CN101802355A - 用于将液体还原剂引入到燃烧设备的废气中的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将液体还原剂(5)引入到燃烧设备(2)的废气(6)中的装置(4)，该装置带有一储罐(20)，带有一用于将液体还原剂(5)输出到废气(6)中的输出装置(23)，带有一布置在储罐(20)和输出装置(23)之间的供给管路(22)，带有一布置在供给管路(22)中、用于将液体还原剂(5)沿着输送方向(29)从储罐(20)输送到输出装置(23)的输送装置(26)。此外规定，一可操纵的通气装置(34)在输送装置(26)的上游分配给供给管路(22)，输出装置(23)经一返回管路(32)连接在储罐(20)上，并且一可操纵的关断装置(36)布置在返回管路(32)中。

Description

用于将液体还原剂引入到燃烧设备的废气中的装置
技术领域
本发明涉及一种用于将液体还原剂引入到燃烧设备的废气中的装置，该装置带有一储罐，带有一用于将液体还原剂沿着输送方向输出到废气中的输出装置，带有一布置在储罐和输出装置之间的供给管路，带有一布置在供给管路中、用于将液体还原剂从储罐输送到输出装置的输送装置。
背景技术
在从化石或者从植物中获取的燃料转换成机械能和/或者热能时要力求达到高效率。其中转换温度常常这样高，以使在转换(燃烧)时在值的一提的范围下形成氮氧化物。
因为氮氧化物的释放是不受欢迎的，并且因此要避免氮氧化物的释放，所以通常经催化减少氮氧化物。为了排除氮氧化物尤其是作为技术上可可靠地控制的方法建立了选择性催化还原方法(也称为SCR方法)，该方法用于一燃烧设备、同样一内燃机、尤其是一柴油机的废气的脱氮。
在该方法中在废气中含有的氮氧化物在含有氧气的情况下在一选择性工作的还原催化净化器上借助于一合适的还原剂转换成氮分子和水分子。作为还原剂氨相对于其它的还原剂、如碳氢化合物或者三聚氰酸获得了成功。
氨是一种具有强烈的气味，并且在较高的浓度下也是一种有毒的化合物。因此用于一内燃机、例如一汽车的废气脱氮所必需的还原剂常常以稀薄的尿素溶液的形式在一汽车的储罐中随车携带，由该尿素溶液尤其是通过水解可释放出用于脱氮所必需数量的氨。
为此由DE102004054238A1已知，稀薄的尿素溶液沿着输送方向从一储罐经输送泵和一供给管路通过输出装置派给内燃机的废气。
发明内容
从背景技术出发本发明以该任务为基础，按照尽可能费用低廉地实现的原则提出一种用于将液体还原剂引入到一燃烧装置的废气中的、耐用的、可选择的装置。
根据本发明该任务通过一用于将液体还原剂引入到一燃烧设备的废气中的装置获得解决，该装置带有一储罐，带有一用于液体还原剂输出到废气中的输出装置，带有一布置在储罐和输出装置之间的供给管路，带有一布置在供给管路中用于将液体还原剂沿着输送方向从储罐输送到输出装置的输送装置，其中一可操纵的通气装置在输送装置的上游分配给供给管路，其中输出装置经返回管路连接在储罐上，并且其中一可操纵的关断装置布置在返回管路中。
在液体还原剂冻结时用它注满的装置的部件、例如供给管路存在损坏的危险。为了避免损坏已知，尤其是在相应的低温时例如将液体还原剂从供给管路中排空。此外为了不不必要地浪费液体还原剂，并且由此增加环境的负担，例如由DE102004054238A1已知，将液体还原剂逆着正常运行的输送方向泵回到储罐中。
为此按照目前的现有技术通常使用一成本高的旋转方向可换向的输送泵。可选择地也可以使用一带有恒定的旋转方向的成本低的输送泵，其中为了输送方向的换向常常使用一昂贵的专用换向阀，通常使用一4/2换向阀、即一两位四通换向阀用于泵的入口和泵的排出口的交换。
那么根据本发明完全采取了另一种方式。例如不通过输送泵的输送方向换向实现在储罐中液体还原剂的排空，即在储罐中的排空不用输送方向的换向和与此相连系的成本高的元件、例如一旋转方向可换向的输送泵或者一4/2换向阀实现。
对此为了不用输送方向换向将液体还原剂从供给管路排到储罐中设有一可操纵的通气装置和一带有一可操纵的关断装置的返回管路。
经通气装置对于一排空过程可将气体状的介质排入供给管路中或者否则可阻止气体状的介质排入供给管路中。为此通气装置例如布置在供给管路的入口处，其中通气装置例如打开或者关闭气体进入的入口。通气装置本身例如是一可操纵的关断元件，例如一开关或者一关断闸阀，该关断闸阀在打开或者关闭时允许或者阻止气体进入供给管路。
为此通气装置例如本身布置在供给管路上或者可选择地布置在一喷嘴上或者布置在一软管上。其中一这样的喷嘴或者软管例如用一孔通到供给管路的入口处。通气装置布置在一供给管路的支管路上特别容易实现。其中可以规定，在供给管路的通气装置打开时一气体由一气体储罐、例如经支管路供给。在该情况下例如支管路通到一相应的气体储罐，该气体储罐例如对于一排空过程提供一关于化学特性合适的气体。可选择地这也是可行的，例如支管路简单地通到大气中或者通到废气中。
通过例如构成一截止阀的关断装置返回管路可相对于储罐打开或者关闭。在关断装置打开时例如在排空的情况下液体还原剂可经返回管路排入储罐中。其中关断装置例如是一开关或者一关断闸阀。
在一排空过程中通气装置和关断装置打开。
通过打开通气装置沿着输送方向看布置在通气装置下游的输送装置、例如一旋转方向不可换向的泵代替“重的”液体还原剂将非常轻的气体状的介质输送到供给管路中，在某种程度上可以说吸入到供给管路中。
输送到供给管路中的气体、例如气泡那么一定程度上挤压处在供给管路中、并且待排空的液体还原剂穿过供给管路、沿着输送方向到输出装置。
为了排空关断装置同样打开，即返回管路相对于储罐打开。因此尤其是防止在输出装置上建立输出压力，该输出装置常常包括一喷嘴。因此被气体沿着到输出装置的方向挤压的液体还原剂不经输出装置输出，而是例如被气泡继续挤压回储罐中。附加地或者可选择地例如为了排空输出装置、例如喷嘴可以关断，因此可附加地经输出装置阻止排空。
因此不用输送装置的输送方向换向可完成供给管路的排空。因此对于排空例如可使用一旋转方向不可换向的、成本低廉的泵。
在正常运行中、即在液体还原剂输出到废气中时通气装置和关断装置关闭。关闭在通气装置的情况下意味着通气装置阻止气体进入到供给管路中。因此在输送装置投入运行时液体还原剂从储罐输送到输出装置。在关断装置的情况下关闭意味着返回管路相对于储罐关闭。因此尤其是可在输出装置上建立一输出压力，因为经返回管路在储罐中没有进行卸压。因此液体还原剂经输出装置输出到废气中。可选择地或者附加地例如在一可关断的输出装置时为了输出可打开输出装置。
尤其是在通气装置打开、并且同时在关断装置关闭的情况下可实现供给管路的冲洗。在该情况下例如输送装置经通气装置吸入空气。这样“吸入的”空气与位于供给管路中的液体还原剂一起经输出装置输出。供给管路在某种程度上可以说被用气体“冲洗”。因此例如可以避免供给管路由于粘附的残余物堵塞。尤其是供给管路的冲洗可以特别简单的、成本低廉的方式实现，因为例如不需要附加的冲洗阀。
在通气装置关闭并且同时关断装置打开的情况下可实现液体还原剂的循环抽吸，这样液体从储罐中经供给管路和返回管路重新输送回储罐中。用这样的循环抽吸例如可实现在储罐中和在其余的系统中在液体还原剂之间的温度平衡。例如如果在储罐中液体还原剂的温度上升超过一要求的温度、即太热，这样的温度平衡是值得追求的。在热的液体还原剂的循环抽吸中该液体还原剂例如在供给管路中和返回管路中冷却，并且冷却后重又引回储罐中。
液体还原剂例如是一液态的还原剂或者一可转换成还原剂的原料，该原料可在化学作用下和/或者热作用下转换成还原剂。为了这样的原料的转换可将该原料直接引入废气中或者可选择地引入一处理反应器中，该原料例如是稀薄的尿素溶液或者氨水。在水解和/或者热解作用下或者通过化学反应该物质转换为还原剂，为了转换该装置必要时包括一处理反应器。
借助于供给管路液体还原剂或者转换的液体还原剂从储罐中引到输出装置，为了与氮氧化物反应液体还原剂被该输出装置尤其是在还原催化净化装置之前派给废气。为此输出装置例如构成一可关断的喷嘴，用该喷嘴液体还原剂必要时在形成气雾下喷入废气中。
液体还原剂用输送装置从储罐中输送出，并且经供给管路、必要时在转换成还原剂的情况下输送到输出装置。输送装置例如是一输送泵或者也可以是一空气压缩机。
优选的是给返回管路和/或者供给管路分配加热装置。由此一方面可防止在低温时例如在供给管路中和返回管路中液体还原剂的冻结。另一方面例如循环抽吸的液体还原剂在穿过加热的供给管路和返回管路期间被加热。并且这样加热的液体重又供给储罐，因此也可以在储罐中加热液体还原剂。
合适的方式是通气装置经一吸气管路连接在储罐上。因此在通气装置打开时处在储罐中的气体可经吸气管路输送到供给管路中。由此可达到两个目的，一方面可以廉价的方式对于排空使用少含微粒的气体。因此可长期地避免供给管路、并且尤其是输出装置、例如喷嘴的堵塞。此外另一方面保证了液体还原剂不可能经“无控制的”排出口从系统中排出，并且其中引起可能的腐蚀损害。例如在构成稀薄的尿素溶剂的液体还原剂的情况下已知从尿素溶液中析出的尿素由于它的蠕变特性会从一已有的排出口“泄漏出来”。一这样的蠕变特性例如在盐结晶中也已是众所周知的，该盐结晶从食盐溶液中析出。在该情况下经通到储罐中的吸气管路防止例如尿素无控制的从“系统”中泄漏出来。
在一本发明的有利的结构形式中通气装置和关断装置分别构成一方向阀。其中例如通气装置和关断装置可分别构成一隔膜阀。同样例如可构成一隔膜结构。方向阀例如可以电磁的方式迅速并且准确地通断，因此可对运行条件的要求作出迅速的反应。
在一本发明的优选的结构形式中阀门是2/2方向阀。在这里2/2方向阀理解为两位两通方向阀。2/2方向阀在它结构形式中是一种结构简单的方向阀，并且因此可成本低廉地制造。
合适的方式是输出装置是一喷嘴。喷嘴适合于用于将液体还原剂引入到废气中，因为喷嘴常常用于喷出液体，并且因此作为大量生产的部件相对价格低廉。
优选的是输送装置是一隔膜泵。在隔膜泵中待输送的介质、即在该情况下液体还原剂通过一隔膜与泵的机械部件隔开。因此可保护机械部件不受液体还原剂的有害的影响。因此隔膜泵特别适合于可能有腐蚀作用的液体还原剂的输送。
附图说明
本发明的一实施例借助于附图详细说明。其中相同作用的零件用同样的附图标记表示。其中在示意的图示中：
图1表示了一在第一种运行状态下连接在排气管上用于引入液体还原剂的装置，
图2表示了一在第二种运行状态下在图1中所示的装置，
图3表示了一在第三种运行状态下在图1中所示的装置，并且
图4表示了一在第四种运行状态下的装置。
具体实施方式
在图1中表示了一燃烧设备2，该燃烧设备装备具有一用于引入液体还原剂5的装置4。
根据图1所示，为了排出在燃烧设备2的运行中产生的废气6，，一排气管8布置在一构成内燃机的燃烧设备2上。经排气管8废气6从燃烧设备2引到一还原催化净化器10，并且流过该还原催化净化器。还原催化净化器10尤其是一DeNOx催化净化器，用该催化净化器在废气6中含有的氮氧化物用一还原剂12按照选择性催化还原(SCR)的方法转成对环境无害的氮和水。尤其是使用氨作为还原剂12。
因为氨是一种具有强烈的气味，并且在较高的浓度下也是一种有毒的化合物，因此所需要的氨由一种“无危害的“液体还原剂5、这里由一稀薄的尿素溶液获得。为此液体还原剂5借助于装置4引入热的排气管6，其中该液体还原剂然后在热作用下转换成还原剂12。
为此根据附图装置4包括一储罐20，液体还原剂5储存在该储罐中。
在正常的运行中液体还原剂5从储罐20经供给管路22输送到一输出装置23，该输出装置这里是一喷嘴24，并且液体还原剂经该喷嘴喷到热的废气6中，引入到热的废气6中的液体还原剂5然后在热作用下转换成还原剂12，例如水解。
为了从储罐20中输送液体还原剂5装置4包括一输送装置26，该输送装置这里是一隔膜泵28。用隔膜泵28液体还原剂5沿着输送方向29从储罐20中经供给管路22泵入输出装置23。
根据附图，装置4还包括一吸入管路30和一返回管路32。一通气装置34布置在吸入管路30中，并且在返回管路32中布置一关断装置36。通气装置34和关断装置36这里分别是2/2方向阀38。2/2方向阀这里理解为两位两通方向阀。
用构成方向阀38的通气装置34可以打开或者关闭一用于处在储罐20中的气体40通过的吸入管路30，这样在通气装置34打开时气体32、例如气泡可经吸气管路30从储罐20中输送到供给管路22中。
构成喷嘴24的输出装置23经返回管路32连接到储罐20上。通过布置在返回管路22中的方向阀38返回管路32可相对于储罐20打开或者关闭。在返回管路32中例如可布置一定数量的传感器33、例如压力传感器和/或者温度传感器。
在图1中表示的是关断装置36和通气装置34处在正常运行中。两个装置34、36在该情况下处在一关闭的阀位中。具体地即没有气体40通过吸入管路30输送到供给管路22中，并且返回管路32相对于储罐20关闭。在通气装置34和关闭装置36的这一阀位中，在隔膜泵28投入运行时液体还原剂5从储罐20泵出，并且在一大约10bar的输出压力时经喷嘴24喷入废气6中。
在图2中表示的是关闭装置36和通气装置34处在排气运行中。两个装置34、36在该情况下分别处在一打开的阀位中。即在通气装置34打开的情况下气体40可经吸入管路30从储罐20中输送到供给管路22中。在关闭装置36打开的情况下意味着返回管路32对储罐22打开。
在投入运行时由于通气装置34打开所以隔膜泵28不从储罐20中输送“重的”液体还原剂5，而是在一定程度上吸出“轻的”气体40，例如由储罐20经吸气管路30吸出气泡进入供给管路22中。这样吸出的气泡被隔膜泵28沿着到喷嘴24的方向输送。其中气泡挤压处在在供给管路22中、并且待排出的液体还原剂5沿着输送方向29通过供给管路22到喷嘴24。
关断装置36在图示中同样打开，因此返回管路22相对于储罐20打开。因此在喷嘴24上未建立输出压力，因此由气泡挤压到喷嘴24的液体还原剂5不是通过喷嘴24输出，而是液体还原剂5被气泡挤压到返回管路32、并且进一步挤压回储罐20。
因此液体还原剂5从供给管路22排到储罐20中，输送装置26、在该情况下隔膜泵28的输送方向29就没有必要反向了。
在图3中表示了通气装置34处在打开的阀位中，并且关闭装置36处在关闭的阀位中。
在这里所表示的情况中尤其是可实现供给管路22的冲洗。在隔膜泵28投入运行时该隔膜泵经吸气管路30从储罐20中将气体40吸入供给管路22。因为返回管路32相对于储罐22关闭，在储罐22中没有进行卸压，而是在输出装置23上建立起一输出压力。
因此由隔膜泵28从储罐20中“吸出的”气体40与处在供给管路22中的液体还原剂5一起经喷嘴24输出。在这种情况下供给管路22被冲洗。由此例如可以避免供给管路22由于粘附的残留物的堵塞。因为不需要附加的冲洗阀，所以供给管路22的冲洗可以特别简单的费用低廉的方式实现。
在图4中表示了通气装置34处在关闭的阀位中，并且关断装置36处在打开的阀位中。
在这里所示的情况下尤其是可实现一液体还原剂5的循环抽吸。在隔膜泵28投入运行时液体还原剂5从储罐20泵入供给管路22，并且沿着输送方向29输送到喷嘴24。由于缺少输出压力液体还原剂5未经喷嘴24喷出，而是经返回管路32排到储罐20中。
在这里表示的装置4的结构形式中，在返回管路32上和供给管路22上附加布置了加热装置42。用加热装置42可加热位于供给管路22和返回管路32中的液体还原剂5。因此例如可防止在低温时液体还原剂5在供给管路22中和返回管路32中冻结。
此外经循环抽吸液体还原剂5在通过供给管路22和返回管路32时被加热，并且这样加热的液体5重新供给储罐20，因此在这里表示的关断装置36和通气装置34的阀位中可以借助于加热装置42加热在储罐20中的液体还原剂5。

Claims (7)

1.用于将液体还原剂(5)引入到燃烧设备(2)的废气(6)中的装置(4)，该装置带有一储罐(20)，带有一用于将液体还原剂(5)输出到废气(6)中的输出装置(23)，带有一布置在储罐(20)和输出装置(23)之间的供给管路(22)，带有一布置在供给管路(22)中、用于将液体还原剂(5)沿着输送方向(29)从储罐(20)输送到输出装置(23)的输送装置(26)，其特征在于，一可操纵的通气装置(34)在输送装置(26)的上游分配给供给管路(22)，输出装置(23)经一返回管路(32)连接在储罐(20)上，并且一可操纵的关断装置(36)布置在返回管路(32)中。
2.根据权利要求1所述的装置(4)，其特征在于，为返回管路(32)和/或者供给管路(22)配备加热装置(42)。
3.根据前面的权利要求中任一项所述的装置(4)，其特征在于，通气装置(34)经一吸气管路(30)连接在储罐(20)上。
4.根据前面的权利要求中任一项所述的装置(4)，其特征在于，通气装置(34)和关断装置(36)分别构成阀门。
5.根据权利要求4所述的装置(4)，其特征在于，所述阀门是2/2方向阀(38)。
6.根据前面的权利要求中任一项所述的装置(4)，其特征在于，输出装置(23)是一喷嘴(24)。
7.根据前面的权利要求中任一项所述的装置(4)，其特征在于，输送装置(26)是一隔膜泵(28)。
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