CN107642397A - 用于废气后处理系统的混合装置、废气后处理系统和内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于废气后处理系统的混合装置、废气后处理系统和内燃机。一种用于内燃机的废气后处理系统、尤其用于SCR废气后处理系统的混合装置，即用于使还原剂的前体物质、尤其是诸如尿素的氨前体物质与废气混合，带有废气供给管线(8)，其通向催化转化器，尤其通向SCR催化转化器(9)，所述废气供给管线引导废气；带有引入装置(12)，其与废气供给管线(8)相关联，用于将还原剂的前体物质引入废气；并带有混合与分解部段(14)，其布置在相应引入装置(12)下游并由废气供给管线(8)提供，用于使废气与还原剂的前体物质混合并用于其在催化转化器上游分解成还原剂，其中，消声器(21)在混合与分解部段(14)的区域中与废气供给管线(8)相关联。

Description

用于废气后处理系统的混合装置、废气后处理系统和内燃机
技术领域
本发明涉及一种用于废气后处理系统的混合装置、一种内燃机的废气后处理系统和带有废气后处理系统的内燃机。
背景技术
在例如用于发电站的固定内燃机中的燃烧过程中，并且在例如用在船上的非固定内燃机中的燃烧过程中，出现氮氧化物，其中，这些氮氧化物典型地出现在诸如煤、矿物煤、褐煤、矿物油、重油或柴油的含硫化石燃料的燃烧中。因此，将废气后处理系统分配给这样的内燃机，所述系统用于离开内燃机的废气的净化、尤其是脱氮。
所谓的SCR催化转化器主要用于从实践已知的废气后处理系统中的废气的氮氧化物的还原。在SCR催化转化器中，出现氮氧化物的选择性催化还原，其中，需要氨(NH3)作为用于氮氧化物的还原的还原剂。为此，将诸如例如尿素或相应的碳酰胺的氨前体物质在SCR催化转化器上游以液体形式引入废气中，其中，氨前体物质在SCR催化转化器上游与废气混合并转移至还原剂。为此，根据实践，在氨前体物质的引入装置与SCR催化转化器之间设置有混合与分解部段。
尽管废气后处理，尤其是氮氧化物还原，已能成功地通过从实践已知的包括SCR催化转化器的废气后处理系统发生，但存在对进一步改善废气后处理系统的需求。尤其，需求主要在于使具有紧凑的结构形式的低噪声废气后处理成为可能。
发明内容
由此，本发明基于的问题是提供一种用于废气后处理系统的新颖的混合装置、一种废气后处理系统和一种带有废气后处理系统的内燃机，其使具有紧凑的结构形式的低噪声废气后处理成为可能。
该问题通过根据权利要求1的混合装置解决。根据本发明，消声器与在混合与分解部段的区域中的废气供给管线相关联。在紧凑的结构形式下，能使低噪声废气后处理成为可能。
优选地，形成混合与分解部段的废气供给管线的一部分与消声器或相应地废气供给管线与消声器结合，以形成共同组件。在特别紧凑的结构形式下，能使低噪声废气后处理成为可能。
根据有利的另一改进，消声器具有经由相应地至少一个开口联接至废气供给管线的几个消声器室。在紧凑的结构形式下，能使低噪声废气后处理成为可能。
根据另一有利的另一改进，消声器的第一消声器室至少经由第一开口联接至废气供给管线和/或消声器的第二消声器室至少经由第二开口联接至废气供给管线，其中，布置在引入装置上游的该开口或每个开口的距离最大为在引入装置的区域中的废气管线的直径的三倍，并且布置在引入开口下游的该开口或每个开口的距离最大为在引入装置的区域中的废气供给管线的直径的一倍或至少二倍。在混合与分解部段的区域中，离引入装置对应于在引入装置的区域中的废气供给管线的直径的一倍与在引入装置的区域中的废气供给管线的直径的二倍之间的距离，没有形成消声器的消声器室经由其联接至废气供给管线的开口。在紧凑的结构形式下，能使低噪声废气后处理成为可能。尤其，防止诸如例如尿素的还原剂的液体前体物质到达将消声器室联接至废气供给管线的开口的区域并阻塞或相应地阻碍它们。
优选地，消声器的第三消声器室至少经由第三开口联接至在引入装置上游的废气供给管线。在紧凑的结构形式下，能使低噪声废气后处理成为可能。混合与分解部段的端部离引入装置的距离有利地为在引入装置的区域中的废气管线的直径的二倍与六倍之间。
在权利要求11中限定了根据本发明的废气后处理系统。
在权利要求14中限定了根据本发明的内燃机。
附图说明
本发明的另外的优选改进将从从属权利要求并从以下的说明显现。借助于附图更详细地说明本发明的示例实施例，但并不限于此。在此示出的有：
图1是带有根据本发明的废气后处理系统的内燃机的图示透视图；以及
图2是在根据本发明的混合装置的区域中的图1的废气后处理系统的详图。
具体实施方式
本发明涉及一种内燃机的废气后处理系统、因而例如发电站中的固定内燃机的或用在船上的非固定内燃机的废气后处理系统。
尤其地，本发明涉及一种以重油或残油操作的船的柴油内燃机的SCR废气后处理系统，所述柴油内燃机优选地体现为二冲程船的柴油内燃机。
图1示出了带有废气涡轮增压系统2并带有废气后处理系统3的内燃机1的布置。
内燃机1可以是非固定或固定的内燃机，尤其地以非固定的方式操作的船的内燃机。离开内燃机1的气缸4的废气被用于废气增压系统2，以便从废气的热能获得机械能用于待供给至内燃机1的充入空气的压缩。
因而，图1示出了带有废气涡轮增压系统2的内燃机1，所述废气涡轮增压系统2包括至少一个废气涡轮增压器5。离开内燃机1的气缸4的废气经由废气涡轮增压器5的涡轮机6流动并在其中膨胀，其中，在此获得的能量被用于废气涡轮增压器5的压缩机(未示出)，以便压缩充入空气。内燃机1可具有带有高压涡轮增压器并带有低压涡轮增压器的两级废气涡轮增压系统2。
除废气增压系统2之外，内燃机1包括SCR废气后处理系统。排气后处理系统3优选地连接在内燃机1的气缸4与废气增压系统2之间，使得相应地离开内燃机1的气缸4的废气首先经由废气后处理系统3并且随后仅经由废气增压系统2被引导。
图1示出了废气供给管线8，经由所述废气供给管线8，从内燃机1的气缸4开始的废气可沿布置在反应器室10中的SCR催化转化器的方向被引导。另外，图1示出了废气排出管线11，其用于废气沿废气涡轮增压器5的涡轮机6的方向从SCR催化转化器9的排出。
图1的内燃机1具有用于所有气缸4的共同废气收集器7。离开内燃机1的气缸4的废气能够从废气收集器7开始、在废气后处理系统3的方向上经由废气供给管线8、即相应的反应器室10和相应的SCR催化转化器9，并经由废气增压系统2的废气涡轮增压器5在废气后处理系统3下游被引导。
通向反应器室10并因此通向位于反应器室10中的SCR催化转化器9的废气供给管线8与引导离开反应器室10并因此离开SCR催化转化器9的废气排出管线11、或者废气收集器7与废气排出管线11优选地经由旁路(未示出)联接，切断元件结合到该旁路中。通过关闭的切断元件，旁路关闭，使得没有废气可经由旁路流动。于是，另一方面，当切断元件打开时，废气可经由旁路流动，即直接从废气供给管线8进入废气排出管线11，以旁通过反应器室10和位于反应器室中的SCR催化转化器9。
引入装置12与废气后处理系统3的废气供给管线8相关联，经由所述引入装置，可将还原剂的前体物质、即诸如碳酰胺或相应的尿素的氨前体物质引入废气流。还原剂的前体物质与废气混合并分解成实际的还原剂氨(NH3)，其中，需要还原剂，以便在SCR催化转化器9的区域中以限定的方式转化废气的氮氧化物。废气后处理系统3的引入装置12优选地是喷射喷嘴，经由所述喷射喷嘴，将氨前体物质喷射到废气供给管线8内的废气流中。图2由锥体13图示了还原剂的前体物质在废气供给管线8的区域中进入废气流的喷射。
废气后处理系统3或相应的废气供给管线8的沿废气流动方向看、位于引入装置12的下游并且位于SCR催化转化器9的上游的部段被标识为混合与分解部段14。尤其地，废气供给管线8在引入装置12下游提供混合与分解部段14，在所述混合与分解部段14中，还原剂的前体物质分解成还原剂，并且废气可在SCR催化转化器9上游与还原剂混合。
引入装置12和废气供给管线8、即在引入装置12下游延伸的提供混合与分解部段14的废气供给管线8的一部分是废气后处理系统3的混合装置的组件，其用于还原剂的前体物质到还原剂的分解和经由引入装置12引入废气的还原剂与废气的混合。
消声器21在混合与分解部段14的区域中与废气供给管线8相关联。混合与分解部段14与消声器21因此在空间上结合成一体。据此，在紧凑的结构形式下，能确保低噪声的废气后处理。消声器21优选地具有数个消声器室22、23和24。消声器室22、23和24中的每个消声器室相应地经由至少一个开口25、26、27联接至废气供给管线8。
根据图2，第一消声器室22经由至少一个开口25布置在引入装置12上游。消声器21的第二消声器室23在混合与分解部段14的区域中经由至少一个另外的开口26联接至在引入装置21下游的废气供给管线8。该第一开口或每个第一开口26离引入装置12的距离X1最大与在引入装置12的区域中的废气供给管线8的直径d的一倍对应。
另外，根据图2，消声器21的第三消声器室24在混合与分解部段14的区域中经由至少一个另外的开口27联接至依次在引入装置12下游的废气供给管线8。在引入装置12上的该或每个第二开口27的距离最小与在引入装置12的区域中的废气供给管线8的直径d的二倍对应。
在混合与分解部段14的区域中，离引入装置12对应于在引入装置12的区域中的废气供给管线8的直径d的一倍与在引入装置12的区域中的废气供给管线8的直径d的二倍之间的距离，没有形成消声器21的消声器室23、24经由其联接至废气供给管线8的开口。因此在距离X1上游和在距离X2下游没有形成这样的开口，消声器21的消声器室经由所述开口联接至废气供给管线8。
经由将消声器21的消声器室22、23、24联接至废气供给管线8的开口25、26、27的以上定位，可确保没有液体还原剂前体物质、并因此没有液体尿素到达开口25、26、27的区域并阻塞这些开口。
直到距离X1，没有还原剂前体物质的滴状物能到达第一开口26的区域。还原剂前体物质、因此尿素至少在距离X2处分解成氨(NH3)和CO2，使得距离X2的下游同样不存在液体还原剂前体物质堵塞开口27的风险。
消声器21体现为亥姆霍兹共振器和/或λ/4共振器和/或吸收消声器。吸收消声器附加地充满吸声材料，诸如玻璃纤维或陶瓷纤维。
可提供的是，在混合与分解部段14的区域中经由开口26、27联接至在引入装置12下游的废气供给管线8的消声器室23、24体现为λ/4共振器，而在引入装置12上游经由开口25联接至废气供给管线8的消声器室22体现为亥姆霍兹共振器。尽管这是优选的，但这不是必须的。所有的消声器室能体现为λ/4共振器或体现为亥姆霍兹共振器或体现为吸收共振器。此外，在混合与分解部段14的区域中联接至在引入装置12下游的废气供给管线8的消声器室23、24可体现为亥姆霍兹共振器或吸收消声器，其中，经由开口25联接至在引入装置12上游的废气供给管线8的消声器室22可体现为λ/4共振器或体现为吸收消声器。
另外，已证明有利的是，在废气供给管线8中提供导致横截面跃变的配件18a、18b，由此，噪声辐射的进一步降低变得可能。在最简单的情况下，配件是可以平面的方式(18a)、而且也可以有角度的方式（18b）布置或体现的板，另外，它们能以不同的角度与主流动方向对准。配件可布置在引入装置12的上游和/或布置在与在引入装置12的区域中的废气供给管线8的直径d的至少二倍对应的距离处。
消声器21与废气供给管线8、即在图2中在布置消声器21的区域中的废气供给管线8的至少这样的部分优选地结合成共同组件并因此结合成结构元件。这对于特别紧凑的结构形式是有利的。
优选地，废气收集器7与混合与分解部段14一起或相应地与废气供给管线8和消声器21一起结合成共同组件。在此根据图1所示的实施例提供的是，在废气的流动方向上看，至少部分地形成混合与分解部段14的废气排出管线8同轴地布置在废气收集器7后面，使得从混合与分解部段14的废气收集器7开始的废气能够以无偏转的方式被供给。
在图1中，废气因此仅在进入气缸侧废气开口点16的区域中的废气收集器7时和在进入SCR催化转化器9上游的废气供给管线8的下游端15的区域中的反应器室10时经历偏转。这是有利的，以便确保低噪声的废气后处理。
图1、2由箭头17图示了废气的流动。从图1可看到的是，废气7在气缸侧废气开口点16的区域中偏转大约90°或相应地偏转近似90°，并流入废气收集器7。从废气收集器7开始，废气以无偏转的方式流过废气供给管线8直到废气供给管线8的下游端15，所述下游端15在反应器室10的区域中敞开。在废气供给管线8的该端15的区域中，其经历大约180°或相应地近似180°的流动偏转，其中，废气在该流动偏转之后经由SCR催化转化器9引导。
废气供给管线8通过下游端15通向反应器室10。根据优选的实施例，废气供给管线8通过扩散器18的形成在其下游端15的区域中以漏斗形的方式变宽。据此，废气供给管线8的流动横截面在下游端15的区域中增大，其中，可提供的是，在废气的流动方向上看，在废气供给管线8的下游端15的扩散器18的上游，其流动横截面首先减小。
废气供给管线8与废气排出管线11在反应器室10的共同的第一侧19处接合。在此，废气供给管线8从该第一侧19开始延伸到反应器室10中，使得其下游端15邻近反应器室10的与反应器室10的第一侧19相对的第二侧20。废气供给管线8穿透催化转化器9。
废气排出管线11在第一侧19通向反应器室10。经由废气供给管线8供给的废气在反应器室10的位于与废气供给管线8的下游端15相反的第二侧20的区域中偏转，然后经由SCR催化转化器9并随后经由第一侧19流入废气排出管线11的区域。废气排出管线11邻近反应器室10的第一侧19在外部部分地、优选地同心地围绕废气供给管线8。
在图1的示例实施例中，提供废气收集器7、混合与分解部段14、废气供给管线8和附加地还有消声器21的共同组件体现为使得能够以无偏转的方式将从废气收集器7开始的废气供给至相应的混合与分解部段14。如上所述，这是优选的。另一方面，还可能有示例的实施例，其中，在其从废气收集器7开始、进入混合与分解部段14的区域并因此进入废气供给管线8的区域的流动上的废气，即在从废气收集器7进入废气供给管线8并因此进入混合与分解部段14的区域的转移上，经历单个偏转，即优选地最大90°的偏转。如果由于内燃机上安装空间的原因，所以需要废气的多个偏转，则在本发明的意义上提供的是，提供废气收集器7、废气供给管线8、混合与分解部段14和补偿元件21的组件体现为使得通过最大三倍的偏转或相应地通过废气在废气收集器7与混合与分解部段14之间最大270°的偏转、优选地通过最大二倍偏转或相应地通过废气在废气收集器7与混合与分解部段14之间最大180°的偏转将从废气收集器7开始的废气供给至混合与分解部段14。然而，废气在废气收集器7与混合与分解部段14之间最大90°的偏转是优选的。
在混合与分解部段14的方向上从废气收集器7开始的废气的无偏转供给是最优选的。
形成废气收集器7、混合与分解部段14和消声器21的共同组件优选地构造成使得在离SCR催化转化器9或反应器室10最远的进入相应废气收集器7的气缸侧废气开口点16与SCR催化转化器9或反应器室10之间的距离对应于在离SCR催化转化器9或反应器室10最远的进入废气收集器7的气缸侧废气开口点16与离SCR催化转化器9或反应器室10最近的进入废气收集器7的气缸侧废气开口点16之间的距离的最大四倍、优选地最大三倍、特别优选地最大二倍。
在示出的示例实施例中，反应器室10和因此SCR催化转化器9布置在废气涡轮增压器5上游的废气流动侧上。还可能的是，反应器室10和因此SCR催化转化器9布置在废气涡轮增压器下游的废气流动侧上。此外，反应器室10和因此SCR催化转化器9在废气流动侧上连接在高压废气涡轮增压器与低压废气涡轮增压器之间。
以上细节尤其适合用于通过残油或相应地通过重油要不然通过天然气操作的二冲程内燃机。然而，本发明还能用于四冲程内燃机是可能的。
附图标记列表：
1 内燃机
2 废气增压系统
3 废气后处理系统
4 气缸
5 废气涡轮增压器
6 涡轮机
7 废气收集器
8 废气供给管线
8a 部分
8b 部分
9 SCR催化转化器
10 反应器室
11 废气排出管线
12 引入装置
13 喷射锥
14 混合与分解部段
15 端部
16 废气开口点
17 流动
18 扩散器
19 侧
20 侧
21 消声器
22 消声器室
23 消声器室
24 消声器室
25 开口
26 开口
27 开口。

Claims (18)

1.一种用于内燃机的废气后处理系统、尤其是用于SCR废气后处理系统的混合装置，即用于使还原剂的前体物质、尤其是诸如尿素的氨前体物质与废气混合，带有废气供给管线(8)，其通向催化转化器，尤其通向SCR催化转化器(9)，所述废气供给管线引导废气；带有引入装置(12)，其与所述废气供给管线(8)相关联，用于将还原剂的前体物质引入废气；并带有混合与分解部段(14)，其布置在相应引入装置(12)下游并由所述废气供给管线(8)提供，用于使废气与还原剂的前体物质混合并用于其在所述催化转化器上游分解成还原剂，其特征在于，消声器(21)在所述混合与分解部段(14)的区域中与所述废气供给管线(8)相关联。
2.根据权利要求1所述的混合装置，其特征在于，所述消声器(21)具有相应地经由至少一个开口(25、26、27)联接至所述废气供给管线(8)的至少一个消声器室(22、23、24)。
3.根据权利要求2所述的混合装置，其特征在于，所述消声器(21)的至少一个消声器室(22、23、24)在所述混合与分解部段(14)的区域中经由至少一个开口(25、26、27)联接至所述废气供给管线(8)，其中，所述开口(25、26、27)布置在所述引入装置(12)上游或布置在所述引入装置(12)的区域中或布置在所述引入装置(12)下游。
4.根据权利要求3所述的混合装置，其特征在于，所述至少一个消声器室(23、24)在所述混合与分解部段(14)的区域中经由至少一个开口(26、27)联接至排气管道(8)，其中，所述开口(26、27)离所述引入装置(12)的距离与在所述引入装置(12)的区域中的所述废气供给管线(8)的直径的最大一倍或最小两倍对应。
5.根据权利要求2至4所述的混合装置，其特征在于，所述消声器(21)的至少第二消声器室(24)在所述混合与分解部段(14)的区域中经由至少第二开口(27)联接至在所述引入装置(12)下游的所述废气供给管线(8)，其中，所述或每个第二开口(27)离所述引入装置(12)的距离与在所述引入装置(12)的区域中的所述废气供给管线(8)的直径的最大一倍或最小二倍对应。
6.根据权利要求2至5中的一项所述的混合装置，其特征在于，在所述混合与分解部段(14)的区域中，离所述引入装置(12)对应于在所述引入装置(12)的区域中的所述废气供给管线(8)的直径的一倍与在所述引入装置(12)的区域中的所述废气供给管线(8)的直径的二倍之间的距离，没有形成所述消声器(21)的所述消声器室(23、24)经由其联接至所述废气供给管线(8)的开口。
7.根据权利要求2至6中的一项所述的混合装置，其特征在于，所述消声器(21)的第三消声器室(22)至少经由第三开口(25)联接至在所述引入装置(12)上游的所述废气供给管线(8)。
8.根据权利要求1至7中的一项所述的混合装置，其特征在于，所述消声器(21)形成亥姆霍兹共振器和/或λ/4共振器和/或吸收消声器。
9.根据权利要求7所述的混合装置，其特征在于，所述消声器(21)的至少一个消声器室(22、23、24)形成λ/4共振器。
10.根据权利要求7或8所述的混合装置，其特征在于，所述消声器(21)的至少一个消声器室(22、23、24)形成亥姆霍兹共振器。
11.根据权利要求7至9中的一项所述的混合装置，其特征在于，所述消声器(21)的至少一个消声器室(22、23、24)形成吸收消声器。
12.根据权利要求7至10中的一项所述的混合装置，其特征在于，所述至少一个装置(18a、18b)布置成用于在所述混合装置的区域中呈现所述排气管道(8)内的横截面跃变。
13.根据权利要求12所述的混合装置，其特征在于，至少装置(18a、18b)布置成用于在所述引入装置(12)上游或下游呈现横截面跃变，其中，对于所述装置(18a、18b)布置成用于在所述引入装置下游呈现所述横截面跃变的情况，用于呈现所述横截面跃变的所述装置(18a、18b)离所述引入装置(12)的距离与在所述引入装置(12)的区域中的所述废气供给管线(8)的直径的最小二倍对应。
14.根据权利要求1至10中的一项所述的混合装置，其特征在于，所述混合与分解部段(14)与所述消声器(21)或相应地所述废气供给管线(8)与所述消声器(21)结合成共同组件。
15.一种用于内燃机(1)的废气后处理系统(3)，尤其是用于以重油或残油操作的内燃机的SCR废气后处理系统，带有布置在反应器室(10)中的至少一个催化转化器(9)，尤其带有SCR催化转化器；带有通向所述反应器室(10)的废气供给管线(8)；并带有引导离开所述反应器室(10)的废气排出管线(11)，其特征在于包括根据权利要求1至11中的一项所述的混合装置。
16.根据权利要求15所述的废气后处理系统，其特征在于包括废气收集器(7)，其与所述混合与分解部段(14)和所述消声器(21)一起结合成所述共同组件。
17.根据权利要求15或16所述的废气后处理系统，其特征在于，所述共同组件体现为使得在离所述SCR催化转化器(9)或反应器室(10)最远的进入所述废气收集器(7)的气缸侧废气开口点(16)与所述相应的SCR催化转化器(9)或相应的反应器室(10)之间的距离对应于在离所述SCR催化转化器(9)或反应器室(10)最远的进入所述废气收集器(7)的所述气缸侧废气开口点(16)与离所述SCR催化转化器(9)或反应器室(10)最近的进入所述废气收集器(7)的气缸侧废气开口点(16)之间的距离的最大四倍、优选地最大三倍、特别优选地最大二倍。
18.一种内燃机(1)，带有数个气缸(4)；带有用于一组气缸(4)的至少一个共同废气收集器(7)；并带有根据权利要求12至14中的一项所述的废气后处理系统(3)，其中，能够从相应的废气收集器(7)开始经由所述废气后处理系统(3)并且在所述废气后处理系统(3)下游经由所述内燃机(1)的废气增压系统(2)的至少一个废气涡轮增压器(5)引导废气。
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