CN103890335B - 尿素水喷雾结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种尿素水喷雾结构，即使在废气中所含SO3的比例高的情况下，或者在废气温度下降的区域进行尿素水的喷雾的情况下，也可以限制副产品的生成。本发明的尿素水喷雾结构用于具备脱硝反应器（6）的废气净化装置（7），能够对所述脱硝反应器（6）的SCR催化剂（6a）提供氨，所述脱硝反应器（6）设置在将从与发动机（1）的排气口（1a）连接的排气连接管（2）排出的废气聚集的排气歧管（3）与涡轮增压器（4）的涡轮（4a）上游侧的排气通道（5）之间。在所述排气歧管（3）内配置蒸发管（10），所述蒸发管（10）与从涡轮增压器（4）的压缩机（4b）下游侧的进气通道（8）分支的支管（9）连接，同时，设置对通过蒸发管（10）内的空气进行尿素水的喷雾的喷嘴（11）。本发明的尿素水喷雾结构能够防止排气通道的腐蚀或阻塞，良好地维持SCR催化剂的性能。

Description

尿素水喷雾结构
技术领域
本发明涉及一种废气净化装置中的尿素水的喷雾结构，所述废气净化装置使从内燃机排出的废气中的氮氧化物（以下称为“NOx”）在选择还原型催化剂（以下称为“SCR催化剂”）下与还原剂反应而进行净化。
背景技术
专利文献1公开有如下技术：在发动机的排气管的下游设置插装有SCR催化剂的脱硝反应器，同时，在该脱硝反应器的上游侧的排气通道添加作为还原剂的氨气，在脱硝反应器中净化废气中的NOX。
但是，由于氨气和氨水毒性强而危险，还存在气味等问题，因此对于在船舶等上装备有严格的限制。因此，以往，大多采用如下结构：在使用SCR催化剂的废气净化装置中，将化学上稳定的尿素用作还原剂前驱体，以尿素水的状态预先收容在罐中，使用喷嘴向脱硝反应器的上游侧的排气通道内喷雾（例如专利文献2）。
在为上述结构的情况下，如果排气通道内的温度足够高，则从喷嘴向排气通道内喷雾的尿素水在到达SCR催化剂之前的期间，如下述式（1）被水解，生成氨气（NH3）。
(NH2)2CO＋H2O→2NH3＋CO2——（1）
然后，将由水解产生的氨气供给SCR催化剂，由此在SCR催化剂上氨与废气中的NOX之间进行如下式（2）及（3）的脱硝反应，使NOX分解成氮和水而无害化。
4NH3＋4NO＋O2→4N2＋6H2O——（2）
2NH3＋NO＋NO2→2N2＋3H2O——（3）
这样，在使用了SCR催化剂的废气净化装置中，出于安全上的必要性而使用尿素水的情况下，喷雾的尿素水在排气通道内流动中，必须切实地进行上述式（1）的水解反应。因此，以往，例如在专利文献2的NOX净化装置中，在添加尿素水喷嘴与NOX催化转换器之间，作为用来促进氨生成的器械而设置消声器。
此外，以往，也有例如图2所示的情况：在具备排气歧管101的四个汽缸的船用柴油机102中，在涡轮增压器103的涡轮103a的上游侧的排气通道104上设置的尿素水喷雾用喷嘴105与SCR催化剂106之间，设置用来促进从喷嘴105喷雾的尿素水的水解的蒸发管107。
但是，在使用燃料中硫含量高的例如C重油的柴油机的情况下，废气中所含的SO3的比例增高时，如果在尿素水的喷雾导致温度进一步下降的区域上，废气中的SO3与通过尿素水的水解产生的氨接触，则作为副产品生成例如硫酸铵（(NH4)2SO4）或硫酸氢铵（NH4HSO4）等盐。这些副产品如果堆积在排气通道中，则会成为排气通道腐蚀或阻塞的原因，并且如果也堆积在SCR催化剂上，则还会有SCR催化剂的催化活性下降的问题。
特别是在使用专利文献2的消声器或图2的蒸发管107这样的结构的情况下，由于在刚从发动机的排气口排出后的例如300～450℃的高温废气存在的排气歧管的下游侧的废气温度下降的区域进行尿素水的喷雾，尿素水的雾附着在壁面上而使壁面温度下降，因此容易生成副产品。即使是没有使用例如C重油的发动机，由于尿素水附着在壁面上而使壁面温度下降，未进行尿素水的水解，作为副产品生成氰尿酸，也成为向排气通道堆积等的原因。
此外，在使用如图2中的蒸发管107的结构的情况下，由于通过尿素水的水解而生成的氨未均匀地扩散在废气中，而以不均匀状态直接供给SCR催化剂106，因此也有上述式（2）及（3）的脱硝反应进行不充分的情况。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本实用新型公开平成2-115912号公报
专利文献2：日本专利公开2003-293739号公报
发明内容
（一）要解决的技术问题
现有的废气净化装置由于使用硫含量高的燃料，所以通过在废气中所含的SO3的比例高的气氛下进行尿素水喷雾，使废气的温度下降，容易生成硫酸铵、硫酸氢铵等副产品。此外，现有的废气净化装置由于喷雾的尿素水附着在壁面上，容易生成氰尿酸等副产品。本发明要解决的技术问题是以上述副产品为原因，发生排气通道的腐蚀或阻塞，SCR催化剂的性能下降等问题。
（二）技术方案
本发明的尿素水喷雾结构的最主要的特征在于，
用于具备脱硝反应器的废气净化装置，能够对所述脱硝反应器的SCR催化剂提供氨，所述脱硝反应器设置在将从与发动机排气口连接的排气连接管排出的废气聚集的排气歧管与涡轮增压器的涡轮上游侧的排气通道之间，
在所述排气歧管内配置蒸发管，所述蒸发管与从涡轮增压器的压缩机下游侧的进气通道分支的支管连接，
同时，在所述蒸发管上设置喷嘴，所述喷嘴对通过所述支管导入所述蒸发管内的空气进行尿素水的喷雾。
（三）有益效果
本发明的尿素水喷雾结构是，将蒸发管配置在排气歧管内，所述蒸发管与从涡轮增压器的压缩机下游侧的进气通道分支的支管连接，并在该蒸发管内完成尿素水的喷雾和向氨的水解。由压缩机压缩的高温空气通过蒸发管的内部，但由于该空气是导入发动机的进气口之前的空气，并不含有SO3，因此即使在使用硫含量高的燃料的情况下，也能够限制生成硫酸铵或硫酸氢铵等副产品。
而且，通过本发明的尿素水喷雾结构，由于通过刚从排气连接管排出后的高温废气来充分加热设置在排气歧管内的蒸发管的壁面，即使在进行尿素水喷雾的区域，温度也不会不足，因此能够防止生成氰尿酸等副产品。此外，即使假设发动机在低负荷的状态时生成副产品并附着在蒸发管的壁面上，由于只要发动机变为高负荷的状态，蒸发管的壁面会再次变为高温，因此能够暂时分解附着的副产品。
因此，根据本发明，能够限制硫酸铵、硫酸氢铵、氰尿酸等副产品的生成，防止排气通道的腐蚀或阻塞，能够良好地维持SCR催化剂的性能。
附图说明
图1是说明具有本发明的尿素水喷雾结构的废气净化装置的结构的一例的图。
图2是表示现有的船用柴油机的结构的示意图。
具体实施方式
本发明的目的在于，在废气净化装置中，即使在废气中所含SO3的比例高的情况下，或者在废气温度下降的区域进行尿素水的喷雾的情况下，也要限制生成硫酸铵、硫酸氢铵、氰尿酸等副产品，
通过采用如下的尿素水喷雾结构来实现上述目的，其用于具备脱硝反应器的废气净化装置，能够对所述脱硝反应器的SCR催化剂提供氨，所述脱硝反应器设置在将从与发动机排气口连接的排气连接管排出的废气聚集的排气歧管与涡轮增压器的涡轮上游侧的排气通道之间，
在所述排气歧管内配置蒸发管，所述蒸发管与从涡轮增压器的压缩机下游侧的进气通道分支的支管连接，
同时，在所述蒸发管上设置喷嘴，所述喷嘴对通过所述支管导入所述蒸发管内的空气进行尿素水的喷雾。
实施例
以下，参照图1详细说明用来实施本发明的最优选方式。在图1中，1是适用本发明的尿素水喷雾结构的四个汽缸的船用柴油机，其具备排气歧管3，所述排气歧管3将从分别与设置在各汽缸盖上的排气口1a连接的排气连接管2排出的高温废气聚集，并引导至涡轮增压器4的涡轮4a上游侧的排气通道5。本发明的尿素水喷雾结构的主要部分安装在所述排气歧管3的内部，其与脱硝反应器6构成废气净化装置7，所述脱硝反应器6与排气歧管3连接配置，设置在所述排气歧管3与涡轮4a上游侧的排气通道5之间。另外，4b表示涡轮增压器4的压缩机，8表示送入由压缩机4b压缩的空气的进气通道。
在排气歧管3的内部配置有蒸发管10，该蒸发管10与从压缩机4b下游侧的进气通道8的分支部8a分支的支管9连接。蒸发管10处于其一端与支管9连接且另一端通过喷出孔10a向排气歧管3内开放的状态。
11表示对通过所述支管9导入所述蒸发管10内的空气进行尿素水的喷雾的喷嘴。通过蒸发管10内的空气由压缩机4b压缩而成为高温状态，但该空气是导入发动机1的进气口之前的空气，并不含有SO3。由于本实施例的尿素水喷雾结构是通过将该不存在SO3的高温空气导入蒸发管10，并对蒸发管10内的空气进行尿素水的喷雾，来促进尿素水的水解，因此即使在使用硫含量高的燃料的情况下，也能够限制起因于氨与SO3反应的副产品的生成。
这里，关于设置喷嘴11的位置，与设置在蒸发管10向排气歧管3的外部突出的区域（A区域）相比，优选设置在蒸发管10存在于排气歧管3内的区域（A以外的区域）。其原因是通过刚从排气连接管2的排气口排出后的高温废气直接接触，能够将蒸发管10的壁面一直保持在高温，因此能够限制由低温导致的副产品的生成。
更具体来说，配置蒸发管10，使蒸发管10的长度方向和与发动机1的各汽缸的排气口1a连接的排气连接管2的排气口的排列方向平行，并且使从喷嘴11喷雾的尿素水流动的B区域与排气连接管2的排气口分别相对，这样决定喷嘴11的位置即可。
在脱硝反应器6上插装有SCR催化剂6a，该SCR催化剂6a选择性地还原去除从发动机1排出的废气中所含有的成为酸雨或光化学烟雾等环境污染原因的NOX。SCR催化剂6a可以使用例如氧化铝、氧化锆、氧化钒/二氧化钛等金属氧化物类催化剂或沸石类催化剂等所希望的催化剂，也可以将这些催化剂组合。此外，SCR催化剂6a既可以载持在例如具有蜂窝结构的催化剂载体上，也可以封装在筒体中。本发明的尿素水喷雾结构是对该SCR催化剂6a提供完全水解后的状态的氨的结构。
在本实施例中，在蒸发管10的内部且喷嘴11的下游侧，设置用于促进尿素水的水解的水解催化剂12，以进一步提高水解的效率。水解催化剂12只要是具有促进氨生成的作用的催化剂即可，例如可以使用氧化钛类催化剂或碱金属类催化剂等所希望的催化剂。
此外，在本实施例中，在蒸发管10的水解催化剂12的下游侧，设置有将通过尿素水的水解生成的氨向SCR催化剂6a喷出的喷出孔10a。因此，在蒸发管10内通过水解生成的氨气通过直径小的喷出孔10a以高压喷出至排气歧管3内的废气中，并以在废气中充分扩散的状态供给SCR催化剂6a，因此脱硝反应的进行不会不充分。
另外，本实施例中，由于在排气歧管3的内部装入具备喷嘴11和水解催化剂12的蒸发管10，因此其与在涡轮4a的上游侧的排气通道5上设置有蒸发管的现有装置相比较，实现了省空间化。此外，在本实施例中，与排列设置有排气歧管和排气管的现有装置相比较，能够缩短直至涡轮增压器4的排气通道，因此在能够减少排气通道上的空气圧损失的方面有利。
13表示设置在进气通道8上的空气冷却器。由压缩机4b压缩的空气的温度上升，会发生膨胀，但如果膨胀，空气的密度降低，空气的量会减少，因此由空气冷却器13进行冷却，使降低温度后将空气供给发动机1。
在本发明的尿素水喷雾结构中，在进气通道8上设置空气冷却器13的情况下，优选将从进气通道8分支出支管9的位置（分支部8a的位置）作为空气冷却器13的上游侧。这是由于在本发明中，将高温空气送入蒸发管10在促进尿素水的水解的方面有利。
14表示设置在空气冷却器13的下游侧的储气罐。在发动机1刚开始使用空气时，从储气罐14迅速供给该空气，之后储气罐的压力下降，该下降部分通过从压缩机4b的供给而补充，这样，即使在瞬间必需超出能力的大量空气的情况下，也不会进气不足。
如以上说明所示，本发明的尿素水喷雾结构是，将蒸发管配置在排气歧管内，所述蒸发管与从涡轮增压器的压缩机下游侧的进气通道分支的支管连接，并在该蒸发管内进行尿素水的喷雾，完成向氨的水解，因此即使在使用硫含量高的燃料的情况下，也能够限制生成硫酸铵或硫酸氢铵等副产品。此外，通过刚从排气连接管排出后的高温废气，来充分加热设置在排气歧管内的蒸发管的壁面，因此即使在进行尿素水喷雾的区域，温度也不会不足，能够防止生成氰尿酸等副产品。
本发明并不限于上述的实施例，可以在各权利要求所述的技术思想的范围内适当改变实施方式。
例如，在上述的实施例中，表示了将一定量的空气从进气通道8通过支管9导入蒸发管10的结构，但根据船舶行驶的海域，也有不需要由SCR催化剂6a进行脱硝处理的情况，因此也可以是这样的构成，通过在分支部8a设置换向阀，从而根据需要关闭支管9的入口，在不需要脱硝处理的情况下，将全部空气送至空气冷却器13。
本发明的尿素水喷雾结构不限于船用柴油机，也能够适用于车用柴油机。
附图标记说明
1 发动机
1a 排气口
2 排气连接管
3 排气歧管
4 涡轮增压器
4a 涡轮
4b 压缩机
5 排气通道
6 脱硝反应器
6a SCR催化剂
7 废气净化装置
8 进气通道
9 支管
10 蒸发管
10a 喷出孔
11 喷嘴
12 水解催化剂
13 空气冷却器

Claims (5)

1.一种尿素水喷雾结构，用于具备脱硝反应器的废气净化装置，能够对所述脱硝反应器的SCR催化剂提供氨，所述脱硝反应器设置在将从与发动机排气口连接的排气连接管排出的废气聚集的排气歧管与涡轮增压器的涡轮上游侧的排气通道之间，在所述排气歧管内配置蒸发管，同时，在所述蒸发管上设置喷嘴，其特征在于，
所述蒸发管与从涡轮增压器的压缩机下游侧的进气通道分支的支管连接，
所述喷嘴对通过所述支管导入所述蒸发管内的高温空气进行尿素水的喷雾。
2.根据权利要求1所述的尿素水喷雾结构，其特征在于，所述喷嘴设置在所述蒸发管存在于排气歧管内的区域。
3.根据权利要求1或2所述的尿素水喷雾结构，其特征在于，在所述蒸发管的内部且所述喷嘴的下游侧，设置用于促进尿素水的水解的水解催化剂。
4.根据权利要求3所述的尿素水喷雾结构，其特征在于，在所述蒸发管的所述水解催化剂的下游侧，设置将通过尿素水的水解生成的氨向所述SCR催化剂喷出的喷出孔。
5.根据权利要求1或2所述的尿素水喷雾结构，其特征在于，在所述进气通道上设置空气冷却器，并且将从所述进气通道分支出所述支管的位置作为所述空气冷却器的上游侧。
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