DE112021000670T5

DE112021000670T5 - Reaktionsvorrichtung eines SCR-Systems für Schiffe

Info

Publication number: DE112021000670T5
Application number: DE112021000670.3T
Authority: DE
Inventors: Xiaobo Li; Mingshan Guo; Zhipeng Hou; Xizhao Zhang; Teng SHEN; Zhenhua Wang; Wenjie Kong; Yi Lu; Lili Shi; Yuanyuan Huang
Original assignee: Shanghai Marine Diesel Engine Research Institute
Current assignee: Shanghai Marine Diesel Engine Research Institute
Priority date: 2020-01-21
Filing date: 2021-01-19
Publication date: 2022-11-10
Also published as: JP7422885B2; US20230058467A1; US11685496B2; WO2021147859A1; JP2023512479A; KR20220121884A; CN113217153A

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Reaktionsvorrichtung eines SCR-Systems für Schiffe, umfassend eine Fördereinheit (110), eine Reaktionskammer (120), mindestens ein Katalysatormodul (130) und eine Luftausgleichskammer (140). Die Fördereinheit (110) umfasst eine Eingangsleitung (111) und eine Ausgangsleitung (112), wobei die Ausgangsleitung von außen um die Eingangsleitung herum aufgesetzt ist. Die Reaktionskammer ist mit einem Ende an die Fördereinheit angeschlossen, und die Reaktionskammer (120) umfasst einen inneren Zylinder (121) und einen äußeren Zylinder (122). Der äußere Zylinder ist von außen um den inneren Zylinder herum aufgesetzt, und der innere Zylinder kommuniziert mit der Eingangsleitung, und der äußere Zylinder kommuniziert mit der Ausgangsleitung, wobei das Katalysatormodul zwischen dem inneren Zylinder und dem äußeren Zylinder angeordnet ist. Die Luftausgleichskammer ist an das andere Ende der Reaktionskammer (120) angeschlossen und kommuniziert sowohl mit dem inneren Zylinder als auch mit dem äußeren Zylinder. Gemäß der Reaktionsvorrichtung eines SCR-Systems für Schiffe in der vorliegenden Erfindung ist der äußere Zylinder von außen um den inneren Zylinder herum aufgesetzt. Das Rauchgas wird somit vom inneren Zylinder durch die Luftausgleichskammer umgelenkt und strömt dann zurück in den äußeren Zylinder. Dadurch wird sowohl die Größe von der Reaktionsvorrichtung reduziert und die Integration des SCR-Systems verbessert, als auch das Rauchgas wird in der Luftausgleichskammer umgelenkt und strömt zurück, so dass das Rauchgas und das Reduktionsmittel in der Luftausgleichskammer

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der Behandlung von Schadstoffen, die von Schiffsdieselmotoren ausgestoßen werden, und insbesondere auf eine Reaktionsvorrichtung eines SCR-Systems (SCR: Selective Catalytic Reduction / Selektive katalytische Reduktion) für Schiffe.
Stand der Technik
Bei der Technologie der selektiven katalytischen Reduktion wird ein Reduktionsmittel (z. B. eine Harnstofflösung) in das Abgas eines Dieselmotors eingespritzt, um die NO_x im Rauchgas zu N₂ und H₂O zu reduzieren. Diese Technologie hat eine hohe Umwandlungsrate von NO_x und eine geringe Auswirkung auf die Leistung von Dieselmotoren, und dient deshalb inzwischen als die wichtigste technische Methode zur Verringerung der NO_x-Emissionen von Schiffsdieselmotoren.
Bei dem herkömmlichen SCR-Reaktor handelt es sich jedoch um eine in Reihe geschaltete Direktflussstruktur, d. h., der Harnstoffdüse ist ein Abschnitt von Mischleitung nachgeschaltet, an die wiederum ein katalytischer Reaktor angeschlossen wird. Solche strukturellen Merkmale führen zu einer großen Gesamtlänge und einer großen Abmessung, was die Anordnung in einer Kabine mit begrenztem Platzangebot erschwert.
Darüber hinaus hat die Direktfluss-Mischleitung den Nachteil einer ungleichmäßigen Durchmischung. Wird die Länge der Mischleitung vergrößert, um die Gleichmäßigkeit der Durchmischung zu verbessern, vergrößert sich immer noch die Größe des Durchflussreaktors.
Daher ist es notwendig, eine Reaktionsvorrichtung eines SCR-Systems für Schiffe bereitzustellen, um die im Stand der Technik bestehenden Probleme zumindest teilweise zu lösen.
Offenbarung der Erfindung
Im inhaltlichen Teil der vorliegenden Erfindung werden eine Reihe von vereinfachten Konzepten vorgestellt, die im Textteil von spezifischen Ausführungsformen näher beschrieben werden. Der erfinderische Teil der vorliegenden Erfindung bedeutet weder den Versuch, die Hauptmerkmale und die notwendigen technischen Merkmale der beanspruchten technischen Lösung einzuschränken, noch den Versuch, den Schutzumfang der beanspruchten technischen Lösung zu bestimmen.
Um die oben genannten Probleme zumindest teilweise zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Reaktionsvorrichtung eines SCR-Systems für Schiffe bereit, umfassend:

eine Fördereinheit, die eine Eingangsleitung und eine Ausgangsleitung umfasst, wobei die Ausgangsleitung außerhalb der Eingangsleitung umlaufend aufgesetzt ist;
eine Reaktionskammer, die mit einem Ende an die Fördereinheit angeschlossen ist, wobei die Reaktionskammer einen inneren Zylinder und einen äußeren Zylinder umfasst, wobei der äußere Zylinder außerhalb des inneren Zylinders eingefasst aufgesetzt ist, und wobei der innere Zylinder mit der Eingangsleitung und der äußere Zylinder mit der Ausgangsleitung jeweils kommuniziert;
mindestens ein Katalysatormodul, das zwischen dem inneren Zylinder und dem äußeren Zylinder angeordnet ist; sowie eine Luftausgleichskammer, die an das andere Ende der Reaktionskammer angeschlossen ist und sowohl mit dem inneren Zylinder als auch mit dem äußeren Zylinder kommuniziert.

Gemäß der Reaktionsvorrichtung eines SCR-Systems für Schiffe in der vorliegenden Erfindung ist der äußere Zylinder außerhalb des inneren Zylinders eingefasst aufgesetzt. Das Rauchgas wird somit vom inneren Zylinder durch die Luftausgleichskammer umgelenkt und strömt dann zurück in den äußeren Zylinder. Dadurch wird nicht nur die Größe von der Reaktionsvorrichtung reduziert, was die Kompaktheit und Miniaturisierung der Reaktionsvorrichtung fördert und die Integration des SCR-Systems verbessert, sondern auch das Rauchgas wird in der Luftausgleichskammer umgelenkt und strömt zurück, so dass das Rauchgas und das Reduktionsmittel in der Luftausgleichskammer vollständig durchgemischt werden können und die katalytische Reaktionsleistung erhöht wird.
Ferner ist es vorgesehen, dass die Reaktionsvorrichtung ferner eine Einspritzanordnung umfasst, wobei die Einspritzanordnung eine Einspritzpistole umfasst, wobei die Einspritzpistole sich in die Eingangsleitung erstreckt und sich eine Düse der Einspritzpistole in die Richtung der Reaktionskammer richtet.
Ferner ist es vorgesehen, dass die Ausgangsleitung an ihrem von der Reaktionskammer abgewandten Ende verschlossen ist, und an der Seitenwand der Ausgangsleitung eine Abgasleitung zum Ablassen von Rauchgas nach der Reaktion vorgesehen ist.
Ferner ist es vorgesehen, dass der Querschnitt des inneren Zylinders und des äußeren Zylinders quadratisch ausgebildet ist.
Ferner ist es vorgesehen, dass eine der Luftausgleichskammer zugewandte Seitenfläche eines der Katalysatormodule mit einer der Luftausgleichskammer zugewandten Stirnseite des inneren Zylinders bündig ist.
Ferner ist es vorgesehen, dass die Reaktionsvorrichtung ferner einen Deflektor umfasst, der in der Luftausgleichskammer angeordnet ist, um die Strömungsrichtung des Rauchgases zu ändern.
Ferner ist es vorgesehen, dass der Deflektor einen Rückflussring umfasst, wobei der Rückflussring zylindrisch bzw. kegelstumpfförmig ausgebildet ist und oberseitig an eine der Reaktionskammer zugewandte Wandfläche der Luftausgleichskammer angeschlossen ist.
Ferner ist es vorgesehen, dass der Deflektor ferner umfasst: einen Strömungsleitring, der kegelförmig ausgebildet ist, wobei die Kegelspitze des Strömungsleitrings auf die Reaktionskammer ausgerichtet ist, die untere Öffnung des Strömungsleitrings die obere Öffnung des Rückflussrings überdeckt, und der Strömungsleitring vom Rückflussring beabstandet ist;
mindestens eine Luftausgleichsplatte, die in horizontaler Richtung und/oder in vertikaler Richtung zwischen dem Strömungsleitring und dem Rückflussring angeordnet ist.
Ferner ist es vorgesehen, dass der Deflektor ferner mindestens einen Luftausgleichsring umfasst, wobei der Luftausgleichsring kegelförmig ausgebildet ist und oberseitig von der Reaktionskammer abgewandt ist und an ein vom Strömungsleitring abgewandtes Ende der Luftausgleichsplatte angeschlossen ist.
Ferner ist es vorgesehen, dass sich die jeweiligen Mittelachsen des Strömungsleitrings, des Rückflussrings und der Luftausgleichskammer miteinander überschneiden.
Figurenliste
Die folgenden Zeichnungen der vorliegenden Erfindung werden hier als Teil der vorliegenden Erfindung für das Verständnis der vorliegenden Erfindung verwendet. Die Zeichnungen zeigen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und deren Beschreibung, um das Prinzip der vorliegenden Erfindung zu erläutern. Es zeigen:

1 eine dreidimensionale schematische Ansicht von einer Reaktionsvorrichtung eines SCR-Systems für Schiffe gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine perspektivische schematische Ansicht der Reaktionsvorrichtung in 1, wobei ein Deflektor gezeigt ist;
3 eine schematische Vorderansicht der Reaktionsvorrichtung in 1;
4 eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 3;
5 eine schematische Draufsicht auf die Reaktionsvorrichtung in 1;
6 eine perspektivische schematische Ansicht eines Deflektors von der Reaktionsvorrichtung eines SCR-Systems für Schiffe gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 eine schematische Seitenansicht des Deflektors in 6; und
8 eine schematische Vorderansicht des Deflektors in 6.

Bezugszeichenliste

100: Reaktionsvorrichtung
111: Eingangsleitung
113: Abgasleitung
121: Innerer Zylinder
123: Innerer Verteilerkanal
130: Katalysatormodul
150: Einspritzanordnung
200: Deflektor
220: Strömungsleitring
240: Luftausgleichsring
110: Fördereinheit
112: Ausgangsleitung
120: Reaktionskammer
122: Äußerer Zylinder
124: Äußerer Verteilerkanal
140: Luftausgleichskammer
151: Einspritzpistole
210: Rückflussring
230: Luftausgleichsplatte

Ausführungsformen der Erfindung
In der folgenden Beschreibung werden viele spezifische Details angegeben, um ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Es ist jedoch für den Fachmann offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung auch ohne eines oder mehrere dieser Details ausgeführt werden kann. Um Verwechslungen mit der vorliegenden Erfindung zu vermeiden, werden in anderen Beispielen einige aus dem Stand der Technik bekannte technische Merkmale nicht beschrieben.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird in der folgenden Beschreibung eine detaillierte Beschreibung gegeben. Selbstverständlich ist die Umsetzung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf die dem Fachmann bekannten speziellen Details beschränkt. Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden im Detail beschrieben. Zusätzlich zu diesen detaillierten Beschreibungen kann die vorliegende Erfindung jedoch auch andere Ausführungsformen aufweisen.
Es ist zu beachten, dass die hier verwendeten Begriffe nur zur Beschreibung spezifischer Ausführungsbeispiele verwendet werden und nicht dazu dienen, die beispielhaften Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung einzuschränken. Wie hier verwendet, schließt die Singularform auch die Pluralform ein, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Darüber hinaus sollte es auch verstanden werden, dass die Begriffe „enthalten“ und/oder „umfassen“ in dieser Beschreibung das Vorhandensein der beschriebenen Merkmale, Ganzheiten, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten anzeigen, aber nicht ausschließen, dass ein oder mehrere andere Merkmale, Ganzheiten, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Kombinationen davon noch vorhanden sein oder hinzugefügt werden können.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Diese beispielhaften Ausführungsbeispiele können jedoch in vielen verschiedenen Formen implementiert werden und sollten nicht als auf die hier dargelegten Ausführungsbeispiele beschränkt verstanden werden. Es ist zu verstehen, dass diese Ausführungsbeispiele vorgesehen sind, um die Offenbarung der vorliegenden Erfindung gründlich und vollständig zu machen und um das Konzept dieser beispielhaften Ausführungsbeispiele denjenigen, die über die üblichen Kenntnisse auf dem Gebiet verfügen, vollständig zu vermitteln.
Nachfolgend wird eine Reaktionsvorrichtung eines SCR-Systems für Schiffe gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 8 im Detail beschrieben.
Wie in 1, 3, 4 und 5 gezeigt, umfasst die Reaktionsvorrichtung 100 eine Fördereinheit 110, eine Reaktionskammer 120, mindestens ein Katalysatormodul 130 und eine Luftausgleichskammer 140. Dabei umfasst die Fördereinheit 110 eine Eingangsleitung 111 und eine Ausgangsleitung 112, wobei die Ausgangsleitung 112 von außen um die Eingangsleitung 111 herum aufgesetzt ist. Mit einem Ende wird die Reaktionskammer 120 an die Fördereinheit 110 angeschlossen, und die Reaktionskammer 120 umfasst einen inneren Zylinder 121 und einen äußeren Zylinder 122. Der äußere Zylinder 122 ist von außen um den inneren Zylinder 121 herum aufgesetzt, und der innere Zylinder 121 kommuniziert mit der Eingangsleitung 111, während der äußere Zylinder 122 mit der Ausgangsleitung 112 kommuniziert. Das Katalysatormodul 130 ist zwischen dem inneren Zylinder 121 und dem äußeren Zylinder 122 angeordnet. Die Luftausgleichskammer 140 ist an das andere Ende der Reaktionskammer 120 angeschlossen und kommuniziert sowohl mit dem inneren Zylinder 121 als auch mit dem äußeren Zylinder 122.
Gemäß der Reaktionsvorrichtung eines SCR-Systems für Schiffe in der vorliegenden Erfindung ist der äußere Zylinder 122 außerhalb des inneren Zylinders 121 herum aufgesetzt. Das Rauchgas wird vom inneren Zylinder 121 durch die Luftausgleichskammer 140 umgelenkt und strömt dann zurück in den äußeren Zylinder 122. Dadurch wird nicht nur die Größe von der Reaktionsvorrichtung 100 reduziert und die Integration des SCR-Systems verbessert, sondern auch das Rauchgas wird in der Luftausgleichskammer 140 umgelenkt und strömt zurück, so dass das Rauchgas und das Reduktionsmittel in der Luftausgleichskammer 140 vollständig durchgemischt werden können und die katalytische Reaktionsleistung erhöht wird.
Wie aus 3 und 4 hervorgeht, sind sowohl der innere Zylinder 121 als auch der äußere Zylinder 122 der Reaktionskammer 120 spezifisch in einer quaderförmigen Struktur aufgebaut, im Wesentlichen ähnlich wie ein Vierkantrohr, wobei die Querschnitte der beiden Zylinder quadratisch oder rechteckig ausgebildet sind. Der äußere Zylinder 122 ist außerhalb des inneren Zylinders 121 herum aufgesetzt, sodass ihre beiden Enden zueinander bündig stehen. Der Raum zwischen dem äußeren Zylinder 122 und dem inneren Zylinder 121 bildet einen äußeren Verteilerkanal 124, und der innere Raum des inneren Zylinders 121 bildet einen inneren Verteilerkanal 123. Der innere Zylinder 121 und die Eingangsleitung 111 kommunizieren miteinander über einen Steckverbinder für Vierkant- auf Rundrohr, wobei der äußere Zylinder 122 und die Ausgangsleitung 112 miteinander ebenfalls über einen Steckverbinder für Vierkant- auf Rundrohr kommunizieren.
Das Katalysatormodul 130 ist in dem äußeren Verteilerkanal 124 zwischen dem äußeren Zylinder 122 und dem inneren Zylinder 121 angeordnet. Das Katalysatormodul 130 ist im Wesentlichen als hohler Würfel mit einer Wabenstruktur aufgebaut, dessen Form an die Form des äußeren Verteilerkanals 124 angepasst werden soll, so dass der innere Zylinder 121 dem Katalysatormodul 130 als Abstützung dient. Die Anzahl der Katalysatormodule 130 kann in Abhängigkeit von Faktoren wie den Anforderungen an die NO_x-Entfernungseffizienz und dem Druck oder der Durchflussmenge des Rauchgases gewählt werden. Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform sind zwei Katalysatormodule 130 im äußeren Verteilerkanal 124 vorgesehen. Wenn mehrere Katalysatormodule 130 vorgesehen sind, ist die der Luftausgleichskammer 140 zugewandte Seite des Katalysatormoduls 130 bündig mit der der Luftausgleichskammer 140 zugewandten Stirnseite des inneren Zylinders 121, um den Widerstand beim Eintritt des Rauchgases in den Katalysatorspalt zu verringern.
Es ist zu verstehen, dass das Katalysatormodul 130 auch andere Formen haben kann, wie z.B. eine hohle Zylinder-, Granulat- oder Kugelform mit Wabenstruktur, solange es in den äußeren Verteilerkanal 124 eingebaut werden kann. Dementsprechend sind der innere Zylinder 121 und der äußere Zylinder 122 im Querschnitt quadratisch ausgebildet, um das quadratische Katalysatormodul 130 zu tragen. Wenn das Katalysatormodul 130 im Querschnitt rund oder anders geformt ist, kann die Querschnittsform des inneren Zylinders 121 und des äußeren Zylinders 122 so angepasst werden, dass sie sich z.B. in eine kreisförmige oder andere Form ändert.
Die Reaktionsvorrichtung 100 umfasst ferner eine Einspritzanordnung 150, und die Einspritzanordnung 150 kann an der Fördereinheit 110 angeordnet sein. In der dargestellten Ausführungsform kann eine Einspritzleitung an der Eingangsleitung 111 vorgesehen sein. Die Einspritzanordnung 150 umfasst eine Einspritzpistole 151, wobei die Einspritzpistole 151 sich über die Einspritzleitung in die Eingangsleitung 111 erstreckt, und die Düse der Einspritzpistole 151 in Richtung der Reaktionskammer 120 angeordnet ist. Dadurch spritzt die Einspritzpistole 151 das Reduktionsmittel entlang der Förderrichtung des Rauchgases ein.
An ihrem von der Reaktionskammer 120 abgewandten Ende ist die Ausgangsleitung 112 verschlossen, und in der Seitenwand der Ausgangsleitung 112 ist eine Abgasleitung 113 zum Ablassen von Rauchgas nach der Reaktion eingelassen.
Die Luftausgleichskammer 140 ist lösbar an die Reaktionskammer 120 angeschlossen. Spezifisch kann die Luftausgleichskammer 140 durch Flansche oder Schrauben mit dem äußeren Zylinder 122 verbunden werden. So kann die Luftausgleichskammer 140 abgenommen werden, wenn das Katalysatormodul 130 ausgetauscht werden muss oder eine Reinigung erforderlich ist.
Das Rauchgas tritt somit durch die Eingangsleitung 111 ein und gelangt zusammen mit dem Harnstoff in den inneren Verteilerkanal 123. Der innere Zylinder 121 kann als Mischleitung dienen. Das Gemisch aus Rauchgas und Harnstoff tritt aus dem inneren Verteilerkanal 123 in die Luftausgleichskammer 140 ein, und tritt nach Diffusion und Umleitung in der Luftausgleichskammer 140 wiederum in den äußeren Verteilerkanal 124 ein, wo es weiter durchgemischt wird, und wird dann durch das Katalysatormodul 130 katalysiert.
Durch die obige Anordnung können die Mischleitung und die SCR-Reaktionsvorrichtung 100 integriert werden, was die Länge und Größe der Reaktionsvorrichtung 100 erheblich reduziert und die Anordnung vor Ort auf einem Schiff erleichtert.
Um die Gleichmäßigkeit des Rauchgases am Einlassquerschnitt des Katalysators zu verbessern, wie in 2, 4, 6, 7 und 8 gezeigt, umfasst die Reaktionsvorrichtung 100 ferner einen Deflektor 200, der in der Luftausgleichskammer 140 angeordnet ist und dazu dient, die Strömungsrichtung des Rauchgases zu ändern.
Der Deflektor 200 umfasst einen Rückflussring 210, einen Strömungsleitring 220, mindestens eine Luftausgleichsplatte 230 und mindestens einen Luftausgleichsring 240.
Der Rückflussring 210 ist zylindrisch bzw. kegelstumpfförmig ausgebildet und oberseitig an eine der Reaktionskammer 120 zugewandte Wandfläche der Luftausgleichskammer 140 angeschlossen. Vorzugsweise ist der Rückflussring 210 in Form von Kegelstumpf ausgebildet, wobei an der Oberseite des Kegelstumpfs die der Luftausgleichskammer 140 gegenüberliegende Wandfläche der Reaktionskammer 120 angeschweißt ist. Die Mittelachse des Rückflussrings 210 kann sich mit der Mittelachse der Reaktionskammer 120 überschneiden. Um keine verschlossene Ecke in der Luftausgleichskammer 140 zu bilden, berührt der Boden des Rückflussrings 210 sich nicht mit der Innenwand der Luftausgleichskammer 140. Das heißt, der Boden des Rückflussrings 210 ist von der Innenwand der Luftausgleichskammer 140 beabstandet, und der Abstand ist vorzugsweise größer als 30 mm. Der eingeschlossene Winkel α (in 7 dargestellt) zwischen der Mantellinie des Rückflussrings 210 und seiner Achse beträgt etwa 15-70°.
Der Strömungsleitring 220 ist kegelförmig, vorzugsweise konusförmig, ausgebildet. Die Kegelspitze ist auf die Reaktionskammer 120 ausgerichtet, das heißt, die Kegelspitze des Strömungsleitrings 220 ist entgegen der Einströmrichtung des Rauchgases angeordnet. Die Achse des Strömungsleitrings 220 und die Achse des Rückflussrings 210 können sich miteinander überlappen, so dass die untere Öffnung des Strömungsleitrings 220 die obere Öffnung des Rückflussrings 210 überdeckt und der Strömungsleitring 220 von dem Rückflussring 210 beabstandet ist. Der eingeschlossene Winkel β (in 7 dargestellt) zwischen der Mantellinie und der Achse des Strömungsleitrings 220 beträgt etwa 30-45°, und der eingeschlossene Winkel γ (in 7 dargestellt) zwischen der Mantellinie des Strömungsleitrings 220 und der Mantellinie des Rückflussrings 210 beträgt etwa 80-100°. Vorzugsweise steht die Mantellinie des Strömungsleitrings 220 im Wesentlichen senkrecht zur Mantellinie des Rückflussrings 210. Die Höhe des Strömungsleitrings 220 ist vorzugsweise größer als 300 mm, und der Abstand zwischen der Kegelspritze des Strömungsleitrings und dem Auslassquerschnitt des inneren Zylinders 121 beträgt mindestens 50 mm, maximal 300 mm.
Die Luftausgleichsplatte 230 ist in horizontaler Richtung und/oder in vertikaler Richtung zwischen dem Strömungsleitring 220 und dem Rückflussring 210 verbunden und weist eine Dicke von etwa 4 mm auf. In der dargestellten Ausführungsform umfasst der Deflektor 200 vier Luftausgleichsplatten 230, von denen zwei Luftausgleichsplatten 230 vertikal und zwei Luftausgleichsplatten 230 horizontal angeordnet sind. Die Breite der Luftausgleichsplatte 230 beträgt nicht weniger als die Hälfte der Höhe des Rückflussrings 210, und eine von der Reaktionskammer 120 abgewandte Längsseite schließt bündig mit dem Boden des Strömungsleitrings 220 ab. Die beiden lateralen Seiten der Luftausgleichsplatte 230 verlaufen tangential zu den Seitenwänden des Strömungsleitrings 220 und des Rückflussrings 210.
Die Anzahl der Luftausgleichsplatten 230 und der Luftausgleichsringe 240 können nach Bedarf angepasst werden, wobei die Anzahl der Luftausgleichsringe 240 vorzugsweise mit der Anzahl der Luftausgleichsplatten 230 übereinstimmt. In der dargestellten Ausführungsform umfasst der Deflektor 200 vier Luftausgleichsringe 240.
Der Luftausgleichsring 240 ist kegelförmig ausgebildet, oberseitig von der Reaktionskammer 120 abgewandt und an das vom Strömungsleitring 220 abgewandte Ende der Luftausgleichsplatte 230 angeschlossen. Es versteht sich, dass die Kegelspitze des Luftausgleichsrings 240 entgegen der Rückflussrichtung des Rauchgases angeordnet ist. Der eingeschlossene Winkel δ (in 7 dargestellt) zwischen der Mantellinie des Luftausgleichsrings 240 und dem Rückflussring 210 beträgt nicht mehr als 10°, und die beiden sind vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Um die Bildung von verschlossenem Totraum zu verhindern, beträgt der Abstand zwischen dem Außenkreis des Kegelbodens des Luftausgleichsrings 240 und der Innenwand der Luftausgleichskammer 140 mindestens 30 mm.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann die Anzahl der Luftausgleichsringe 240 und der Luftausgleichsplatten 230 jeweils eine gerade Zahl sein, wie 6, 8 oder 10. Sowohl die Luftausgleichsringe als auch die Luftausgleichsplatten sind gleichmäßig entlang der Umfangsrichtung des Rückflussrings 210 und des Strömungsleitrings 220 angeordnet, um sich dem Querschnitt des inneren Zylinders 121 und des äußeren Zylinders 122 anzupassen. Wenn der Querschnitt des inneren Zylinders 121 und des äußeren Zylinders 122 kreisförmig ausgebildet ist, kann die Anzahl der Luftausgleichsringe 240 und der Luftausgleichsplatten 230 auch jeweils eine ungerade Zahl sein, wie z. B. 3, 5 oder 7. Die Luftausgleichsringe sowie Luftausgleichsplatten sind gleichmäßig entlang der Umfangsrichtung des Rückflussrings 210 und des Strömungsleitrings 220 angeordnet, um sich dem Querschnitt des inneren Zylinders 121 und des äußeren Zylinders 122 anzupassen.
Außerdem überschneiden sich die jeweiligen Mittelachsen des Strömungsleitrings 220, des Rückflussrings 210 und der Luftausgleichskammer 140. Insbesondere können die jeweiligen Mittelachsen des Strömungsleitrings 220, des Rückflussrings 210, der Luftausgleichskammer 140, des inneren Zylinders 121 und des äußeren Zylinders 122 sich auch überschneiden.
Daher ist in der Luftausgleichskammer 140 ein Deflektor 200 angeordnet. Nach dem Prinzip der „Verkeilung“ von Gasströmung hat das mit hoher Geschwindigkeit aus dem inneren Verteilerkanal 123 in die Luftausgleichskammer 140 eintretende Rauchgas aufgrund der „Verkeilungswirkung“ des kegelförmigen Strömungsleitrings 220 einen ausreichenden Diffusionsradius, um von der Mitte gleichmäßig in alle Richtungen zu diffundieren. Das diffundierte Gas wird unter der Absperrung und Führung des verengten Rückflussrings 210 umgeleitet, und durch weitere Umlenkung und Diffusion mittels der Luftausgleichsplatten 230 und der Luftausgleichsringe 240 wird ein Teil des Luftstroms mit „Unter-Hochgeschwindigkeit (Sub-high Speed)“ im mittleren Querschnitt der Luftausgleichskammer 140 gleichmäßig zu den vier Ecken geleitet, so dass der Rauchgas im Katalysatoreinlassquerschnitt zur gleichmäßigen Verteilung tendiert und effektiv vermischt wird, was die NO_x-Entfernungseffizienz des Katalysators effektiv verbessern kann.
Sofern nicht anders definiert, haben die hier verwendeten technischen und wissenschaftlichen Terminologien die gleiche Bedeutung, wie sie vom Fachmann auf dem technischen Gebiet der vorliegenden Erfindung allgemein verstanden wird. Die hier verwendeten Terminologien dienen nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und sollen die vorliegende Erfindung nicht einschränken. Ein in einer Ausführungsform beschriebenes Merkmal kann allein oder in Kombination mit anderen Merkmalen auf eine andere Ausführungsform angewendet werden, es sei denn, dass das Merkmal in der anderen Ausführungsform nicht anwendbar oder anders angegeben ist.
Die vorliegende Erfindung wurde durch die oben genannten Ausführungsbeispiele angegeben, aber es ist zu verstehen, dass die oben genannten Ausführungsbeispiele nur zur Beispielanführung und Veranschaulichung dienen und nicht dazu gedacht sind, die vorliegende Erfindung auf den Umfang der beschriebenen Ausführungsbeispiele zu beschränken. Darüber hinaus kann der Fachmann auf dem Gebiet verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben genannten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, und mehr Variationen und Modifikationen können nach den Lehren der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden, und diese Variationen und Modifikationen fallen in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalenzen definiert.

Claims

Reaktionsvorrichtung (100) eines SCR-Systems für Schiffe, gekennzeichnet durch: eine Fördereinheit (110), die eine Eingangsleitung (111) und eine Ausgangsleitung (112) umfasst, wobei die Ausgangsleitung (112) von außen um die Eingangsleitung (111) herum aufgesetzt ist; eine Reaktionskammer (120), die mit einem Ende an die Fördereinheit (110) angeschlossen ist, wobei die Reaktionskammer (120) einen inneren Zylinder (121) und einen äußeren Zylinder (122) umfasst, wobei der äußere Zylinder (122) von außen um den inneren Zylinder (121) herum aufgesetzt ist, und wobei der innere Zylinder (121) mit der Eingangsleitung (111) und der äußere Zylinder (122) mit der Ausgangsleitung (112) jeweils kommuniziert; mindestens ein Katalysatormodul (130), das zwischen dem inneren Zylinder (121) und dem äußeren Zylinder (122) angeordnet ist; sowie eine Luftausgleichskammer (140), die an das andere Ende der Reaktionskammer (120) angeschlossen ist und sowohl mit dem inneren Zylinder (121) als auch mit dem äußeren Zylinder (122) kommuniziert.
Reaktionsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsvorrichtung (100) ferner eine Einspritzanordnung (150) umfasst, wobei die Einspritzanordnung (150) eine Einspritzpistole (151) umfasst, wobei die Einspritzpistole (151) sich in die Eingangsleitung (111) erstreckt und sich eine Düse der Einspritzpistole (151) in die Richtung der Reaktionskammer (120) richtet.
Reaktionsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsleitung (112) an ihrem von der Reaktionskammer (120) abgewandten Ende verschlossen ist, und an der Seitenwand der Ausgangsleitung (112) eine Abgasleitung (113) zum Ablassen von Rauchgas nach der Reaktion vorgesehen ist.
Reaktionsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte des inneren Zylinders (121) und des äußeren Zylinders (122) quadratisch ausgebildet sind.
Reaktionsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Luftausgleichskammer (140) zugewandte Seitenfläche eines der Katalysatormodule (130) mit einer der Luftausgleichskammer (140) nahenden Stirnseite des inneren Zylinders (121) bündig ist.
Reaktionsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsvorrichtung (100) ferner einen Deflektor (200) umfasst, der in der Luftausgleichskammer (140) angeordnet ist, um die Strömungsrichtung des Rauchgases zu ändern.
Reaktionsvorrichtung (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Deflektor (200) einen Rückflussring (210) umfasst, wobei der Rückflussring (210) zylindrisch bzw. kegelstumpfförmig ausgebildet ist und oberseitig an eine der Reaktionskammer (120) zugewandte Wandfläche der Luftausgleichskammer (140) angeschlossen ist.
Reaktionsvorrichtung (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Deflektor (200) ferner umfasst: einen Strömungsleitring (220), der kegelförmig ausgebildet ist, wobei die Kegelspitze des Strömungsleitrings (220) zur Reaktionskammer (120) hin angeordnet ist, die untere Öffnung des Strömungsleitrings (220) die obere Öffnung des Rückflussrings (210) überdeckt, und der Strömungsleitring (220) vom Rückflussring (210) beabstandet ist; mindestens eine Luftausgleichsplatte (230), die in horizontaler Richtung und/oder in vertikaler Richtung zwischen dem Strömungsleitring (220) und dem Rückflussring (210) angeordnet ist.
Reaktionsvorrichtung (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Deflektor (200) ferner mindestens einen Luftausgleichsring (240) umfasst, wobei der Luftausgleichsring (240) kegelförmig ausgebildet ist und oberseitig von der Reaktionskammer (120) abgewandt ist und an ein vom Strömungsleitring (220) abgewandtes Ende der Luftausgleichsplatte (230) angeschlossen ist.
Reaktionsvorrichtung (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die jeweiligen Mittelachsen des Strömungsleitrings (220), des Rückflussrings (210) und der Luftausgleichskammer (140) miteinander überschneiden.