CN107075997A - 通过排气的催化剂热再生 - Google Patents

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Abstract

用于由来自柴油发动机的入口涡轮机排气热再生催化剂的方法和系统，其中气体分流（08）从发动机排气（02）引导通过喷射器（04），并进一步被引导去再生催化剂，其中，冷空气流（09）用于使再生气流保持在期望的恒定温度范围。

Description

通过排气的催化剂热再生
技术领域
本发明涉及用于通过来自发动机的排气再生催化剂的系统和方法。具体地，本发明涉及船用发动机排气清洁应用中的催化剂再生，包括涡轮增压器，用于移除存在于发动机排气中的碳氢化合物以及以碳烟、灰和重金属形式的微粒物质。
背景技术
随着环境规定的增长，发动机排气的清洁变得更加重要和迫切。清洁系统要求额外的能量和额外的空间，这增加了用于船只的发动机系统的整体花费。
发动机排气清洁系统典型地包括可以与过滤器系统组合的催化剂。排气清洁过滤器经常成形为壁流式过滤器，这保证了最高的清洁效率，但是也可以采用其他过滤器类型。所述过滤器类型可以设置有氧化催化剂。
包含于排气清洁系统中的催化剂需要再生。这要求具有适合用于再生催化剂的温度范围的气流。再生系统因此要求额外的热能，这对船只推进系统的整体效率具有不利的影响并增加了装备花费和能量消耗。
需要催化剂再生系统和方法，所述催化剂再生系统和方法使用于提供所需的额外热能的花费最小。所述系统必须再生排气清洁系统的催化剂，来保证低或无污染排放，尤其在海上，从而使在港口和沿海区域航行的环境足迹和影响最小，但同时使安装和操作再生系统的花费最小。优选地，再生系统必须与已有发动机系统兼容，尤其是船用发动机系统。
发明内容
本发明提供用于再生催化剂的系统和方法，尤其在包括涡轮增压柴油发动机的船用排气清洁系统中。所述系统进一步是紧凑和简单的，所述系统和方法以低操作花费并且也以低安装花费提供催化剂再生。由于其紧凑性和简单性，很适合用于改装，用来升级已有船用应用，但也很适合用于新建的应用，因为紧凑的设计节省空间和花费。
在用于催化剂再生的本系统和方法中，用于催化剂热再生的热气体在涡轮增压器涡轮机之前从发动机排气集管（header）被直接引入。在涡轮机之前涌出的所述排气进入喷射器。由于气体在喷射器中膨胀，冷空气的受控流由调节阀引入。调制空气阀，从而保持在喷射器之后的排气的正确设定点温度。随后将所述气体引导到需要再生的催化剂，且因此不需要额外的热能。
发明特征
1.用于热再生发动机排气清洁单元中的催化碳烟过滤器的系统，包括：
连接到涡轮增压器的涡轮机的一个或更多个排气管；
包括原动流入口（motive inlet，或动力入口）、抽吸入口和出口的喷射器；
在涡轮增压器的涡轮机上游将所述一个或更多个排气管与喷射器的原动流入口连接的一个或更多个排气分流管；
连接到喷射器的抽吸入口的空气管；
安装在空气管中的流量调节阀；和
将喷射器出口与催化碳烟过滤器连接的喷射器出口管。
2.根据特征1所述的用于热再生发动机排气清洁单元中的催化碳烟过滤器的系统，其中，流量调节阀适于调节吸入到喷射器中的空气量，来实现离开喷射器的气体的恒定温度范围。
3.根据特征2所述的用于热再生发动机排气清洁单元中的催化碳烟过滤器的系统，其中，温度范围是380℃-500℃。
4.根据前述特征中的任一项所述的用于热再生发动机排气清洁单元中的催化碳烟过滤器的系统，其中，催化碳烟过滤器是紧凑组合的DPF过滤器。
5.根据前述特征中的任一项所述的用于热再生发动机排气清洁单元中的催化碳烟过滤器的系统，其中，发动机是船用柴油发动机。
6.根据前述特征中的任一项所述的用于热再生发动机排气清洁单元中的催化碳烟过滤器的系统，还包括：布置在所述一个或更多个排气分流管中的调节阀，所述调节阀适于打开、关闭或调节到喷射器的原动流入口的排气流。
7.根据前述特征中的任一项所述的用于热再生发动机排气清洁单元中的催化碳烟过滤器的系统，其中，来自发动机的排气具有400℃-520℃的温度。
8.根据前述特征中的任一项所述的用于热再生发动机排气清洁单元中的催化碳烟过滤器的系统，其中，来自发动机的排气具有1-2.5barg的压力。
9.用于受控热再生发动机排气清洁单元中的排气和环境空气的混合物处于预定设定点温度的催化碳烟过滤器的方法，包括步骤：
提供来自上游涡轮增压器的加压排气分流；
将处于排气温度的加压分流传递到喷射器的原动流入口中，并通过喷射器的抽吸入口吸入温度低于排气温度的低压环境空气；
控制通过喷射器的抽吸入口吸入的环境空气量来获得预定设定点温度；和
使因此获得的排气空气混合物与催化碳烟过滤器接触足够的时间，用于过滤器的碳烟再生。
10.根据特征9所述的用于受控热再生发动机排气清洁单元中的排气和环境空气的混合物处于预定设定点温度的催化碳烟过滤器的方法，其中，设定点温度在380℃-500℃的范围。
11.根据特征9或10所述的用于受控热再生发动机排气清洁单元中的排气和环境空气的混合物处于预定设定点温度的催化碳烟过滤器的方法，其中，催化碳烟过滤器是紧凑组合的DPF过滤器。
12.根据特征9-11中任一项所述的用于受控热再生发动机排气清洁单元中的排气和环境空气的混合物处于预定设定点温度的催化碳烟过滤器的方法，其中，发动机是船用柴油发动机。
13.根据特征9-12中任一项所述的用于受控热再生发动机排气清洁单元中的排气和环境空气的混合物处于预定设定点温度的催化碳烟过滤器的方法，还包括：布置在所述一个或更多个排气分流管中的调节阀，所述调节阀适于打开、关闭或调节到喷射器的原动流入口的排气流。
14.根据特征9-13中任一项所述的用于受控热再生发动机排气清洁单元中的排气和环境空气的混合物处于预定设定点温度的催化碳烟过滤器的方法，其中，来自发动机的排气具有400℃-520℃的温度。
15.根据特征9-14中任一项所述的用于受控热再生发动机排气清洁单元中的排气和环境空气的混合物处于预定设定点温度的催化碳烟过滤器的方法，其中，来自发动机的排气具有1-2.5barg的压力。
附图标记
01.催化剂热再生系统。
02.排气管。
03. 涡轮增压器涡轮机。
04. 喷射器。
05.喷射器原动流入口。
06.喷射器抽吸入口。
07.喷射器出口。
08.排气分流管。
09.空气管。
10.流量调节阀。
11.喷射器出口管。
12.排气调节阀。
具体实施方式
所述方法和系统的更详细描述将参考附图从具体实施例的下述描述显而易见，其中：
图1示出了根据本发明的实施例的催化剂热再生系统01。两根排气管02将柴油发动机排气集管与两个涡轮增压器涡轮机03连接。排气的一部分通过排气分流管08从排气管涌出到喷射器04。所述排气分流通过排气调节阀12连接到喷射器原动流入口05，所述排气调节阀12适于根据催化剂（未示出）再生的需求调节气体分流的流量。气体分流可以是脉动流，其仅在由没有再生的操作阶段分开的再生阶段期间连接到催化剂。当通过喷射器时，由于在喷射器中的气体膨胀，排气分流能够通过喷射器抽吸入口06从空气管09吸入环境（更冷的）空气流。
包括排气分流和一定量的冷空气的组合流通过喷射器出口07离开喷射器并由喷射器出口管11引导至将被再生的催化剂。尽管由于存在位于空气管中的流量调节阀10，排气温度会变化，但组合流的温度能够被保持在期望的恒定范围。流量调节阀适于调节相对于排气分流更冷的环境空气量，因此使组合的气流保持在恒定的温度范围。
示例
在催化剂热再生系统中，来自柴油发动机的排气根据发动机负载具有1-2.5barg的压力和400℃-520℃的温度。
流量调节阀调制和调节更冷的环境空气的流量（吸力），从而使喷射器之后的组合气流的温度保持在适合用于再生催化剂的380℃-500℃的范围。

Claims (15)

1.用于热再生发动机排气清洁单元中的催化碳烟过滤器的系统（01），包括：
连接到涡轮增压器（03）的涡轮机的一个或更多个排气管（02）；
包括原动流入口（05）、抽吸入口（06）和出口（07）的喷射器（04）；
在涡轮增压器的涡轮机上游将所述一个或更多个排气管与喷射器的原动流入口连接的一个或更多个排气分流管（08）；
连接到喷射器的抽吸入口的空气管（09）；
安装在空气管中的流量调节阀（10）；和
将喷射器出口与催化碳烟过滤器连接的喷射器出口管（11）。
2.根据权利要求1所述的用于热再生发动机排气清洁单元中的催化碳烟过滤器的系统，其中，流量调节阀适于调节吸入到喷射器中的空气量，来实现离开喷射器的气体的恒定温度范围。
3.根据权利要求2所述的用于热再生发动机排气清洁单元中的催化碳烟过滤器的系统，其中，温度范围是380℃-500℃。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的用于热再生发动机排气清洁单元中的催化碳烟过滤器的系统，其中，催化碳烟过滤器是紧凑组合的DPF过滤器。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的用于热再生发动机排气清洁单元中的催化碳烟过滤器的系统，其中，发动机是船用柴油发动机。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的用于热再生发动机排气清洁单元中的催化碳烟过滤器的系统，还包括：布置在所述一个或更多个排气分流管中的调节阀（12），所述调节阀适于打开、关闭或调节到喷射器的原动流入口的排气流。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的用于热再生发动机排气清洁单元中的催化碳烟过滤器的系统，其中，来自发动机的排气具有400℃-520℃的温度。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的用于热再生发动机排气清洁单元中的催化碳烟过滤器的系统，其中，来自发动机的排气具有1-2.5barg的压力。
9.用于受控热再生发动机排气清洁单元中的排气和环境空气的混合物处于预定设定点温度的催化碳烟过滤器的方法，包括步骤：
提供来自上游涡轮增压器的加压排气分流；
将处于排气温度的加压分流传递到喷射器的原动流入口中，并通过喷射器的抽吸入口吸入温度低于排气温度的低压环境空气；
控制通过喷射器的抽吸入口吸入的环境空气量来获得预定设定点温度；和
使因此获得的排气空气混合物与催化碳烟过滤器接触足够的时间，用于过滤器的碳烟再生。
10.根据权利要求9所述的用于受控热再生发动机排气清洁单元中的排气和环境空气的混合物处于预定设定点温度的催化碳烟过滤器的方法，其中，设定点温度在380℃-500℃的范围。
11.根据权利要求9或10所述的用于受控热再生发动机排气清洁单元中的排气和环境空气的混合物处于预定设定点温度的催化碳烟过滤器的方法，其中，催化碳烟过滤器是紧凑组合的DPF过滤器。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的用于受控热再生发动机排气清洁单元中的排气和环境空气的混合物处于预定设定点温度的催化碳烟过滤器的方法，其中，发动机是船用柴油发动机。
13.根据权利要求9-12中任一项所述的用于受控热再生发动机排气清洁单元中的排气和环境空气的混合物处于预定设定点温度的催化碳烟过滤器的方法，还包括：布置在所述一个或更多个排气分流管中的调节阀，所述调节阀适于打开、关闭或调节到喷射器的原动流入口的排气流。
14.根据权利要求9-13中任一项所述的用于受控热再生发动机排气清洁单元中的排气和环境空气的混合物处于预定设定点温度的催化碳烟过滤器的方法，其中，来自发动机的排气具有400℃-520℃的温度。
15.根据权利要求9-14中任一项所述的用于受控热再生发动机排气清洁单元中的排气和环境空气的混合物处于预定设定点温度的催化碳烟过滤器的方法，其中，来自发动机的排气具有1-2.5barg的压力。
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