BR102015016357A2

BR102015016357A2 - conjunto de tratamento sequencial de gases de escape para motor de combustão

Info

Publication number: BR102015016357A2
Application number: BR102015016357A
Authority: BR
Inventors: Arne Bienholz; Bhuvaneswaran Manickam; Friedhelm Hillen; Marco Dris Paul
Original assignee: Ge Jenbacher Gmbh & Co Og
Priority date: 2014-07-21
Filing date: 2015-07-07
Publication date: 2016-03-01
Also published as: CN105275553A; CN105275553B; AT516110A1; KR20160011165A; US10458299B2; EP2977576A1; KR101704911B1; EP2977576B1; AT516110B1; JP6431819B2; US20160017779A1; JP2016029277A

Abstract

conjunto de tratamento sequencial de gases de escape para motor de combustão. a presente invenção refere-se a um conjunto de tratamento sequencial de gases de escape (1) para motor de combustão (12), especialmente um motor de combustão estacionário, tendo pelo menos uma unidade catalizadora (3) disposta à jusante do motor de combustão (12), destinadas para gases de escape, sendo que através de uma linha derivada (4) gases de escape podem ser transportados desde o motor de combustão ao longo de pelo menos uma unidade catalizadora (3), sendo que pelo menos uma unidade catalizadora (3) e a linha derivada (4) estão integrados em um alojamento (2) comum, possuindo o alojamento (2) pelo menos duas linhas adutoras separadas (11, 11') para gás de escape não tratado e pelo menos uma linha de escoamento (7, 8) para o gás de escape tratado pelo menos por uma unidade catalizadora (3).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CONJUNTO DE TRATAMENTO SEQUENCIAL DE GASES DE ESCAPE PARA MOTOR DE COMBUSTÃO". [001] A presente invenção refere-se a um conjunto para tratamento sequencial de gases de escape para um motor de combustão com as características do preâmbulo da reivindicação 1. [002] Para a geração descentralizada de corrente frequentemente empregados motores de combustão estacionários. Eles possuem até 24 cilindros. Normalmente os cilindros estão subdivididos em uma disposição de V, em duas bancadas de cilindros. Para preservar as normas de emissões, motores de combustão estacionários são frequentemente equipados com sistemas para tratamento sequencial dos gases de escape. Por exemplo, para reduzir a expulsão de hidrocar-bonetos não queimados e monóxido de carbono, vem sendo empregados conjuntos de oxidação na forma de catalizadores de oxidação. Para reduzir óxidos nítricos frequentemente são empregados catalizadores para a redução catalítica seletiva. Sistemas para o tratamento sequencial de gases de escape de motores de combustão estacionários abrangem, portanto, frequentemente grupos de construção de atuação catalítica, em seguida denominados unidades de catalizadores. [003] Na operação dessas unidades de catalizadores pode ser indicado que apenas uma parcela da corrente da massa de gás de escape do motor de combustão flua através da unidade catalizadora, enquanto que a parte restante é conduzida ao redor da unidade catalizadora através de uma linha derivada. Com essa derivação de gases de escape podem ser reduzidos picos de temperatura no gás de escape depois da unidade catalizadora. Isto é especialmente importante quando a unidade catalizadora estiver disposta a um montante de um turbo carregador de gás de escape. Exotermias excessivas apresen- tam-se, por exemplo, na regeneração da unidade catalizadora ou na passagem forçada de hidrocarbonetos não calcinados, por exemplo, nas falhas de ignição. Outra motivação para conduzir o gás de escape através de uma derivação ao redor da unidade catalizadora é o aparecimento de emissões brutas do motor de combustão, prejudiciais para a unidade catalizadora, eventualmente causadas pela operação com combustível rico em enxofre. [004] Assim, o documento WO 2012/123636 apresenta uma disposição de um motor de combustão estacionário com uma unidade catalizadora 3 (aqui mencionada como conjunto de oxidação), que está montada à montante da turbina de gás de escape 2. De acordo com esta publicação, no emprego de combustível enriquecido com enxofre o gás de escape poderá ser conduzido ao redor da unidade catalizadora 3 através de uma linha derivada 6. [005] Nos conjuntos de tratamento sequencial de gases de escape com uma linha derivada, conhecidos do estado da técnica para motores de combustão estacionários, a linha derivada é configurada com uma tubulação separada da unidade catalizadora. Uma forma de construção do motor de combustão não será levada em consideração. [006] Isto implica em várias desvantagens: Por um lado a forma de construção é complexa e por outro lado o gás de escape conduzido através de uma linha derivada não contribui para o aquecimento da unidade catalizadora. [007] O objeto da presente invenção consiste em um conjunto de tratamento sequencial de gases para motor de combustão, no qual são evitadas as desvantagens do estado da técnica. [008] Esta tarefa será solucionada por um conjunto de tratamento sequencial de gases de escape com as características da reivindicação 1. Modalidades vantajosas são definidas nas reivindicações dependentes. [009] Pelo fato de que pelo menos uma unidade catalizadora e linha derivada estão integradas em um alojamento comum, apresentando o alojamento pelo menos duas linhas adutoras separadas para gás de escape não tratado e pelo menos uma linha de escoamento para o gás de escape tratado pelo menos em uma unidade catalizadora, consegue-se criar uma forma de construção compacta do conjunto de tratamento sequencial de gases de escape e os gases de escape conduzidos pela linha derivada contribuem para o aquecimento pelo menos de uma unidade catalizadora. [0010] Preferivelmente poderá estar previsto que as linhas adutoras separadas para gás de escape não tratado estejam vinculadas com uma bancada de cilindros do motor de combustão. Neste caso, os gases de escape do motor de combustão fluem sobre as linhas adutoras separadas para gás de escape não tratado até o conjunto de tratamento sequencial de gases de escape, de maneira que os gases de escape de uma das bancadas de cilindro penetram por uma linha adutora separada e os gases de escape da outra bancada de cilindros penetram pela segunda linha adutora separada no conjunto de tratamento sequencial de gases de escape. Desta maneira será levada em conta a forma de construção do motor de combustão, sendo alcançada uma forma de construção especialmente compacta com integração simples. [0011] Em outro exemplo de execução preferido pode estar previsto que no alojamento estejam dispostas duas unidades catalizadoras separadas. Ficou demonstrado ser vantajoso distribuir os tratamentos sequenciais dos gases de escape para várias unidades catalizadoras separadas ao invés de prever uma unidade catalizadora de grande porte. Desta maneira podem ser empregados elementos catalizadores menores de custo mais vantajoso. Uma unidade catalizadora pode ser constituída em forma modular a partir de elementos catalizadores. [0012] Preferivelmente poderá ser previsto que o volume do gás de escape que escoa através da linha derivada do conjunto de tratamento sequencial de gases de escape possa ser controlado ou regulado por uma primeira válvula. Aqui deve-se compreender que a parcela do gás de escape transportada pode ser controlada ou regulada através de uma válvula que está integrada na linha derivada. [0013] Em caráter alternativo ou adicional poderá estar previsto que o volume do gás de escape que escoa sobre a unidade cataliza-dora, abandonando o conjunto de tratamento sequencial de gases de escape, pode ser controlada ou regulada por uma segunda válvula. Isto significa que a parcela de gases de escape transportados pode ser controlada ou regulada através de uma segunda válvula que está disposta no percurso do fluxo dos gases de escape tratados na unidade catalizadora. [0014] Em seguida a invenção será explicada mais detalhadamente pelas figuras. As figuras mostram: [0015] Figura 1 um conjunto de tratamento sequencial de gases de escape de acordo com a invenção, [0016] Figura 2 um tratamento sequencial de gases de escape em um exemplo de execução alternativo, [0017] Figura 3 um tratamento sequencial de gases de escape em um exemplo de execução alternativo, [0018] Figura 4 uma disposição de um motor de combustão com correspondente conjunto de tratamento sequencial de gases de escape. [0019] A Figura 1 apresenta esquematicamente um conjunto de tratamento sequencial de gases de escape 1 em um corte. Podem ser reconhecidas linhas adutoras separadas 11, 11’ através das quais, gás de escape não tratado penetra no conjunto de tratamento sequencial de gases de escape 1. Opcionalmente o gás de escape flui através de um conjunto misturador 5. Em outra sequência o gás de escape atravessa um conjunto unificador de fluxo (também opcional) e atinge a unidade catalizadora 3. Com a válvula V1 aberta o gás de escape flui pela linha derivada 4 e abandona pela linha de escoamento 7 o conjunto de tratamento sequencial de gases de escape 1. Para a derivação completa a válvula V2 permanece fechada. [0020] Com a válvula V1 fechada e a válvula V2 aberta, o gás de escape passa através da unidade catalizadora 3 para a câmara 6 e abandona o conjunto de tratamento sequencial de gases de escape 1 através da linha de escoamento 8. Na prática, o dispositivo mostrado naturalmente poderá ser operado de tal maneira que as válvulas V1 e V2 sejam mantidas não somente em sua posição totalmente aberta, ou seja, totalmente fechada, porém ambas as válvulas V1 e V2 estão parcialmente abertas de maneira que apenas uma parcela da corrente da massa de gás de escape flui pela linha derivada 4. Pode-se reconhecer que a unidade catalizadora 3 e a linha derivada 4 estão integradas em um alojamento 2 comum. Depois da saída do conjunto de tratamento sequencial de gases de escape 1, as linhas de escoamento 7 e 8 normalmente são unidas, constituindo uma linha de gás de escape. Este detalhe não é aqui mostrado. [0021] A Figura 2 apresenta um conjunto de tratamento de sequencial de gases de escape 1 em uma modalidade alternativa. No caso, a válvula V1 é configurada como uma agulha que alternadamen-te libera e fecha a linha de escoamento 7 para gás de escape tratado na unidade catalizadora 3, ou seja, a linha de escoamento 8 para gases de escape conduzidos pela linha derivada 4. Desta maneira, os dois percursos de fluxo 7 e 8 podem ser operados por apenas um componente de construção. A agulha poderá ser configurada, por exemplo, como um cursor giratório ou, no caso mais simples, como chapeleta. As linhas de escoamento 7 e 8 são preferencialmente redu- zidas à jusante da agulha para compor um conjunto de linhas. Desta forma, o conjunto de tratamento sequencial de gases de escape 1 poderá ser realizado de forma especialmente compacta e com órgãos reguladores simples. [0022] A Figura 3 apresenta um conjunto para tratamento sequencial de gases de escape 1 em uma outra modalidade alternativa. Aqui a válvula V1 está disposta de tal maneira que os gases de escape, com a válvula V1 fechada, escoam pela unidade catalizadora 3 e finalmente pela linha de escoamento 8, abandonando assim o conjunto de tratamento sequencial de gases de escape 1. Isto pode ser concretizado, por exemplo, pelo fato de que a linha de escoamento 8 possuí em um segmento no interior do alojamento 2 uma perfuração, ou seja, passagens, pelas quais pode passar o gás de escape sequencialmente tratado pela unidade catalizadora 3. Com a válvula V1 aberta, em virtude da menor resistência ao fluxo, os gases de escape preferencialmente escolherão o caminho através da linha derivada 4, escoando livremente pela linha de escoamento 8. Com esta variante é, portanto criada uma possibilidade de determinar com apenas uma válvula (válvula V1) se os gases de escape para a linha derivada 4 e, finalmente, a linha de escoamento 8 abandonam sem serem tratados o conjunto de tratamento sequencial de gases de escape 1 ou se os gases de escape escoam já tratados através da unidade catalizadora 3, passando pela linha de escoamento 8 e abandonando assim o conjunto de tratamento sequencial de gases de escape 1. [0023] A Figura 4 apresenta uma disposição com um conjunto de tratamento sequencial de gases de escape 1, um motor de combustão 12 e um conjunto de controle/regulagem C. A disposição mostra, por exemplo, um conjunto de tratamento sequencial de gases de escape 1 de acordo com o exemplo de execução da Figura 1. Naturalmente, o conjunto de tratamento sequencial de gases de escape 1 poderá ser configurado de acordo com qualquer outro exemplo de execução. [0024] As bancadas de cilindro do motor de combustão 12 são designadas com as letras de referência A e B. A bancada de cilindros A abrange os cilindros de uma bancada de cilindros, a bancada de cilindros B abrande os cilindros da outra bancada de cilindros. A bancada de cilindros A está unida pela linha de gás de escape L1 com a linha de entrada 11 com o conjunto de tratamento sequencial de gases de escape 1. A bancada de cilindros B está unida pela linha de gás de escape L2 com a linha de entrada 11’ estando unida com o conjunto de tratamento sequencial de gases de escape 1. Durante a operação, as válvulas V1, V2 recebem do conjunto de controle/regulagem C comandos para abrir ou fechar. O conjunto de controle/regulagem C é de tal modo configurado que informações sobre grandeza do motor, temperatura de gás de escape, eventualmente temperaturas de componentes, podem ser alimentados e processados. Os correspondentes sensores e linhas de sinalização não estão desenhadas e são configuradas da maneira já conhecida pelo especialista. [0025] Na variante mostrada na Figura 3 do conjunto de tratamento sequencial de gases de escape 1 com duas válvulas V1, V2, portanto uma abertura da válvula V1, com a válvula V2 fechada, faz com que todos os gases de escape escoem pela linha derivada 4 do conjunto de tratamento sequencial de gases de escape 1. Inversamente, uma válvula V1 totalmente fechada, com a válvula V2 aberta, significa que todos os gases de escape sequencialmente tratados pela unidade ca-talizadora 3 escoam do conjunto de tratamento sequencial de gases de escape 1. Através da variação dos estados de abertura das válvulas V1, V2 pode, naturalmente também, ser conseguida uma variação das correntes de massas de gases de escape que passam através da linha derivada 4, ou seja, atravessando a unidade catalizadora 3. Conforme explicado com base na Figura 2, o conjunto de tratamento se- quencial de gases de escape 1 pode ser operado também apenas com uma válvula.

Claims

1. Conjunto de tratamento sequencial de gases de escape (1) para motor de combustão (12), especialmente um motor de combustão estacionário com pelo menos uma unidade catalizadora (3) para gases de escape disposta à jusante do motor de combustão (12), sendo que através de uma linha derivada (4) podem ser transportados gases de escape do motor de combustão ao longo de pelo menos uma unidade catalizadora (3), caracterizado pelo fato de que pelo menos uma unidade catalizadora (3) e a linha derivada (4) estão integrados em um alojamento (2) comum, possuindo o alojamento (2) pelo menos duas linhas adutoras separadas (11, 11’) para gás de escape não tratado e pelo menos uma linha de escoamento (7, 8) pelo menos para o gás de escape tratado em uma unidade catalizadora (3).

2. Conjunto de tratamento sequencial de gases de escape (1) de acordo com a reivindicação 1, sendo que o motor de combustão (12) apresenta pelo menos duas bancadas de cilindro (A, B), caracterizado pelo fato de que as linhas adutoras separadas (11, 11’) para gás de escape não tratado estão unidas com uma bancada de cilindros (A, B) do motor de combustão (12).

3. Conjunto de tratamento sequencial de gases de escape (1) pelo menos de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que no alojamento (2) estão dispostas duas unidades catalizadoras separadas (3).

4. Conjunto de tratamento sequencial de gases de escape (1) pelo menos de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o volume dos gases de escape que escoa pela linha derivada (4) do conjunto de tratamento sequencial de gases de escape (1), passando por uma primeira válvula (V1), pode ser controlado ou regulado.

5. Conjunto de tratamento sequencial de gases de escape (1) pelo menos de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o volume dos gases de escape que escoam através da unidade catalizadora (3) do conjunto de tratamento sequencial de gases de escape (1) pode ser controlado ou regulado por uma segunda válvula (V2).