[發(fā)明專利]一種SCR旋流混合管

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011550297.0
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112627951B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王文曉;左正興
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: F01N3/28
• 分類號: F01N3/28;F01N3/20
• 代理公司: 北京正陽理工知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 張利萍

本發(fā)明涉及一種SCR旋流混合管，屬于發(fā)動機后處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的目的是為了解決尿素噴入混合管后分布不均勻、尿素分解速率慢、混合管內(nèi)尿素噴霧觸壁導(dǎo)致的結(jié)晶風(fēng)險高等問題。本發(fā)明的螺旋管結(jié)構(gòu)能夠在后端的混合管中形成湍流，加速混合管內(nèi)尿素的分解速率，降低尿素結(jié)晶風(fēng)險。同時，螺旋管結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)氣流會在混合管內(nèi)壁周圍形成大量旋轉(zhuǎn)氣流，將噴向混合管內(nèi)壁的尿素溶液裹挾帶走，進(jìn)一步降低尿素結(jié)晶風(fēng)險；本發(fā)明的尿素噴射點居中布置，可以提高混合管中尿素的分布均勻性，最終提高SCR系統(tǒng)的NO_X轉(zhuǎn)化效率。尿素噴射點居中布置配合后端增大管徑的混合管，可以有效地避免尿素溶液觸壁，降低尿素結(jié)晶風(fēng)險。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種SCR旋流混合管，屬于發(fā)動機后處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

SCR技術(shù)可以有效解決柴油機的NO_X排放問題，此技術(shù)在車用柴油機國IV、國V階段得到了廣泛的應(yīng)用。SCR的基本工作原理是通過尿素噴射系統(tǒng)向柴油機排氣管中噴入還原劑，還原劑在催化劑的作用下與NOx發(fā)生反應(yīng)，將NOx轉(zhuǎn)化為N₂，進(jìn)行NOx排放控制，在柴油機NOx中，90％以上的成分為NO和NO₂。SCR技術(shù)常用的還原劑為NH₃，通常通過向排氣管內(nèi)噴入尿素，尿素分解后得到NH₃。

公式(1)表示噴入的尿素吸熱分解產(chǎn)生NH₃，公式(2)和公式(3)則表示NH₃在催化劑上與排氣中的NOx反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為N₂和H₂O。

(NH₂)₂CO+H₂O→CO₂+2NH₃(1)

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O(2)

NO+NO₂+2NH₃→2N₂+3H₂O(3)

尿素噴射量需要隨發(fā)動機工況實時變化，故尿素噴射量的精確控制決定了SCR系統(tǒng)的結(jié)晶風(fēng)險和NOx轉(zhuǎn)化效率。由于工況變化快、控制系統(tǒng)進(jìn)行尿素噴射量控制時具有滯后性，常常會導(dǎo)致尿素混合管內(nèi)具有較高的尿素結(jié)晶風(fēng)險。

尿素混合管是SCR系統(tǒng)中的重要組成部分，可用于預(yù)防尿素結(jié)晶的出現(xiàn)，加速尿素溶液的快速混合，保證NH₃的均勻分布。

在尿素混合管中，尿素噴射點的位置是影響尿素噴入混合管后分布均勻性和結(jié)晶風(fēng)險的重要因素。將尿素噴射點布置在混合管壁上的混合管結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致尿素噴入混合管后難以均勻分布于混合管中，混合效果不理想，對SCR性能產(chǎn)生影響。通過管路的90°彎折將尿素噴射點布置在混合管路中心位置的方式可保證尿素噴入后均勻分布于混合管內(nèi)，但此方案會使排氣難以高效直接的與尿素進(jìn)行混合，影響尿素分解速率，并且會在彎折處產(chǎn)生較大的背壓，影響柴油機性能。通過物理結(jié)構(gòu)直接將尿素噴射部分探入混合管，實現(xiàn)噴射點的居中布置，可保證尿素噴入后均勻分布于混合管內(nèi)，并且能保證排氣均勻作用于噴入的尿素，但探入的物理結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致混合管內(nèi)出現(xiàn)不均勻擾動，這種擾動會在尿素噴射量較大時導(dǎo)致尿素觸壁，引發(fā)結(jié)晶。

因此，有必要設(shè)計新型SCR尿素混合管，實現(xiàn)尿素噴射點的居中布置，在保證尿素溶液快速分解和尿素在混合物中均勻分布的同時，降低尿素結(jié)晶風(fēng)險。

發(fā)明內(nèi)容