CN105339619B - 选择性催化还原装置的还原剂热分解系统 - Google Patents

选择性催化还原装置的还原剂热分解系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及选择性催化还原装置的还原剂热分解系统。本发明的选择性催化还原装置的还原剂热分解系统包括：弯管(10)，其在反应器(Reactor)的前端设置于排气管而使废气流入，并且使流入的废气排出到所述反应器侧；内管单元(20)，其配置于所述弯管(10)的内部，使废气的一部分流入并排出；加热装置(60)，其设置于所述内管单元(20)，对流入所述内管单元(20)的废气进行加热；以及喷嘴(70)，其设置于所述内管单元(20)，以废气的流动为基准，配置于所述加热装置(60)的后端侧，向所述内管单元(20)的内部喷射还原剂。

Description

选择性催化还原装置的还原剂热分解系统
技术领域
本发明涉及选择性催化还原装置的还原剂热分解系统，更详细而言，涉及一种使得在主管的内部配置内管，如果废气流入内管的内部，则使流入的废气加热，朝向被加热的废气喷射还原剂的选择性催化还原装置的还原剂热分解系统。
背景技术
一般而言，在运用柴油发动机、锅炉、焚烧炉等时发生废气。在废气中含有氮氧化物(NOx)。为了净化氮氧化物，利用选择性还原催化降低装置(SCR:Selective CatalyticReduction)。
选择性还原催化降低装置向废气喷射还原剂，从而发挥使废气中所包含的氮氧化物还原为氮与水而净化的作用。用于使氮氧化物净化的还原剂而利用尿素(Urea)。
在选择性还原催化降低装置中，把尿素用作还原剂，把喷射还原剂的装置称为还原剂喷射系统(Urea Dosing System)。
还原剂喷射系统已知有如下技术：利用还原剂热分解系统(DecompositionSystem)来加热废气，并且朝向被加热的废气喷射还原剂而使还原作用更活跃。
如果考查还原剂热分解系统的构成，包括鼓风机(Blower)、加热装置、分解腔(Decomposition Chamber)、喷氨格栅(AIG:Ammonia Injection Grid)、尿素供应模块(Urea Supply Module)构成。鼓风机把新鲜的空气供应到分解腔内部。加热装置发挥使尿素热分解的作用，作为加热装置，利用电加热器、油燃烧器、等离子燃烧器、燃气型燃烧器等。分解腔是尿素热分解的空间。喷氨格栅把借助于被热分解的尿素(Urea)而生成的氨气(NH3)供应给反应器(Reactor)。尿素供应模块把还原剂从尿素罐(Urea Tank)传递给分解腔，尿素供应模块应用定量控制泵或流量控制器(MFC:Mass Flow Controller)。
按照作用顺序来说明以往公知的还原剂热分解系统的作用。
利用还原剂热分解系统喷射氨气(NH3)的方式应用于废气温度大致小于摄氏250度的情况。已知从发动机、锅炉、焚烧器等排出的废气温度小于摄氏250度。
利用鼓风机(Blower)，在反应器(Reactor)的前端或后端，把新鲜空气(FreshAir)供应给加热装置(Heating Device)。
在加热装置中，把还原剂的温度加热到摄氏400度～摄氏600度程度，把被加热的还原剂供应给分解腔。
被加热的还原剂借助于尿素供应模块和喷嘴而喷射到分解腔内。
若被加热的还原剂喷射，则还原剂借助于分解腔内的热而热分解成氨气(NH3)与异氰酸(HNCO)。被分解的氨气与异氰酸借助设置于排气管内的喷氨格栅而供应给反应器。
在应用喷氨格栅的情况下，具有与反应器的距离比还原剂直接喷射方式缩短的特性。
但是，利用还原剂热分解系统的氨气喷射方式与还原剂直接喷射方式相比，需要大量追加性部件，需要配置前面说明的许多构成要素，因而存在占有空间较大的问题。
另外，以往公知的还原剂热分解系统存在如下问题：为了使还原剂在各构成要素间移送，配管构成复杂，因而设备费用增加。
另外，以往公知的还原剂热分解系统存在如下问题：需要用于驱动鼓风机(Blower)和加热装置(Heating Device)的追加性能源(电力、燃料、空气压)和费用。
另一方面，在专利文献1(氮氧化物去除装置及其氮氧化物去除方法)中，记载了在外筒内部配置有内筒且内筒形成有多孔的结构。但是，专利文献1无法控制流入内筒内部的废气流量，因此无法提供适当的混合比率，当还原剂与废气流量相比过大时，存在还原剂泄漏到外部的忧虑。
发明内容
技术课题
因此，就本发明所要实现的技术课题而言，其目的在于提供一种如下选择性催化还原装置的还原剂热分解系统，在构成选择性催化还原装置的还原剂热分解系统方面，在主管的内部配置内管，把加热装置配置于内管，使还原剂向内管的内部直接喷射，从而能够减小还原剂喷射系统的外形大小和占有空间。
本发明的另一目的在于提供一种如下选择性催化还原装置的还原剂热分解系统，与以往的还原剂热分解系统相比，排除了鼓风机(Blower)，简化了用于移送还原剂的各种配管(Piping Line)，能够节省制作费用及设备费用。
本发明的另一目的在于提供一种如下选择性催化还原装置的还原剂热分解系统，与以往的还原剂热分解系统相比，能够节省因鼓风机(Blower)运转而导致的耗电。
本发明的又一目的在于提供一种如下选择性催化还原装置的还原剂热分解系统，能够在还原剂直接喷射方式与还原剂热分解方式中进行选择应用，从而能够节省加热装置所使用的燃料费及空气压消耗等运转费用。
本发明要实现的技术课题并不限定于以上言及的技术课题，未言及的其它技术课题是本发明所属技术领域的技术人员可以从以下记载中明确理解的。
课题解决方法
旨在达成所述技术课题的本发明的选择性催化还原装置的还原剂热分解系统包括：弯管10，其在反应器(Reactor)的前端设置于排气管而使废气流入，并且使流入的废气排出到所述反应器侧；内管单元20，其配置于所述弯管10的内部，使废气的一部分流入并排出；加热装置60，其设置于所述内管单元20，对流入所述内管单元20的废气进行加热；以及喷嘴70，其设置于所述内管单元20，以废气的流动为基准，配置于所述加热装置60的后端侧，向所述内管单元20的内部喷射还原剂。
另外，就本发明的选择性催化还原装置的还原剂热分解系统而言，所述弯管10的第一主管12与第二主管14能够以直角或钝角配置而连接，所述第一、第二主管12、14可以比所述排气管的大小更大。
另外，就本发明的选择性催化还原装置的还原剂热分解系统而言，可以在所述第一主管12的内部还包括孔板单元40，所述孔板单元40形成有孔42，所述内管单元20的废气流入侧端部配置于所述孔42内。
另外，本发明的选择性催化还原装置的还原剂热分解系统可以还包括在所述内管单元20设置于废气流入侧的阀单元30，通过所述阀单元30的开闭控制来对流入所述内管单元20的废气流量进行。
另外，本发明的选择性催化还原装置的还原剂热分解系统可以还包括在所述内管单元20设置于废气排出侧的混合单元80，通过所述混合单元80来混合还原剂与废气。
另外，就本发明的选择性催化还原装置的还原剂热分解系统而言，所述混合单元80可以涂布有氧化催化剂(TiO2)。
另外，就本发明的选择性催化还原装置的还原剂热分解系统而言，通过所述加热装置60的作用而使流入所述内管单元20的废气可以被加热到摄氏450～600度。
另外，就本发明的选择性催化还原装置的还原剂热分解系统而言，所述还原剂可以是尿素水溶液，所述尿素水溶液在所述内管单元20的内部热分解为氨气(NH3)和异氰酸(HNCO)。
另外，就本发明的选择性催化还原装置的还原剂热分解系统而言，若流入所述弯管10的废气的温度高于设定温度t1，则所述加热装置60不启动，所述还原剂可以向所述反应器侧进行喷射。
其它实施例的具体事项包含于详细说明及附图中。
发明的效果
如上所述构成的本发明的选择性催化还原装置的还原剂热分解系统在主管的内部配置内管，把加热装置配置于内管，使还原剂直接向内管内部喷射，从而能够减小还原剂喷射系统的外形大小和占有空间。
另外，本发明的选择性催化还原装置的还原剂热分解系统与以往的还原剂热分解系统相比，排除了鼓风机(Blower)，简化了用于移送还原剂的各种配管(Piping Line)，能够节省制作费用及设备费用。
另外，本发明的选择性催化还原装置的还原剂热分解系统与还原剂热分解系统相比，能够节省因鼓风机(Blower)运转导致的耗电。
另外，本发明的选择性催化还原装置的还原剂热分解系统在还原剂直接喷射方式与还原剂热分解方式中选择某一种应用，从而能够节省加热装置使用的燃料费及空气压消耗等运转费用。
附图说明
图1是用于说明本发明的一个实施例的选择性催化还原装置的还原剂热分解系统的立体图。
图2是用于说明本发明的一个实施例的选择性催化还原装置的还原剂热分解系统的剖面图。
具体实施方式
参照与附图一同详细叙述的实施例，使本发明的优点、特征以及达成这些的方法明确。
下面参照附图，对本发明的实施例进行详细说明。下面说明的实施例是为帮助本发明的理解而示例性地提出的，应理解为本发明可以与在此说明的实施例不同地进行多样变形而实施。不过，在说明本发明方面，当判断认为对相关公知功能或构成要素的具体说明可能会不必要地混淆本发明的要旨时，省略其详细说明及具体图示。另外，为了帮助理解发明，附图并非按实际比例尺图示，一部分构成要素的大小可能会夸张地图示。
另一方面，后述的术语作为考虑了本发明中的功能而设置的术语，其会因生产者的意图或惯例而异，因而其定义应以本说明书通篇内容为基础作出。
本发明的一个实施例的还原剂热分解系统是应用于发动机、锅炉、焚烧炉等所应用的选择性还原催化剂降低装置的装置。
另外，本发明的一个实施例的还原剂热分解系统把加热装置和热分解腔设置于排气管，对废气的一部分加热，使得在高温状况下喷射还原剂。作为加热装置60，可以使用各种燃烧器，热分解腔的功能由内管单元20执行。另外，弯管10的出入口两端连接于排气管。
在通篇说明书中，相同参照符号指称相同构成要素。
下面参照图1及图2，对本发明的一个实施例的选择性催化还原装置的还原剂热分解系统进行说明。
图1及图2是用于说明本发明的一个实施例的选择性催化还原装置的还原剂热分解系统的立体图及剖面图。
本发明的一个实施例的还原剂热分解系统在弯管10的内部配置有内管单元20，在内管单元20的一侧配备有加热装置60。
弯管10的第一主管12与第二主管14以既定角度连接。第一主管12与第二主管14构成的既定角度可以为直角或钝角。在既定角度为直角的情况下，能够增大制作的便利性。在既定角度为钝角的情况下，能够防止流体(废气)的流速降低，从而能够良好地保持流体的流动。
另外，在第一主管12的流入端可以连接引入管16，引入管16与供废气流入的管连接。在第二主管14的排出端可以连接排出管18，排出管18与反应器(Reactor)连接。
另一方面，第一主管12与引入管16相比，直径可以更大，同样地，第二主管14与排出管18相比，直径可以更大。
内管单元20的第一内管22与第二内管24以既定角度连接。第一内管22与第二内管24构成的既定角度可以为直角或钝角。在既定角度为直角的情况下，能够增大制作的便利性。在既定角度为钝角的情况下，能够防止流体(废气)的流速低下，从而能够良好地保持流体的流动。另一方面，第一内管22可以与第一主管12平行地进行配置，同样地，第二内管24可以与第二主管14平行地进行配置。
在第一内管22中设置有阀单元30。阀单元30的阀板32配置于第一内管22的内侧。阀板32借助于阀单元30的运转而旋转，由此开闭第一内管22。即，如果控制阀单元30，则可以控制流入第一内管22的废气流量。
另一方面，在第一主管12与引入管16连接的部分，配置有孔板单元40。在孔板单元40上形成有孔42。第一内管22的端部配置于孔42的内部。另一方面，在孔板单元40的孔42与第一内管22之间形成有通道A。
若废气流入弯管10，则废气的一部分流入第一主管12，废气的另一部分通过通道A流入第一主管12与第一内管22之间。
即，孔板单元40在废气通过孔42时使压力上升，执行诱导废气流入第一内管22的作用。
在第二内管24中可以配备有支撑框架50，在支撑框架50中可以设置有加热装置60。支撑框架50固定加热装置60。加热装置60对流入第一内管22的废气进行加热。
另外，在第二内管24的内部配置有喷嘴70。喷嘴70贯通第二内管24与第二主管14进行配管。还原剂通过配管接受供应，并且从喷嘴70进行喷射。
另外，在第二内管24的出口侧端部可以配置有混合单元80。混合单元80可以位于第二主管14与排出管18连接部分的内侧。混合单元80促进废气与还原剂的混合。另外，混合单元80使得在第二内管24内侧流动的废气与在第二内管24外侧流动的废气相互混合。
另一方面，混合单元80可以涂布有氧化催化剂(TiO2等)，由此，借助于氧化催化剂的作用，可以使异氰酸(HNCO)加水分解为氨气(NH3)和水(H2O)。
另一方面，本发明的一个实施例的还原剂热分解系统可以根据废气的温度而决定是否运转。可以在引入管16配置第一温度传感器p1，以便测量所流入的废气的温度，在加热装置60与喷嘴70之间配置第二温度传感器p2，以便测量加热温度。另外，可以在排出管18配置第三温度传感器p3，以便测量所排出的废气的温度。
下面说明本发明的一个实施例的还原剂热分解系统的作用。
若废气流入弯管10，则废气的一部分流入内管单元20的内部。
加热装置60对流入内管单元20内部的废气进行加热。加热的温度可以为摄氏450～600度。被加热的废气的温度可以通过第二温度传感器p2测量的信息获知。如果加热的温度为摄氏450度以上，则尿素液的热分解可以良好进行，由此，能够防止副产物的发生。另外，被加热的温度可以限制在摄氏600度，由此，能够防止加热装置60过度运转，减少能源浪费。
喷嘴70喷射还原剂。还原剂可以是尿素溶解于水的水溶液。尿素水溶液的尿素在水中溶解的混合比可以为32.5％～50％水平。更详细而言，尿素的混合比率可以为32.5％、40％、50％。
如果通过喷嘴70喷射还原剂、即尿素水溶液，那么，尿素水溶液热分解成氨气(NH3)和异氰酸(HNCO)。被分解的氨气和异氰酸借助设置于排气管内的喷氨格栅而供应至反应器(Reactor)。
在反应器中，借助于催化剂而与废气中所包含的氮氧化物(NOx)反应，使其分解为氮气(N2)和水(H2O)。
另一方面，在流入的废气的温度为设定温度t1以上、例如为摄氏280度以上的情况下，可以不使用加热装置60。废气的流入温度根据配置于引入管16内的第一温度传感器p1所检测的温度信息而定。即，废气是设定温度t1程度的高温，因而不使用加热装置60，使尿素水溶液向反应器方向流动，从而可以以还原剂直接喷射方式利用还原剂热分解系统。
所述设定温度t1会根据燃料中所含有的硫含量或系统处理方式(Arrangement)而变化。
另一方面，在使加热装置60运转且喷射还原剂时，如果混合单元80的后端温度降低到摄氏250度以下，则可以控制为使加热装置60的加热温度增加，或者使阀单元30运转而使废气的流入量增加从而使热流量增加。由此，可以使混合单元80的后端温度保持在摄氏250度以上。混合单元80的后端温度根据第三温度传感器p3所检测的信息进行判断。
如果在还原剂喷射后排气温度降低到摄氏250度以下，则会形成副产物(缩二脲、氰尿酸、三聚氰胺、三聚氰酰胺等)，为防止这种情况，使加热装置60运转而进一步加热，或者追加打开阀单元30。
另一方面，弯管10是在弯管10的内部配置内管单元20的结构。构成弯管10的第一、第二主管12、14比普通的排气管大小相比较大地增大。由此，能够使废气流动的排气管的差压最小化。
所述第一、第二主管12、14的增大的大小，可以最小限度地定为能够利用内管单元20的截面面积而弥补的程度。例如，假定废气管的普通大小为1400A、第一内管22的大小为600A的情况，第一主管12可以定为1520A程度。
另外，也可以考虑制作的便利而决定。例如，第一主管12估计为1520A程度时，考虑到制作的便利，可以定为1600A。
另一方面，本发明的一个实施例的选择性催化还原装置的还原剂热分解系统可以控制废气的流入流量，由此，可以根据废气的污染程度，使还原剂按适当的混合比率混合，还原剂在内管单元20的内部无泄漏地进行热分解，因而热分解效率高。
以上参照附图，说明了本发明的实施例，但本发明所属技术领域的技术人员可以理解为，在本发明不变更其技术思想或必要特征的情况下，可以以其它具体形态实施。
因此，以上记述的实施例应理解为在所有方面只是示例而非限定，本发明的范围由后述的权利要求书代表，权利要求书的意义及范围以及由其等同概念导出的所有变更或变形的形态，应解释为包含于本发明的范围。
工业上的可利用性
本发明的选择性催化还原装置的还原剂热分解系统可以用于向被加热的净化对象气体喷射并混合还原剂。
符号的说明
10—弯管，12、14—第一、第二主管，16—引入管，18—排出管，20—内管单元，22、24—第一、第二内管，30—阀单元，32—阀板，40—孔板单元50—支撑框架，60—加热装置，70—喷嘴，80—混合单元，P1、P2、P3—第一、第二、第三温度传感器。

Claims (7)

1.一种选择性催化还原装置的还原剂热分解系统，其特征在于，包括：
弯管(10)，其在反应器的前端设置于排气管而使废气流入，并且使流入的所述废气排出到所述反应器侧；
内管单元(20)，其配置于所述弯管(10)的内部，使所述废气的一部分流入并排出；
加热装置(60)，其设置于所述内管单元(20)，对流入所述内管单元(20)的所述废气进行加热；以及
喷嘴(70)，其设置于所述内管单元(20)，以所述废气的流动为基准，配置于所述加热装置(60)的后端侧，向所述内管单元(20)的内部喷射还原剂，就所述弯管(10)而言，第一主管(12)与第二主管(14)以直角或钝角配置而连接，
所述第一主管(12)、所述第二主管(14)比所述排气管的大小更大，
所述选择性催化还原装置的还原剂热分解系统还包括形成于所述第一主管(12)的内部的孔板单元(40)，
所述孔板单元(40)形成有孔(42)，
所述内管单元(20)的废气流入侧端部配置于所述孔(42)内。
2.根据权利要求1所述的选择性催化还原装置的还原剂热分解系统，其特征在于，还包括在所述内管单元(20)设置于废气流入的一侧的阀单元(30)，通过所述阀单元(30)的开闭控制来对流入所述内管单元(20)的废气流量进行控制。
3.根据权利要求1所述的选择性催化还原装置的还原剂热分解系统，其特征在于，
还包括在所述内管单元(20)设置于废气排出的一侧的混合单元(80)，
通过所述混合单元(80)来混合还原剂与废气。
4.根据权利要求3所述的选择性催化还原装置的还原剂热分解系统，其特征在于，
所述混合单元(80)涂布有氧化催化剂。
5.根据权利要求1所述的选择性催化还原装置的还原剂热分解系统，其特征在于，
通过所述加热装置(60)的作用而使流入所述内管单元(20)的废气加热到摄氏450～600度。
6.根据权利要求1所述的选择性催化还原装置的还原剂热分解系统，其特征在于，
所述还原剂是尿素水溶液，所述尿素水溶液在所述内管单元(20)的内部热分解为氨气和异氰酸。
7.根据权利要求1所述的选择性催化还原装置的还原剂热分解系统，其特征在于，
若流入所述弯管(10)的废气的温度高于设定温度(t1)，则所述加热装置(60)不启动，所述还原剂向所述反应器侧进行喷射。
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