Scr系統(tǒng)及其催化反應單元的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及尾氣處理技術領域，特別涉及一種SCR系統(tǒng)及其催化反應單元。
【背景技術】
[0002]SCR(Selective Catalytic Reduct1n，選擇性催化還原法)技術是一種利用 NH3和NOx發(fā)生催化還原反應消除柴油機尾氣中氮氧化物(NOx)的技術。通過SCR系統(tǒng)處理后，使柴油機尾氣滿足國四及以上排放法規(guī)。
[0003]SCR系統(tǒng)根據(jù)功能主要分為控制單元、尿素劑量單元和催化反應單元三部分。其中，催化反應單元主要包括SCR催化劑、載體及其封裝。工作時，定量的尿素水溶液以霧狀形態(tài)噴入排氣管中，尿素液滴在高溫尾氣作用下發(fā)生水解反應，生成所需要的還原劑NH3,NH3在催化劑的作用下將氮氧化物還原為氮氣，從而使柴油機尾氣滿足排放法規(guī)。
[0004]一種典型的催化反應單元如圖1所示，圖1為現(xiàn)有技術中SCR系統(tǒng)的催化反應單元部分剖視圖。該催化反應單元中，柴油機尾氣從進氣管I’進入，并經過導流部3’進入內層管4’，尿素水溶液通過噴嘴2’呈霧狀噴入內層管4’，尾氣與尿素在內層管4’內混合并發(fā)生水解反應，反應完成后，生成的混合物通過內層管4’側壁上的開孔進入外層管5’內，混合物繼續(xù)流動，從外層管5’側壁的小孔排出，進入桶體內殼體內，最終流動到載體6’，尾氣與冊13的混合氣體在載體6’上催化劑的作用下發(fā)生氧化還原反應，氮氧化物被還原為氮氣。
[0005]上述尿素與尾氣混合過程中，由于該催化反應單元不設有氣體均布裝置，尾氣與NH3*布均勻性不高，影響氮氧化物的轉化率。因此，為了提高氮氧化物的轉化率，需要噴入更多的尿素水溶液。但是，噴入的尿素水溶液過多時，催化反應單元內容易形成尿素結晶，造成SCR系統(tǒng)的故障率提高。
[0006]鑒于上述催化反應單元存在的缺陷，亟待提供一種可提高氣體分布均勻性的催化反應單元。

【發(fā)明內容】

[0007]為解決上述技術問題，本發(fā)明的目的為提供一種SCR系統(tǒng)及其催化反應單元。該催化反應單元在載體的前端設置氣體均布裝置，當尾氣與還原劑NH3通過該氣體均布裝置時，增加其分布均勻性，從而提高氮氧化物的轉化率。
[0008]為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供一種SCR系統(tǒng)的催化反應單元，包括桶體，所述桶體內腔設有進氣混合腔和涂覆有催化劑的載體，尿素水溶液與尾氣在所述進氣混合腔內混合并反應，形成的混合物在所述載體上催化劑作用下發(fā)生催化還原反應；所述桶體的內腔還設有氣體均布裝置，以使所述混合物經所述氣體均布裝置流向所述載體。
[0009]可選地，所述氣液均布裝置為設于所述載體入口側的篩板，所述篩板均勻分布有若干小孔。
[0010]可選地，所述進氣混合腔內設有外層管，且其側壁設有若干第一通孔，尿素水溶液與尾氣在所述外層管內混合，并從所述第一通孔排出；
[0011 ] 所述氣體均布裝置設于所述外層管和所述載體入口側之間。
[0012]可選地，還包括設于所述外層管內部且與所述外層管套接的內層管，尿素水溶液與尾氣先通入所述內層管，所述內層管側壁設有若干第二通孔，以連通所述內層管與所述外層管。
[0013]可選地，所述第一通孔設于所述外層管的一側，所述第二通孔設于所述內層管上遠離所述第一通孔的一側，以使氣體在所述內層管與所述外層管之間繞行。
[0014]可選地，所述第二通孔靠近所述載體的入口側。
[0015]可選地，還包括位于所述外層管進氣端且管徑漸縮的導流部，以導流尾氣進入所述內層管；
[0016]所述導流部的側壁還設有若干導流孔，以使部分尾氣通過所述導流孔進入所述外層管。
[0017]可選地，所述導流孔的設置位置靠近所述第二通孔。
[0018]可選地，所述外層管由所述進氣底碗封堵，所述進氣底碗底部與所述桶體的內殼體連接，以使所述外層管固定于所述桶體內殼體；所述內層管的底部伸入至所述進氣底碗內，其底部外周抵接所述進氣底碗的內壁，且所述內層管底部設有導流凹槽，以連通所述內層管與所述進氣底碗。
[0019]為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明還提供一種SCR系統(tǒng)，包括相互連接的控制單元、尿素劑量單元及催化反應單元，其中，催化反應單元為以上所述的催化反應單元。
[0020]現(xiàn)有的催化反應單元中，發(fā)生水解反應后產生的NH3與尾氣的混合氣體直接在載體上發(fā)生催化還原反應，使得尾氣與NH3分布不均勻，降低氮氧化物的轉化率，因此，為保證尾氣中氮氧化物的轉化率，所需要的尿素的劑量和載體的體積均較大。而本發(fā)明中，載體前端設置氣體均布裝置，使得尾氣與冊13的混合氣體在進入載體之前通過該氣體均布裝置，提高其分布均勻性，從而提高后續(xù)的催化還原反應的效率，在保證尾氣中氮氧化物轉化率的前提下，減少尿素的劑量和載體的體積，降低原材料成本。
【附圖說明】
[0021]圖1為現(xiàn)有技術中SCR系統(tǒng)的催化反應單元部分剖視圖；
[0022]圖2為本發(fā)明所提供的SCR系統(tǒng)的催化反應單元結構示意圖；
[0023]圖3為圖2的正面剖視圖；
[0024]圖4為圖3中篩板的B-B向剖視圖；
[0025]圖5為圖3中消音孔板的C-C向剖視圖。
[0026]圖1 中:
[0027]I '進氣管、2 '噴嘴、3 '導流部、4 '內層管、5 '外層管、6 '載體。
[0028]圖2-5 中:
[0029]I進氣管、11噴嘴、12進氣偏錐；
[0030]2導流部、3內層管、31第二通孔、32導流凹槽、4外層管、41第一通孔；
[0031]5桶體、51桶體前端蓋、6進氣底碗、7載體、8篩板、9消音孔板、91消音棉。
【具體實施方式】
[0032]為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明的第一核心為提供一種SCR系統(tǒng)的催化反應單元，該催化反應單元在載體的前端設置氣體均布裝置，當尾氣與還原劑過該氣體均布裝置時，增加其分布均勻性，從而提高氮氧化物的轉化率，減少尿素水溶液的劑量和載體的體積，同時避免尿素結晶，減小系統(tǒng)故障。本發(fā)明的另一核心為提供一種包括該催化反應單元的SCR系統(tǒng)。
[0033]為了使本領域的技術人員更好地理解本發(fā)明的技術方案，下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0034]請參考附圖2-3，圖2為本發(fā)明所提供的SCR系統(tǒng)的催化反應單元結構示意圖；圖3為圖2的正面剖視圖。
[0035]在一種【具體實施方式】中，SCR系統(tǒng)的催化反應單元，包括桶體5，該桶體5內腔設有進氣混合腔和涂覆有催化劑的載體7，尿素水溶液與尾氣在進氣混合腔內混合并反應，形成的混合物在載體7上催化劑作用下發(fā)生催化還原反應；另外，桶體5的內腔還設有氣體均布裝置，以使混合物經氣體均布裝置流向載體7。
[0036]需要說明的是，本文中，桶體前端蓋51與載體7之間的內腔為進氣混合腔，尾氣與尿素水溶液在該空間內混合，并發(fā)生一系列物理與化學變化，將尿素液滴轉化為催化還原反應的還原劑NH3。
[0037]催化反應單元工作時，噴嘴11將定量的尿素水溶液以霧狀形態(tài)噴入桶體5內，同時，高溫柴油機尾氣通過進氣管I通入桶體5內，尿素液滴在高溫尾氣的作用下發(fā)生水解反應，生成所需要的還原劑NH3,如下式:
[0038]NH2C0NH2+H20 — 2NH3+C02
[0039]上述水解反應生成的NH3與尾氣的混合氣體流動至涂覆有催化劑的載體7，尾氣中的NO、NO2在載體7上發(fā)生催化還原反應，如下式:
[0040]2N0+2N02+4NH3— 4N 2+6H20[0041 ] 4N0+02+4NH3— 4N 2+6H20
[0042]2N02+02+4NH3— 3N 2+6H20
[0043]將尾氣中的有害氣體還原為N2，從而使得柴油發(fā)動機滿足排放法規(guī)。
[0044]現(xiàn)有的催化反應單元中，發(fā)生水解反應后產生的NH3與尾氣的混合氣體直接在載體7上發(fā)生催化還原反應，使得尾氣與NH3分布不均勻，降低氮氧化物的轉化率。為保證尾氣中氮氧化物的轉化率，所需要的尿素的劑量和載體7的體積均較大。而本發(fā)明中，載體7前端設置氣體均布裝置，使得尾氣與冊13的混合氣體在進入載體7之前通過該氣體均布裝置，提高其分布均勻性，從而提高后續(xù)的催化還原反應的效率，在保證尾氣中氮氧化物轉化率的前提下，減少尿素的劑量和載體的體積，降低原材料成本，且噴入的尿素較少時，可避免尿素結晶，降低設備的故障率。
[0045]具體地，該氣液均布裝置可為設于載體7入口側的篩板8，篩板8均勻分布有若干小孔。
[0046]如圖4所示，圖4為圖3中篩板的B-B向剖視圖。由于該氣體均布裝置為均勻分布有若干小孔的篩板8，則當混合物通過時，相當于小孔射流，混合物以一定的速度從小孔流出，經過很短的距離后，即變成完全的湍流，由于湍流的脈動，使得混合物的擾動加強，從而使未轉化為NH3的尿素繼續(xù)發(fā)生水解反應，提高尿素的轉化率，進一步提高氮氧化物的轉化率。對于該篩板8，通過合理設計該篩板8中小孔的孔徑及孔間距，使得篩板8具有最佳的開孔率，可保證篩板8的氣體均布效果和氣流擾動效果均較好。
[0047]可以理解，上述的氣體均布裝置并不僅限于通過篩板8實現(xiàn)，也可采用本領域常用的其他氣體均布裝置，如采用管式氣體均布器。該管式氣體均布器由若干導向管組成，各導向管分別連接載體7，通過各導向管實現(xiàn)尾氣和NH3在載體7上均勻分布。但是該管式氣體均布器對氣體的擾動性較小，不利于尿素進一步轉化為NH3。因此，本實施例中的篩板8可在提高尾氣與NH3分布均勻性的基礎上提高尿素的轉化率，同時，結構簡單，節(jié)省成本。
[0048]進一步地，進氣混合腔內可設有外層管4，且其側壁設有若干第一通孔41，尿素水溶液與尾氣在外層管4內混合，并從第一通孔41排出；另