CN105247185A - 氨发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的废气净化装置的氨发生器(22)，即用于从尿素溶液产生用作用于SCR催化器的还原剂的氨，其具有：喷嘴(23)，通过喷嘴可将尿素溶液引入气体流动中；后置于喷嘴(23)的水解催化器(24)，通过水解催化器可将被引入气体流动中的尿素溶液分解成水蒸气和二氧化碳和氨；用于使尿素溶液可引入其中的气体流动形成涡旋的涡旋产生器件(33,36)。

Description

氨发生器
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的氨发生器。
背景技术
对于以重油运行的内燃机中，存在该特点，即所使用的燃料、即重油具有较高的含硫量。硫氧化物可与废气的其它成分反应并且导致沉积在内燃机的组件如内燃机的废气净化装置处。
由文件DE102004027593A1已知一种具有增压装置和废气净化装置的内燃机。增压装置实施为单级的或为两级的增压装置。废气净化装置包括至少一个SCR催化器，其在单级的增压装置中定位在废气涡轮增压器的涡轮下游或在废气涡轮增压器的涡轮上游。在两级的增压装置中，SCR催化器根据现有技术定位在高压废气涡轮增压器的高压涡轮与低压废气涡轮增压器的低压废气涡轮之间。
SCR催化器使用氨作为还原剂。在由现有技术已知的废气再处理***中，在SCR催化器上游将含水的尿素溶液引入废气中，其中，含水的尿素溶液在废气流中被分解或蒸发成水蒸气、二氧化碳和氨。
对此，在喷嘴(其将含水的尿素溶液引入废气中且其定位于在内燃机与SCR催化器之间伸延的废气管路中)与SCR催化器(其使用氨作为还原剂)之间需要具有至少一个水解催化器的处理段。喷嘴和水解催化器共同形成氨发生器。
例如由文件DE102009035692A1以及由文件DE102009035692A1已知从被引入废气中的含水的尿素溶液中产生氨。
在由实践已知的氨发生器中，尿素溶液到待通过水解催化器导引的气体流动中的均匀分布引起困难。此外，在由实践已知的氨发生器中不能均匀地以气体流动(含水的尿素溶液被引入其中)加载水解催化器。因此，已知的氨发生器仅具有有限的效率。
发明内容
由此出发，本发明目的在于提供一种新型的氨发生器。
该目的通过一种根据权利要求1所述的氨发生器来实现。
根据本发明的氨发生器包括至少一个用于使气体流动(尿素溶液可被引入其中)形成涡旋的涡旋产生器件。
根据本发明的氨发生器的涡旋产生器件以简单且可靠的方式实现将含水的尿素溶液均匀地引入气体流动中。此外可能以气体流动(尿素溶液被均匀地引入其中)均匀地加载水解催化器。因此，根据本发明的氨发生器具有高的效率。如果涡旋产生器件在尿素溶液引入气体流动中之前使气体流动形成涡旋，那么可特别均匀地将含水的尿素溶液引入气体流动中。
优选地，根据本发明的氨发生器此外包括用于加速气体流动(尿素溶液可引入其中)的流动变窄器件(Stroemungsverengungsmittel)，即用于在喷嘴下游使气体流动的流动变窄。根据本发明的氨发生器的流动变窄器件一方面辅助将含水的尿素溶液均匀地引入气体流动中且另一方面辅助了以气体流动(尿素溶液已被引入其中)均匀地加载水解催化器。由此可进一步提高氨发生器的效率。
根据有利的改进方案，氨发生器具有双壁的罩壳，其限定径向上在内部的流动通道(水解催化器定位在其中)和径向上在外部的流动通道(气体流动为了其形成涡旋可切向地输送给该流动通道)，其中，径向上在外部的流动通道在喷嘴的区域中过渡到径向上在内部的流动通道中。优选地，径向上在外部的流动通道与切向地通到其中的气体管路一起形成涡旋产生器件，其中，优选地存在的流动变窄器件在喷嘴下游定位于在径向上在外部的流动通道与径向上在内部的流动通道之间的过渡区域中。
这允许以简单的手段在保证氨发生器的紧凑的结构形式的情况下在引入尿素溶液之前使气体流动(尿素溶液将被引入其中)形成涡旋。与在喷嘴(通过其将尿素溶液引入形成涡旋的气体流动中)下游的流动变窄部相结合，如此可在最窄的结构空间上实现上述的根据本发明的优点。
根据一有利的改进方案，水解催化器具有在径向上在内部的流动通道的流动方向上观察在上游的且相对粗单元的第一催化器级和在径向上在内部的流动通道的流动方向上观察在下游的且相对细单元的第二催化器级，其中，径向上在外部的流动通道的流动方向与径向上在内部的流动通道的流动方向相反地伸延，并且其中，外部的流动通道的气体流动至少在第一催化器级的区域中至少逐段地扫过径向上在内部的流动通道。切向地通到外部的流动通道中的气体管路优选地通到外部的流动通道的一区段中，该区段逐段地遮盖定位在径向上在内部的流动通道中的水解催化器。由此可能将水解催化器通过在径向上在外部的流动通道中的流动带到限定的温度上并且如此进一步提高根据本发明的氨发生器的效率。
附图说明
本发明的优选的改进方案由从属权利要求和接下来的说明得出。根据附图来详细阐述本发明的实施例，而不限制于此。其中：
图1显示了内燃机的示意图；
图2从外部显示了根据本发明的第一氨发生器；
图3显示了穿过根据本发明的第一氨发生器的图2的横截面III-III；以及
图4显示了穿过根据本发明的第二氨发生器的横截面。
具体实施方式
图1显示了内燃机10的极其示意性的视图，内燃机10优选地是以重油运行的船用柴油内燃机。就此而言应指出的是，图1的内燃机10的构造是示例性的并且本发明不限于该内燃机构造。
在图1中显示的内燃机10具有带有多个气缸12的发动机11，其中，根据图1将增压空气13输送给气缸11用于燃料的燃烧，并且其中，可将在燃料燃烧时在气缸11中产生的废气14从气缸12中导出。
图1的内燃机10具有增压装置15，其在所示的实施例中实施成双级，具有低压涡轮增压器16a和高压涡轮增压器16b。
被输送给内燃机10的发动机11的气缸12的增压空气13首先在低压涡轮增压器16a的低压压缩机18a中且接着在高压涡轮增压器16b的高压压缩机18b中被压缩，其中，对此所需的能量通过废气14一方面在高压涡轮增压器16b的高压涡轮17b中而另一方面在低压涡轮增压器16a的低压涡轮17a中的降压来获得。
离开发动机11的气缸12的废气14首先到达高压涡轮增压器16b的高压涡轮17b的区域中，其中，在高压涡轮增压器16b的高压涡轮17b中将在废气14降压时所获得的能量用来驱动高压涡轮增压器16b的高压压缩机18b。接着，废气到达低压涡轮增压器16a的低压涡轮17a的区域中，其中，在低压涡轮17a中获得的能量被用来驱动低压涡轮增压器16a的低压压缩机18a。根据图1，不仅在低压压缩机18a下游而且在高压压缩机18b下游分别定位有增压空气冷却器19a或19b，以冷却增压空气13。
根据图1，内燃机10此外包括废气净化装置20，其包括至少一个SCR催化器21。
在废气净化装置20的SCR催化器21中使用氨作为还原剂，其中，氨由氨发生器22来提供。氨发生器22具有喷嘴23，以将含水的尿素溶液引入气体流动中，其中，氨发生器22的水解催化器24后置于氨发生器22的喷嘴23，在水解催化器24中含水的尿素溶液被分解成氨、二氧化碳和水蒸气。
在图1的实施例中，被导引经过氨发生器22的气体流动是在废气14的流动方向上观察在增压装置15上游、即在高压涡轮17b上游通过旁通管路25和未示出的废气门阀被从废气14中分支出的废气，并且其在增压装置15下游、即根据图1在低压涡轮17a下游且在SCR催化器21上游又被导入废气中。
虽然将含水的尿素溶液引入经由旁通管路25从废气14中分支出的废气部分流动中是优选的，然而与此不同也可能在高压压缩机18b下游且在增压空气冷却器19b上游分支出被压缩的增压空气并且引导其经过氨发生器22，以便然后将含水的尿素溶液通过喷嘴23引入增压空气的一部分中并且相应地作为气体流动不是将废气而是将增压空气引导经过氨发生器22。相应地，术语气体流动可被理解成一方面废气部分流动而另一方面增压空气部分流动，其可被引导经过氨发生器22。
本发明涉及氨发生器22的可有效地实现尿素溶液转化成氨、二氧化碳和水蒸气的细节。
根据本发明的氨发生器22至少具有涡旋产生器件且优选地此外具有流动变窄器件。优选地在将尿素溶液引入气体流动中之前通过涡旋产生器件使气体流动(尿素溶液被引入其中)形成涡旋。通过优选地存在的流动变窄器件，废气流动可在其流动横截面方面收缩并且由此可加速，即在喷嘴23下游。如已实施的那样，气体流动可以是从废气或从增压空气中分支出的部分流。无论如何，由于气体流动的涡旋形成和气体流动的优选地相结合利用的变窄或加速可能一方面将尿素溶液有效地且均匀地分布在气流中且另一方面均匀地以气体流动和被引入气体流动中的尿素溶液加载水解催化器24，以便如此确保尿素溶液有效地转化成氨、二氧化碳和水蒸气。
图2和3显示了氨发生器22的优选的第一实施例，如已实施的那样，其至少包括喷嘴23和水解催化器24，其中，在图2和3中氨发生器22与旁通管路25一起示出。通过旁通管路25的与法兰26共同作用的区段将气体流动输送给氨发生器22，通过旁通管路25的与法兰27共同作用的区段接着可将带有氨的气体流动向SCR催化器21的方向导引。箭头28说明了通过旁通管路28和氨发生器22的气体流动。
在图2和3中所示的优选的实施例的氨发生器22具有双壁的罩壳29，其带有径向上在外部的罩壳壁30和径向上在内部的罩壳壁31，它们彼此同心地或同轴地伸延，其中，双壁的罩壳29或者说这两个罩壳壁30和31限定径向上在内部的流动通道32和径向上在外部的流动通道33。
水解催化器24定位在径向上在内部的流动通道32中，其在所示的优选的实施例中具有两个催化器级34和35。径向上在内部的流动通道32(水解催化器24定位在其中)被径向上在外部的流动通道33包围，其中，气体流动(含水的尿素溶液应通过喷嘴23被引入其中)可通过切向地通到径向上在外部的流动通道33中的气体输入管路36切向地被引入径向上在外部的流动通道33中。该气体输入管路36是旁通管路25的在氨发生器22上游伸延的区段。旁通管路25的在氨发生器22下游伸延的区段可被称为气体导出管路37。
在切向上进入径向上在外部的流动通道33中的气体流动通过该流动引导在径向上在内部的流动通道33的区域中形成涡旋并且在图3中向上流动，其中，根据图3，径向上在外部的流动通道33向上或邻近于喷嘴23过渡到径向上在内部的流动通道32中，从而在用于将含水的尿素溶液引入气体流动28中的喷嘴23的区域中气体流动28从径向上在外部的流动通道33流出到径向上在内部的流动通道32中。
在径向上在外部的流动通道33与径向上在内部的流动通道32之间的过渡区域中，优选地此外定位有流动变窄器件38，其将径向上在内部的流动通道32的横截面减小成使得在喷嘴23下游使气体流动28加速并且如此通过喷嘴23将尿素溶液引入被加速的气体流动28中。
流动变窄器件38优选地是使径向上在内部的流动通道32的流动横截面变窄的遮板38。
如已实施的那样，优选的实施例的氨发生器22的水解催化器24实施成两级，即带有在径向上在内部的流动通道32的流动方向上观察在上游的且相对粗单元的第一催化器级34和在径向上在内部的流动通道32的流动方向上观察在下游的且相对细单元的第二催化器级35。
这样两级的水解催化器24是优选的，以辅助含水的尿素溶液有效地转化成氨、二氧化碳和水蒸气。
图2和3的根据本发明的氨发生器22的另一特点在于，在径向上在外部的流动通道33中的流动方向与在径向上在内部的流动通道32中的流动方向相反地伸延，其中，在外部的流动通道33中的气体流动至少在水解催化器24的第一催化器级34的区域中至少逐段地扫过径向上在内部的流动通道32，从而那么至少水解催化器24的第一催化器级34可通过在径向上在外部的流动通道33中的气体流动来调温。
在所示的优选的实施例中，相切地通到外部的流动通道33中的气体输入管路36通到外部的流动通道33的一区段中，该区段在水解催化器24所定位在的区域中遮盖径向上在内部的流动通道32，即在所示的根据图3的实施例中水解催化器24的第二催化器级35。因此，径向上在外部的流动通道33的气体流动完全扫过第一催化器级34而部分地扫过第二催化器级35。以此，在其两个催化器级34和35的区域中可实现水解催化器24的特别有利的调温。
在图2和3的实施例中，相应地将气体流动、优选地废气的一部分在增压装置15上游取出并且导引经过氨发生器22，其中，该气体流动切向地被输送给氨发生器22的罩壳29的径向上在外部的流动通道33。在此使气体流动形成涡旋。
形成涡旋的气体流动在邻近于喷嘴23定位的过渡区域中溢流到氨发生器22的径向上在内部的流动通道32中，即从径向外部向径向内部，其中，水解催化器24定位在径向上在内部的流动通道32中。
在水解催化器24上游且在喷嘴23下游定位在径向上在内部的流动通道32的区域中的遮板或变窄器件38引起形成涡旋的气体流动在一区域中的加速，在该区域中通过喷嘴23将含水的尿素溶液引入气体流动中。
接着，气体流动与含水的尿素溶液一起到达水解催化器24的区域中，其中，水解催化器24均匀地被以气体流动和尿素溶液加载。在水解催化器中实现尿素溶液转化成氨、二氧化碳和水蒸气。氨发生器22特征在于高效率和紧凑的结构形式。
为了使能够简单地更换水解催化器24，罩壳29实施成由上部件和下部件构成的两件式，其通过带箍(Bandschelle)48可松开地相连接。
图4显示了根据本发明的氨发生器39的第二实施例。图4的氨发生器39具有单壁的罩壳40，其限定流动通道41，其中，在该流动通道41中一方面布置有用于将含水的尿素溶液喷入气体流动43中的喷嘴42而另一方面在流动方向上观察在喷嘴42下游布置水解催化器44。
在图4的实施例中，在将含水的尿素溶液喷入气体流动43中之前通过具有涡旋槽(Drallschlitze)45的涡旋产生器件46实现气体流动43形成涡旋，其中，具有涡旋槽45的涡旋产生器件46在气体流动43的流动方向上观察径向上在外部包围喷嘴42。以此，也在将含水的尿素溶液引入气体流动43中之前使气体流动43形成涡旋，其中，根据图4在气体流动43的流动方向上观察在喷嘴42下游而在水解催化器44上游定位有以遮板的形式的流动变窄器件47，以使之前形成涡旋的气体流动43加速且如此将含水的尿素溶液喷入形成涡旋的且被加速的气体流动43中。
利用图4的实施方案，也可将待在水解催化器44的区域中转化成氨的尿素溶液均匀地引入气体流动43中并且均匀地以气体流动和尿素溶液加载水解催化器44。然而，为了确保氨发生器的紧凑的结构形式，图2和3的实施方案是优选的。
在这两个所示的实施例中，在气体流动中相应在大半径上、即关于喷嘴23,42的定位径向上在外部产生涡旋。如果与所示的实施例不同相应在小半径上在气体流动中产生涡旋，那么涡旋产生器件在气体流动的流动方向上观察定位在喷嘴与流动变窄器件或者说遮板之间。
在所示的实施例中，作为喷嘴23,42可使用不同结构形式的喷嘴。优选地使用空气辅助的压力喷雾器作为喷嘴23,42。
附图标记清单
10内燃机
11发动机
12气缸
13增压空气
14废气
15增压装置
16a低压涡轮增压器
16b高压涡轮增压器
17a低压涡轮
17b高压涡轮
18a低压压缩机
18b高压压缩机
19a增压空气冷却器
19b增压空气冷却器
20废气净化装置
21SCR催化器
22氨发生器
23喷嘴
24水解催化器
25旁通管路
26法兰
27法兰
28流动方向
29罩壳
30罩壳壁
31罩壳壁
32径向上在内部的流动通道
33径向上在外部的流动通道
34催化器级
35催化器级
36气体输入管路
37气体导出管路
38流动变窄器件/遮板
39氨发生器
40罩壳
41流动通道
42喷嘴
43气体流动
44水解催化器
45涡旋槽
46涡旋产生器件
47流动变窄器件/遮板
48带箍。

Claims (12)

1.一种用于内燃机的废气净化装置的氨发生器，即用于从尿素溶液中产生用作用于所述废气净化装置的SCR催化器的还原剂的氨，所述氨发生器具有：喷嘴(23;42)，通过所述喷嘴能够将所述尿素溶液引入气体流动中；后置于所述喷嘴的水解催化器(24;44)，通过所述水解催化器能够将被引入所述气体流动中的尿素溶液分解成水蒸气和二氧化碳和氨，其特征在于用于使所述尿素溶液能够引入其中的所述气体流动形成涡旋的涡旋产生器件(33,36;46)。
2.根据权利要求1所述的氨发生器，其特征在于，所述涡旋产生器件(33,36;46)在所述尿素溶液引入所述气体流动之前使所述气体流动形成涡旋。
3.根据权利要求1或2所述的氨发生器，其特征在于用于使所述尿素溶液能够引入其中的所述气体流动加速的流动变窄器件(38;47)，即用于在所述喷嘴(23;42)下游使所述气体流动的流动变窄。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的氨发生器，其特征在于，所述氨发生器具有双壁的罩壳(29)，其限定径向上在内部的流动通道(32)和径向上在外部的流动通道(33)，所述水解催化器(24)定位在径向上在内部的流动通道(32)中，所述气体流动为了使其形成涡旋能够切向地输送给径向上在外部的流动通道(33)，其中，径向上在外部的流动通道(33)邻近喷嘴(23)过渡到径向上在内部的流动通道(32)中。
5.根据权利要求4所述的氨发生器，其特征在于，双壁的所述罩壳(29)的径向上在外部的流动通道(33)与切向地通到其中的气体输入管路(36)共同形成所述涡旋产生器件(33,36)。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的氨发生器，其特征在于，所述流动变窄器件(38)定位在双壁的所述罩壳(29)的径向上在外部的流动通道(33)与双壁的所述罩壳(29)的径向上在内部的流动通道(32)之间的过渡区域中。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的氨发生器，其特征在于，所述流动变窄器件(38)由使径向上在内部的流动通道(32)的流动横截面变窄的遮板(38)形成。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的氨发生器，其特征在于，所述水解催化器(24)具有在径向上在内部的流动通道(32)的流动方向上观察在上游的且相对粗单元的第一催化器级(34)和在径向上在内部的流动通道(32)的流动方向上观察在下游的且相对细单元的第二催化器级(35)，其中，径向上在外部的流动通道(33)的流动方向与径向上在内部的流动通道(32)的流动方向相反地伸延，并且其中，外部的流动通道(33)的气体流动至少在所述第一催化器级(34)的区域中至少逐段地扫过径向上在内部的流动通道(32)。
9.根据权利要求8所述的氨发生器，其特征在于，外部的流动通道(33)的气体流动在所述第一催化器级(34)的区域中完全地而在所述第二催化器级(35)的区域中至少逐段地扫过径向上在内部的流动通道(32)。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的氨发生器，其特征在于，切向地通到外部的流动通道(33)中的气体输入管路(36)通到外部的流动通道(33)的逐段地遮盖定位在径向上在内部的流动通道(32)中的水解催化器(24)的区段中。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的氨发生器，其特征在于，所述氨发生器具有罩壳(40)，其限定流动通道(41)，所述喷嘴(42)和所述水解催化器(44)定位在所述流动通道(41)中，其中，在所述气体流动的流动方向上观察，所述涡旋产生器件(46)的涡旋槽(45)径向上在外部至少逐段地包围所述喷嘴(42)。
12.一种内燃机、即以重油运行的内燃机，其带有：具有多个气缸(12)的发动机(11)；具有至少一个涡轮增压器(16a,16b)的增压装置(15)；具有SCR催化器(21)的废气净化装置(20)；用于从尿素溶液中产生用作用于SCR催化器(21)的还原剂的氨的氨发生器(22,39)，其特征在于，所述氨发生器(22,39)根据权利要求1至11中任一项所述来构造。
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