CN108952899A - 废气后处理***和内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及废气后处理***和内燃机。一种内燃机的废气后处理***(3)包括：SCR催化转化器(9)，其被接纳在反应器室(10)中；废气供给管线(8)，其通向反应器室(10)并因而通向SCR催化转化器(9)；废气排出管线(11)，其从反应器室(10)并因而从SCR催化转化器(9)引导离开；引入装置(16)，其被分配给废气供给管线(8)，用于将还原剂引入废气。废气后处理***(3)还包括多个吹气装置（24）和为吹气装置(24)共用的压力蓄积器(25)，所述压力蓄积器(25)围绕吹气装置(24)圆形或多边形地延伸，其中，吹气装置(24)能被供以用于吹干净SCR催化转化器(9)的介质。

Description

废气后处理***和内燃机
技术领域
本发明涉及一种内燃机的废气后处理***。此外，本发明涉及一种带有废气后处理***的内燃机。
背景技术
在例如用于发电厂的固定内燃机中的燃烧过程中，并且在例如用在船上的非固定内燃机中的燃烧过程中，产生氮氧化物，其中，这些氮氧化物典型地在诸如煤、沥青煤、褐煤、矿物油、重质燃料油或柴油燃料的含硫化石燃料的燃烧期间产生。因此，将用于清洁、尤其地用于离开内燃机的废气的脱氮的废气后处理***分配给这样的内燃机。
为了减少废气中的氮氧化物，所谓的SCR催化转化器主要用于从惯例已知的废气后处理***。在SCR催化转化器中，发生氮氧化物的选择性催化还原，其中，为了氮氧化物的减少，需要作为还原剂的氨(NH3)。为此，在SCR催化转化器的上游将氨或氨前体物质，诸如例如尿素，以液体形式引入废气，其中，氨或氨前体物质在SCR催化转化器的上游与废气混合。为此，根据惯例在氨或氨前体物质的引入与SCR催化转化器之间提供混合部段。
尽管使用从惯例已知的包括SCR催化转化器的废气后处理***，废气后处理、尤其地氮氧化物还原已能成功地进行，但仍存在进一步改善废气后处理***的需求。尤其地，存在使具有这样的废气后处理***的紧凑设计的有效废气后处理***成为可能的需求。
发明内容
由此开始，本发明的目的基于创造内燃机的新型废气后处理***和带有这样的废气后处理***的内燃机。
该目的通过根据权利要求1的内燃机的废气后处理***解决。根据本发明的废气后处理***包括优选地布置在反应器室内的多个吹气装置，所述多个吹气装置用于吹干净SCR催化转化器，其中，吹气装置能被供以源自共用的压力蓄积器的用于吹干净SCR催化转化器的介质，所述共用的压力蓄积器围绕SCR催化转化器并且围绕吹气装置圆形地或多边形地延伸。本发明基于的知识是，例如以重质燃料油或残油操作的内燃机的废气后处理***的SCR催化转化器具有趋向于阻塞的趋势。因此，在这样的内燃机的废气中存在高的灰烬比例或烟尘比例，其中，灰烬和烟尘沉淀在SCR催化转化器的区域中，并且能导致SCR催化转化器被阻塞。为了抵消这，存在用于将SCR转化器吹干净灰烬和烟尘的吹气装置。
根据现有技术，在吹气装置一个在另一个地后面连接至压力管线的情况下，不同的压力状况取决于当启动时的相应吹气装置的位置在供给压缩空气***中形成。这由在不同吹气装置的上游的不同尺寸的气体体积和延伸长度造成，作为结果，不同的压力降低和/或在反射波的情况下不同的压力升高出现。这样的后果是，能经由吹气装置实现明显不同的清洁效果。
与此相比较，根据本发明的吹气装置能从共用的环形或多边形压力蓄积器被均匀地供以用于吹干净SCR催化转化器的介质。经由该对称布置，对于所有吹气装置的压力降低和升高几乎相同，作为结果，它们实现相同的清洁效果。这对于将SCR催化转化器吹干净灰烬和烟尘特别有利。
源自共用的压力蓄积器，供给管线延伸至每个吹气装置，经由所述供给管线，相应的吹气装置能被供以用于吹干净SCR催化转化器的介质，其中，优选地，每根供给管线分配有可切换阀。经由源自共用的圆形或多边形状的压力蓄积器的延伸至吹气装置的供给管线，所有吹气装置能被容易并且可靠地供以用于吹干净SCR催化转化器的介质，即再次在每个吹气装置的区域中确保均匀的压力下降。
根据有利的另一改进，共用的压力蓄积器围绕反应器室在反应器室外延伸，其中，源自压力蓄积器的每根供给管线延伸通过反应器室的壁直至吹气装置。尤其地当共用的压力蓄积器也围绕反应器室延伸时，其被定位在实际的反应器室外部，其中，供给管线于是延伸通过反应器室的壁，以便给布置在反应器室中的吹气装置供以用于吹干净SCR催化转化器的介质。
根据有利的另一改进，共用的压力蓄积器围绕SCR催化转化器并且围绕优选地被定位在反应器室中的吹气装置在循环方向上闭合地延伸，其中，共用的压力蓄积器优选地形成为圆形或多边形管道，其围绕SCR催化转化器并且围绕被定位在反应器室中的吹气装置在循环方向上闭合地延伸，并且优选地围绕反应器室在循环方向上闭合地延伸。经由在循环方向上闭合、即在任何周向位置不中断的压力蓄积器，所有的吹气装置能特别有利地被供以用于吹干净SCR催化转化器的介质。
在权利要求9中限定了根据本发明的内燃机。
附图说明
本发明的另外的优选改进从从属权利要求和以下的说明中获得。通过附图更详细地说明本发明的示例实施例，但不限于此。其示出：
图1是带有根据本发明的废气后处理***的内燃机的示意性透视图；
图2是图1的废气后处理***的详图；
图3是根据本发明的废气后处理***的详图；
图4是根据本发明的变型的废气后处理***的详图。
具体实施方式
本发明涉及一种内燃机的、例如发电厂中的固定内燃机或用在船上的非固定内燃机的废气后处理***。尤其地，废气后处理***用在以重质燃料油操作的船的柴油内燃机上。
图1示出了带有废气涡轮增压***2和废气后处理***3的内燃机1的布置。内燃机1能够是非固定或固定的内燃机，尤其地船的非固定操作的内燃机。离开内燃机1的气缸的废气用于废气增压***2，以便从废气的热能提取机械能，用于压缩待供给至内燃机1的增压空气。
因此，图1示出了带有废气涡轮增压***2的内燃机1，所述废气涡轮增压***2包括多个废气涡轮增压器，即第一高压侧废气涡轮增压器4和第二低压侧废气涡轮增压器5。离开内燃机1的气缸的废气初始地经由所述废气在其中膨胀的第一废气涡轮增压器1的高压涡轮机6流动，其中，在此过程中提取的能量用于第一废气涡轮增压器4的高压压缩机，以便压缩增压空气。在第一废气涡轮增压器4的下游的废气的流动方向上看，布置有第二废气涡轮增压器5，经由所述第二废气涡轮增压器5，已流过第一废气涡轮增压器4的高压涡轮机6的废气被引导，即经由第二废气涡轮增压器5的低压涡轮机7。在第二废气涡轮增压器5的低压涡轮机7中，废气进一步膨胀，并且在此过程中提取用在第二废气涡轮增压器5的低压压缩机中的能量，以便同样压缩待供给至内燃机1的气缸的增压空气。
除包括两个废气涡轮增压器4和5的废气增压***2之外，内燃机1包括是SCR废气后处理***的废气后处理***3。SCR废气后处理***3优选地连接在第一压缩机5的高压涡轮机6与第二废气涡轮增压器5的低压涡轮机7之间，使得因此离开第一废气涡轮增压器4的高压涡轮机6的废气在其进入第二废气涡轮增压器5的低压涡轮机7的区域之前，能初始地经由SCR废气后处理***3被引导。
图1示出了废气供给管线8，经由所述废气供给管线8，源自第一废气涡轮增压器4的高压涡轮机6的废气能在布置于反应器室10中的SCR催化转化器9的方向上被引导。
此外，图1示出了废气排出管线11，其用于在第二废气涡轮增压器5的低压涡轮机7的方向上从SCR催化转化器9排出废气。来自低压涡轮机7的废气经由管线21尤其地流入外界。
通向反应器室10并因而通向被定位在反应器室中的SCR催化转化器9的废气供给管线8与引导离开反应器室10并因而离开SCR催化转化器9的废气排出管线11经由旁通管12联接，关断装置13结合到旁通管中。随着关断装置13关闭，旁通管12关闭，使得没有废气能经由旁通管流动。相比之下，尤其当关断装置13打开时，废气能经由旁通管12流动，即流过反应器室10和因此流过被定位在反应器室10中的SCR催化转化器9。图2用箭头14图示了废气在旁通管12经由关断装置13关闭的情况下通过废气后处理***3的流动，其中，从图2显而易见的是，废气供给管线8通过下游端15通向反应器室10，其中，在废气供给管线8的该端15的区域中的废气经受近似180°的流动转向，其中，在流动转向之后的废气经由SCR催化转化器9被引导。
废气后处理***3的废气供给管线8分配有引入装置16，经由所述引入装置16，能将还原剂、尤其地氨或氨前体物质引入废气流，所述还原剂被需要以便以限定的方式使在SCR催化转化器9的区域中的废气的氮氧化物转变。废气后处理***3的引入装置16优选地是喷射喷嘴，经由所述喷射喷嘴，将氨或氨前体物质喷射到在废气供给管线8内的废气流中。图2用锥17图示了还原剂在废气供给管线8的区域中进入废气流的喷射。
废气后处理***3的在废气的流动方向上看位于引入装置16的下游并且位于SCR催化转化器9的上游的部段被描述成混合部段。尤其地，废气供给管线8在引入装置16的下游提供混合部段18，在所述混合部段18中，废气能在SCR催化转化器9的上游与还原剂混合。
废气供给管线8通过下游端15通向反应器室10。废气供给管线8的该下游端15分配有挡板元件20，所述挡板元件20可相对于废气供给管线8的下游端15移动。在所示的示例性实施例中，挡板元件20能相对于通向反应器室10的废气供给管线8的端部15线性地移动。挡板元件20能相对于废气供给管线的下游端15移动，以便在下游端15处关断废气供给管线8或者在下游端15处打开它。尤其当挡板元件20在下游端15处关断废气供给管线8时，旁通管12的关断装置13优选地被打开，于是以便将废气完全引导通过SCR催化转化器9或接纳SCR催化转化器9的反应器室10。尤其当挡板元件20打开废气供给管线8的下游端15时，旁通管12的关断装置13能完全关闭或至少部分地打开。尤其当挡板元件20打开废气供给管线8的下游端15时，挡板元件20相对于废气供给管线8的下游端15的相对位置尤其地取决于通过废气供给管线8的废气质量流和/或取决于废气供给管线8中的废气的废气温度和/或依赖于经由引入装置16引入废气流的还原剂的量。
在废气供给管线8的打开的下游端15的情况下挡板元件20的另一功能在于，可在废气流中存在的液体还原剂的任何液滴达到挡板元件20，在那里它们被捕获并雾化，以便避免这样的液体还原剂的液滴进入SCR催化转化器9的区域。在打开的下游端15的情况下通过挡板元件20相对于废气供给管线8的下游端15的位置，尤其地能确定在废气供给管线8的下游端15的区域中在挡板元件20的区域中转向的废气是在径向内侧定位的部段的方向上被更强烈地引导或导向还是在径向外侧定位的SCR催化转化器9的部段的方向上被更强烈地引导或导向。
在面对废气供给管线8的侧面20a上，挡板元件20在形成用于废气的流动引导的同时是弯曲的，优选地是钟状弯曲的。因此，挡板元件20的面对废气供给管线8的下游端15的侧面20a与废气供给管线8的下游端15的距离在挡板元件20的径向内部段上比在其径向外部段上小。因此，挡板元件20逆着废气的流动方向在废气供给管线8的下游端15的方向上在侧面20a的中心缩回或弯曲。
如已说明的，废气供给管线8通过其下游端15通向接纳SCR催化转化器9的反应器室10。当这样做时，根据图2的废气供给管线8穿透反应器室10的底部22，并且通过其下游端15邻近反应器室10的顶部23终止，其中，如已说明的，在下游端15处离开废气供给管线的废气在其随后经由SCT催化转化器9流动之前被转向180°。
废气后处理***3包括多个吹气装置24，所述多个吹气装置24优选地布置在其中接纳SCR催化转化器9的反应器室10内，并且例如具体化为空气喷嘴。在此，吹气装置24中的每个吹气装置用于关于沉积在SCR催化转化器9上的烟尘和灰烬颗粒将SCR催化转化器9吹干净，以便从而避免阻塞SCR催化转化器9。吹气装置24布置在共用压力蓄积器25上。在此如图3所示，吹气装置24不但能围绕反应器室10布置，而且在此未示出地能布置在反应器的下方或上方。在该情况下，压力蓄积器环25的直径的尺寸能减小，这具有的后果是，反应器10和压力蓄积器环25的总直径减小。在此，压力蓄积器环25能被具体化，使得其直径不大于反应器10的直径，该反应器的直径尤其包括反应器的必需的热隔离。因为这，压力蓄积器环不需要相对于直径的附加的安装空间。向吹气装置24的供给26于是实际上经由反应器壳体的底部22或顶部23从顶部或从底部实现，以便避免增加直径。压力蓄积器环25有利地与由催化转化器9形成的平面平行布置。
图3示出了吹气装置24的优选取向，所述吹气装置24优选地以这样的一种方式取向，使得在反应器室10内、即在SCR催化转化器9的与通流方向或废气流动方向横向延伸的表面上产生涡旋流动或旋涡流动。借助于这样的涡旋流动或旋涡流动，SCR催化转化器9能特别有效地被吹净烟尘和灰烬颗粒。图3示出，SCR催化转化器9被接纳在其中的反应器室10优选地具有在横截面中是圆形的壁，所述壁在反应器室10的底部22与顶部23之间延伸。借助于与吹气装置24的取向结合的这样的壁19，能特别有利地形成涡旋流动或旋涡流动。
图3所示的吹气装置24能被供以源自为所有吹气装置24共用的压力蓄积器25的用于吹净SCR催化转化器9的介质，其中，为所有吹气装置24共用的压力蓄积器25在图3的示例性实施例中围绕SCR催化转化器9并且围绕吹气装置24圆形地或环形地延伸。在此，在图3的示出的示例性实施例中，压力蓄积器25被定位在反应器室10外部，使得在图3中，共用的压力蓄积器25因此也围绕反应器室10圆形地或环形地延伸。然而，如已通过图4说明的，该压力蓄积器25还可被定位在反应器室10的上方或下方，这提供减小压力蓄积器环25的直径的可能。
源自共用的压力蓄积器25，吹气装置24中的每个吹气装置可经由供给管线26被供以用于吹净SCR催化转化器9的介质，其中，在图3的示例性实施例中，相应的供给管线26在相应吹气装置24的方向上从共用的压力蓄积器25延伸，并因而延伸到反应器室10中，并且在此过程中穿透反应器室10的壁19。
尽管在图3中未示出，但是还能够将压力蓄积器25定位在反应器室10内，使得从压力蓄积器25延伸至吹气装置24的供给管线26因此不必穿透反应器室10的壁19。
如从图3显而易见的，每根供给管线26分配有可切换的阀27。经由可切换的阀27中的每个可切换阀，吹气装置24中的每个吹气装置能被独立地供以用于吹干净SCR催化转化器9的介质。在此，也能够通过阀27的合适的致动将所有吹气装置24供给以用于吹干净SCR催化转化器9的介质。与此形成对比，还能够以时间顺序定时的方式一个接一个地打开可致动阀27中的每个，以便总是每次仅给吹气装置24中的一个供给以用于吹干净SCR催化转化器9的介质。
在图3所示的示例性实施例中，共用的压力蓄积器25形成为以圆形或环形管道的形式的闭合的圆形压力蓄积器，其中，闭合意味着压力蓄积器25在循环方向上或者在周向方向上看完全循环并且因此在循环或者周向方向上不中断。在循环方向上或者在周向方向上看，压力蓄积器25因此完全充满用于吹干净SCR催化转化器9的介质，所述介质能在循环或周向方向上在压力蓄积器25内自由地流动。
图3还示出了用于为所有吹气装置24共用的压力蓄积器25的连接管线28，源自用于吹净SCR催化转化器9的介质的源，经由连接管线28，压力蓄积器25能被供以所述介质。
图4示出了在SCR催化转化器9被定位在催化转化器室10中的情况下的废气后处理***的变型，所述催化转化器室10的壁19在横截面中不是成型为圆形的，而是成型为多边形的，尤其地如图4的示例性实施例所示的，成型为矩形的。在该情况下，再次存在用于吹干净SCR催化转化器9的多个吹气装置24，其中，再次源自共用的压力蓄积器25的吹气装置24能经由通向吹气装置24并且从共用的压力蓄积器25分支的供给管线26被供以用于吹干净SCR催化转化器9的介质，可切换的阀27布置在供给管线26中。在图4的示例性实施例中，就像反应器室10的壁29一样，共用的压力蓄积器25多边形地被组成，即作为具有多个管道部段的多边形管道，其围绕SCR催化转化器9并且围绕吹气装置24、尤其地还围绕反应器室10延伸。在此，在图4的示例性实施例中的吹气装置24没有被定位在反应器室10内，而是仅吹气装置24的喷射开口通向反应器室10的壁19的区域，使得吹气装置24能吹动用于吹干净SCR催化转化器9的介质经由SCR催化转化器9。
供给管线26的长度最大为1.5米，优选地最大为1米，特别优选地最大为0.5米。
借助于吹气装置24，在废气的流动方向上看，SCR催化转化器9的上游前表面被吹干净灰烬和烟尘，使得因此吹气装置24的吹气方向大致与废气通过SCR催化转化器9的流动方向垂直地延伸。
图4所示的压力蓄积器25优选地还以这样的一种方式设计，使得其提供用于吹干净SCR催化转化器9的介质的围绕反应器室10在循环方向上闭合的流动导管，所述流动导管因此在任何位置不中断，使得介质能无阻碍地在压力蓄积器25内自由地流动或散布。
优选的是其中为吹气装置24共用的压力蓄积器25具有限定的压力蓄积器体积的废气后处理***的构造，其中，以下的关系优选地适用于压力蓄积器体积：
v=k*(273+t)/(273*Δp)
其中，v是以升为单位的压力蓄积器体积的量，其中，k达到200与6000之间，其中，t是以℃为单位的吹气介质的温度的量，并且其中，△p是以巴为单位的压力蓄积器25的压力与反应器室10的压力之间的压力差的量。
尤其当压力蓄积器25具有这样的压力蓄积器体积时，吹气装置24能特别优选地被供以用于吹干净SCR催化转化器的介质，以便因此有效地从SCR催化转化器9去除烟尘和灰烬。
在图1的内燃机1的情况下，废气后处理***3被定位在废气增压***2的直立上方。进入到内燃机1的气缸是自由的，然而但是废气涡轮增压器4和5的可接近性受到了限制。然而，当对废气涡轮增压器4、6的维护操作变得需要时，能容易地拆卸反应器室10。
与图1所示的废气后处理***3在废气增压***2上方的直立布置形成对比，紧邻废气增压***2废气后处理***3倾斜90°的水平布置也是可能的，然而，其中，通过这样的水平布置，布置的长度增加。然而，因此在无需拆卸反应器室10的情况下内燃机1与废气增压***2可无任何限制地可达到用于维护操作。
附图标记列表：
1 内燃机
2 废气增压***
3 废气后处理***
4 废气涡轮增压器
5 废气涡轮增压器
6 高压涡轮机
7 低压涡轮机
8 废气供给管线
9 SCR催化转化器
10 反应器室
11 废气排出管线
12 旁通管
13 关断装置
14 废气路径
15 端部
16 引入装置
17 喷射锥
18 混合部段
19 壁
20 挡板元件
21 管线
22 侧
23 侧
24 吹气装置
25 压力蓄积器
26 供给管线
27 阀
28 连接管线

Claims (10)

1.一种内燃机的废气后处理***(3)，即内燃机的SCR废气后处理***，
带有SCR催化转化器(9)，其被接纳在反应器室(10)中，
带有废气供给管线(8)，其通向所述反应器室(10)并因而通向所述SCR催化转化器(9)；
带有废气排出管线(11)，其从所述反应器室(10)并因而从所述SCR催化转化器(9)引导离开；
带有引入装置(16)，其被分配给所述废气供给管线(8)，用于将还原剂、尤其是氨或氨前体物质引入废气，
其特征在于包括，
多个吹气装置(24)，其用于吹干净所述SCR催化转化器(9)；
压力蓄积器(25)，其为所述吹气装置(24)共用，所述压力蓄积器(25)圆形或多边形地形成，其中，所述吹气装置(24)能被供以源自共用的压力蓄积器(25)的用于吹干净所述SCR催化转化器(9)的介质。
2.根据权利要求1所述的废气后处理***，其特征在于，所述共用的压力蓄积器(25)围绕所述反应器室(10)在所述反应器室(10)外部延伸或者布置在所述反应器室(10)的下方或上方。
3.根据权利要求1或2所述的废气后处理***，其特征在于，源自所述共用的压力蓄积器(25)的供给管线(26)通向每个吹气装置(24)，经由所述供给管线(26)，相应的吹气装置(24)能被供以用于吹干净所述SCR催化转化器(9)的介质，并且每个供给管线(26)分配有可切换的阀(27)。
4.根据权利要求2或3所述的废气后处理***，其特征在于，被定位在所述反应器室(10)外部的源自所述压力蓄积器(25)的每个供给管线(26)延伸通过所述反应器室(10)的壁直至布置在所述反应器室(10)中的相应的吹气装置(24)，并且每个供给管线(26)分配有可切换的阀(27)。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的废气后处理***，其特征在于，所述共用的压力蓄积器(25)围绕所述反应器(10)和/或围绕所述吹气装置(24)在循环方向上闭合地延伸。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的废气后处理***，其特征在于，所述共用的压力蓄积器(25)附连至所述反应器(10)的底部(22)或顶部(23)。
7.根据权利要求6所述的废气后处理***，其特征在于，向所述吹气装置(24)的供给(26)通过所述反应器(10)的底部(22)或顶部(23)源自所述共用的压力蓄积器(25)实现。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的废气后处理***，其特征在于，所述共用的压力蓄积器(25)形成为围绕所述反应器(10)并且围绕所述吹气装置(24)闭合地延伸的圆形或多边形管。
9. 根据权利要求1至8中的任一项所述的废气后处理***，其特征在于，所述共用的压力蓄积器(25)具有压力蓄积器体积，其中，以下适用于所述压力蓄积器体积：
v=k*(273+t)/(273*Δp)
其中，v是以升为单位的压力蓄积器体积的量，其中，k达到200与6000之间，其中，t是以℃为单位的吹气介质的温度的量，并且其中，△p是以巴为单位的所述压力蓄积器(25)的压力与所述反应器室(10)的压力之间的压力差的量。
10.一种内燃机，带有根据权利要求1至9中的任一项所述的废气后处理***(3)，其特征在于，所述内燃机包括多级废气增压***(2)，所述多级废气增压***(2)带有包括高压涡轮机(6)的第一废气涡轮增压器(4)和包括低压涡轮机(7)的第二废气涡轮增压器(5)，其中，所述废气后处理***(3)连接在所述高压涡轮机(6)与所述低压涡轮机(7)之间。
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