尿素水溶液的喷射量满足该反应通道5内尾气气流的对nh3的需求量。

如图6所示，分解混合单元11的筒体21的前端部、在相对的两侧外周面上对称设置有两块v型板23，v型板23朝向筒体21内凹入，v型板23上靠近流量计算单元10的一侧为前挡板231，另一侧为后挡板232；每块v型板23的后挡板232上均装设有喷嘴座24，尿素喷嘴设置在喷嘴座24内，喷嘴喷射口在喷嘴座24中心（尿素喷嘴在图中未示出），尿素喷嘴可以往筒体21内部喷射尿素水溶液；尿素水溶液的喷射线28与筒体21中心轴之间的夹角为35~65度，有利于尿素水溶液与尾气气流充分接触，尿素水溶液可以充分吸热、加速挥发，提高尿素滴液的挥发率，进而提高nox的转化效率。本发明对称的两块v型板23的后挡板232上均设置尿素喷嘴，可实现单通道多级尿素水溶液喷射，满足大流量的尾气气流对喷射量的需求；而且两个喷嘴同时喷射，可以将尿素水溶液较为分散地喷射进入筒体21内，分散的尿素水溶液可以迅速分解，分解效果好，尿素液滴被迅速分解，不易掉落在筒体21的内壁面上形成尿素结晶，尿素结晶风险小。筒体21内部从前之后依次布置若干个混合器22，本实施例中布置有三个混合器22，一个混合器22位于v型板23的前侧，另两个混合器22位于v型板23的后侧，将筒体21的内部空腔从前至后分为位于第一个混合器22与v型板23的前挡板231之间的加速腔25、位于v型板23的后挡板232与第二个混合器22之间的分解腔26、位于第二个混合器22与第三个混合器22之间的混合腔27。

如图7所示，混合器22为圆形板，圆形板上靠近外周、沿周向均匀开设有若干长条形的通孔221，长条形通孔221尾气气流过流量较大，一方面可以减小气流背压，另一方面从此处通过的尾气气流可以对筒体21内壁面、v型板23的前挡板231内壁面进行预热，减小筒体21内壁面、v型板23的前挡板231内壁面上形成尿素结晶的风险。圆形板上位于若干通孔221的内侧开设若干阵列排布的叶片孔222，叶片孔222上朝向尾气气流出气的方向向内设置有叶片223，相邻两列的叶片223的开口交错设置。三个混合器22的叶片223开口方向绕筒体21的中心轴呈不同夹角布置，相邻两个混合器22的叶片223开口之间的夹角范围为60~120度。第一个混合器22安装后，其若干叶片223的开口分别正对两块v型板23的前挡板231，一方面，尾气气流在叶片223朝向两个方向分散进入加速腔25内，在加速腔25内分布更均匀，气流流速的均匀性更高；另一方面，尾气气流被引导朝向前挡板231碰撞后转向，沿着前挡板231朝向筒体21中心加速汇集，提高了尾气气流的流速，加速后的尾气气流沿着后挡板232进入分解腔26，在分解腔26内与尿素水溶液分解的nh3混合的更充分，混合效果更好，混合均匀性更高。尾气气流在分解腔26内与尿素水溶液及nh3混合后形成混合气流，混合气流通过第二个混合器22进入混合腔27，然后再从混合腔27通过第三个混合器22进入scr单元12内，一方面，尾气气流中未挥发的尿素液滴撞击在叶片223上，破碎为更小的液滴，更易于尿素液滴的挥发，尿素液滴的分解率更高，减小叶片223上产生尿素结晶的风险；另一方面，混合气流碰撞到不同朝向的叶片223上发生转向，相邻两列转向的气流朝相互靠近的方向汇集碰撞混合，混合均匀性更高。另外，由于三个混合器22的叶片223开口方向之间相互具有夹角，气流通过各个混合器22后不断地改变方向，不断地碰撞加速混合，更利于气流流速均匀分布，混合效果更好，混合均匀性更高。

本发明在实际工作时，柴油发动机排出的尾气气流从进气单元1的进气口7输入，然后通过若干个分流支管6分流至反应单元2的各个反应通道5内；每个反应通道5的喷嘴座24内的尿素喷嘴，根据该反应通道5内的流量计算单元10的计算结果，往分解腔26内喷射定量的尿素水溶液；每个反应通道5内尾气气流通过流量计算单元10后进入分解混合单元11，在分解混合单元11的分解腔26内，尿素喷嘴喷射的尿素水溶液吸收尾气气流的热量，完成尿素液滴的第一次分解、形成混合气流；混合气流流过第二个混合器22，混合气流中未分解的尿素液滴撞击到第二个混合器22的叶片223上，破碎成颗粒更小的尿素液滴，吸收热量后进一步挥发至混合气流中，随混合气流流入混合腔27，完成尿素液滴的第二次分解和混合；混合腔27内的混合气流流过第三个混合器22，混合气流中未分解的尿素液滴撞击到第三个混合器22的叶片223上，破碎成颗粒更小的尿素液滴，吸收热量后更进一步挥发至混合气流中，随混合气流流入scr单元12中，完成尿素液滴的第三次分解和混合；混合气流经scr单元12的载体14净化后进入出气单元3的汇流支管8中；若干个汇流支管8将各个反应通道5内的气流汇集后从出气口9输出。尾气气流在本发明的若干个反应通道5的若干混合器22作用下，经过多次的分解和混合，尿素滴液得到了充分的分解，气体流速分布均匀性好、尿素结晶风险低、气流的混合均匀性好，nox转化效率高。

以上描述是对本发明的解释，不是对本发明的限定，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。比如，根据各个反应通道5内的流量需求，每个分解混合单元11上也可以沿周向均匀设置若干块v型板23，每块v型板23上设置喷嘴座24，使尿素水溶液更分散地喷射进入筒体21内，更利于尿素液滴的分解。筒体21内位于v型板23的前侧和后侧可以分别设置若干个混合器22，若干个混合器22的叶片223开口方向绕筒体21的中心轴呈不同夹角布置，使尾气气流的流速分布地更均匀，气流混合效果更好。