專利名稱：選擇性催化還原系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種排氣處理系統(tǒng)，特別是涉及一種包括隔音裝置的選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)。本發(fā)明的主要重點(diǎn)是用于較大柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(例如功率大于750KW)的選擇性催化還原。
背景技術(shù)：
為了滿足未來的排放標(biāo)準(zhǔn)，NOx, SOx和顆粒物(PM)的排放是較大柴油發(fā)動(dòng)機(jī)使用者的主要關(guān)注點(diǎn)。柴油車輛和船舶與汽油車輛和船舶相比具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)的效率更高、燃料經(jīng)濟(jì)性更高、以及HC、CO和CO2的排放更低。例如，柴油車輛可能具有比目
前的汽油車輛高40%的燃料經(jīng)濟(jì)性以及低20%的CO2排放。由于排氣中的氧氣含量高，因而在柴油車輛或船舶中對(duì)NOx或控制并非不重要的任務(wù)。這種高氧燃料系統(tǒng)通常稱之為稀燃系統(tǒng)。在這種稀燃系統(tǒng)中，由于排氣中的O2濃度高因而對(duì)NOx的控制更加困難，使得常規(guī)的三效催化劑變得無效。用于在稀燃環(huán)境中還原NOx的有效技術(shù)包括選擇性催化還原(SCR)，其中通過主動(dòng)噴射還原劑到催化劑上而連續(xù)地去除NOx ；以及稀燃NOx捕集器(LNT)，該捕集器中有在稀燃條件下吸收NOx的材料并且必須定期地進(jìn)行再生。采用基于氨的還原劑(例如尿素水溶液)的技術(shù)在以最小的燃料經(jīng)濟(jì)性損失實(shí)現(xiàn)高NOxR化中已顯示其潛力。使用氨作為還原劑的選擇性催化還原(SCR)已廣泛用于固定源NOx控制。在高O2環(huán)境中氨與NOx反應(yīng)的高選擇性使得人們對(duì)于把選擇性催化還原應(yīng)用于柴油車輛產(chǎn)生了興趣。與氨相比，尿素水溶液在車輛上的使用要簡便得多。發(fā)現(xiàn)選擇性催化還原(SCR)技術(shù)是符合未來排放標(biāo)準(zhǔn)的最有效方法之一。這項(xiàng)基本技術(shù)是眾所周知的并且應(yīng)用于載重汽車和客車的用途(例如發(fā)動(dòng)機(jī)功率< 750KW)。但是，由于空間要求、由催化劑產(chǎn)生的額外背壓導(dǎo)致的燃料經(jīng)濟(jì)性損失以及傳統(tǒng)選擇性催化還原系統(tǒng)的效率問題等原因，僅有少量安裝安裝于較大柴油發(fā)動(dòng)機(jī)裝置(通常發(fā)動(dòng)機(jī)功率> 750KW)中。另外，催化元件在已知的系統(tǒng)中是排氣系統(tǒng)的單獨(dú)部件，并且該催化元件通常是放置在對(duì)排氣系統(tǒng)進(jìn)行隔音的消聲器的上游。因此，當(dāng)把催化元件設(shè)置在排氣系統(tǒng)中時(shí)排氣系統(tǒng)占據(jù)的空間增大。此外，將選擇性催化還原系統(tǒng)包括在排氣系統(tǒng)中也需要占據(jù)空間，并且選擇性催化還原系統(tǒng)經(jīng)常需要在管道內(nèi)設(shè)置一些混合裝置用以確保還原劑與排氣之間的混合。還應(yīng)考慮的又一個(gè)問題是用于使導(dǎo)入排氣中的液體還原劑霧化(或者類似的微滴形成)的壓縮空氣的量。從燃料消耗方面來看，消聲器、選擇性催化還原系統(tǒng)、混合裝置和壓縮空氣的使用都意味著對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率消耗并且該已知系統(tǒng)的后果是消聲器和選擇性催化還原系統(tǒng)、混合裝置的引入以及壓縮空氣的使用導(dǎo)致更高的燃料消耗以及排氣系統(tǒng)所占據(jù)的空間更大。一種用于選擇性催化還原的高度緊湊的改進(jìn)系統(tǒng)將會(huì)是有利的，特別是一種更高效率和/或可靠的還原劑定量給料和利用將會(huì)是有利的。
發(fā)明目的本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種的改進(jìn)方法，在選擇性催化還原系統(tǒng)中對(duì)還原劑進(jìn)行定量給料同時(shí)具有非常高效率混合的高效系統(tǒng)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是制造一種可以用作并代替?zhèn)鹘y(tǒng)消聲器且無需額外空間或產(chǎn)生額外背壓的非常緊湊的選擇性催化還原系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，在本發(fā)明的第一方面中意圖通過提供一種選擇性催化還原系統(tǒng)而達(dá)到上述目的和若干其他目的；該選擇性催化還原系統(tǒng)包括待催化還原氣體的進(jìn)口 ；管理與待催化還原氣體混合的還原劑的量的控制部；測定由控制部所管理的還原劑量的定量給料器部； 將還原劑噴射入待催化還原氣體中的噴射部；將待催化還原氣體還原成經(jīng)還原氣體的催化部；經(jīng)還原氣體的出口。在本文的上下文中術(shù)語“部”被用來指示本發(fā)明的特征。術(shù)語“部”是以對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員一般所了解的含義而使用，優(yōu)選地表示是機(jī)械實(shí)體或電氣實(shí)體或者該實(shí)體的一部分的元件、部分、區(qū)域等。注意到噴射部通常是以無空氣的方式而噴射還原劑，在此方式中以液體形式噴射液體狀態(tài)的還原劑并且在無霧化流體(例如壓縮空氣)協(xié)助下實(shí)施霧化或微滴形成。通常，通過形成噴出物而實(shí)施霧化，噴出物相互撞擊而形成微滴。此外，本文中所公開發(fā)明的重點(diǎn)是NOx的去除。然而，注意到通過使用合適的催化齊U，本發(fā)明也可實(shí)現(xiàn)對(duì)其他物質(zhì)(例如sox)的去除。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可把催化部設(shè)計(jì)成起消聲器的作用。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，噴射部包括多個(gè)噴射噴嘴。優(yōu)選地，這些噴射噴嘴適合于在無需壓縮空氣促進(jìn)霧化的情況下使還原劑霧化。有利的是，具有在將還原劑噴射入待催化還原氣體中時(shí)提供均勻噴射的一系列噴射噴嘴。在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，多個(gè)噴射噴嘴中的各噴嘴對(duì)還原劑的噴射是由控制部單獨(dú)地控制。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式，可能有利的是在經(jīng)過一系列噴射噴嘴噴射還原劑時(shí)分別由各噴嘴對(duì)噴射進(jìn)行控制。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，以均等分配各噴嘴使用的方式，利用多個(gè)噴射噴嘴來控制噴射。這將確保把各噴嘴的磨損保持在最低程度。在許多實(shí)際的實(shí)施方式中，排氣系統(tǒng)包括在管道中的一些轉(zhuǎn)向和彎曲，這導(dǎo)致排氣在管道中的速度分布發(fā)生偏態(tài)。在其他情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)自身也可引入這種偏態(tài)的速度分布。因此，在例如排氣系統(tǒng)的管道的截面中將存在質(zhì)量流量的差異。如果不通過使流量中的被噴射的還原劑量匹配而使此偏態(tài)匹配，那么將需要在噴射的下游形成強(qiáng)混合以提供還原劑在排氣中的均勻分布。使用多個(gè)單獨(dú)噴嘴的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是可以使還原劑的導(dǎo)入以及分布與排氣系統(tǒng)中的偏移的速度分布相匹配。
因此，本發(fā)明提出了使還原劑的量與排氣流中的偏態(tài)相匹配。在一些實(shí)施方式中，通過使用多個(gè)噴射噴嘴(例如可以分布在排氣系統(tǒng)中的不同位置的噴射噴嘴)而實(shí)現(xiàn)此目的。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，優(yōu)選地在無需會(huì)產(chǎn)生額外背壓而導(dǎo)致燃料經(jīng)濟(jì)性損失的靜態(tài)混合器和/或空氣處理單元的情況下，通過控制多個(gè)噴射噴嘴的噴射，而使還原劑與待催化還原氣體之間的混合最大化。通過對(duì)若干噴嘴的噴射的控制，可以提供還原劑與氣體之間更好的混合，從而提高選擇性催化還原系統(tǒng)的效率。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，催化部適合于對(duì)來自發(fā)動(dòng)機(jī)(連接到選擇性催化還原部)的排氣進(jìn)行隔音。優(yōu)選地，利用其間留有空隙的串聯(lián)布置的催化元件來實(shí)現(xiàn)隔音。
因此，當(dāng)氣體流經(jīng)催化部時(shí)氣體被壓縮并膨脹多次，因此催化部的作用類似于所謂的“擴(kuò)張室式消聲器”。通過利用催化部來提供隔音可消除對(duì)傳統(tǒng)消聲器的需要，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式可有利地不包括單獨(dú)的隔音元件。另外，當(dāng)催化部也起到消聲器的作用時(shí)，比需要消聲器的傳統(tǒng)裝置的背壓更小。這意味著在這種選擇性催化還原裝置中沒有燃料損失。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，催化部包括用于去除煙灰堆積的吹灰部。這種吹灰部有利地與催化劑元件之間的空隙相一致。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，傳感裝置測定待催化還原氣體中的待還原物的含量。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，控制部利用來自傳感裝置的信息來管理噴射入待催化還原氣體中的還原劑的量。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，在待還原物離開選擇性催化還原系統(tǒng)之前傳感裝置測定待還原物的含量。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，將來自傳感裝置的在待還原物離開所述系統(tǒng)之前所測定的待還原物含量的信息反饋至控制部。在本發(fā)明的其他優(yōu)選實(shí)施方式中，噴射入待催化還原氣體中的還原劑的量是從“尿素定量給料圖”中取得，例如與存儲(chǔ)在控制部中的定量給料量表在一起的發(fā)電機(jī)負(fù)荷。這意味著可以省略測定待還原物含量的傳感裝置。對(duì)于給定的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，可以通過改變還原劑的量并且檢查發(fā)動(dòng)機(jī)排放(通常是所有被去除的NOx并且沒有過量的來自排氣系統(tǒng)的尿素或氨排放)以發(fā)現(xiàn)被輸送還原劑的最佳量而人工地獲得“尿素定量給料圖”。但是，也可以利用系統(tǒng)內(nèi)暫時(shí)或永久安裝的傳感裝置來自動(dòng)地獲得“尿素定量給料圖”。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，將來自傳感裝置的在待還原物離開所述系統(tǒng)之前測定的待還原物含量的信息反饋至控制部。然后，將此信息連同發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷用于獲得“尿素定量給料圖”。在根據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，控制部包括存儲(chǔ)有被噴射還原劑的相應(yīng)值和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的尿素定量給料圖，并且控制部適合于基于尿素定量給料圖利用多個(gè)噴嘴來控制還原劑的噴射。
優(yōu)選地，定量給料器部是數(shù)控容積式泵，該泵適合于確保在不積累任何誤差的情況下對(duì)還原劑進(jìn)行測量和定量給料。本發(fā)明還涉及一種對(duì)待催化還原氣體進(jìn)行選擇性催化還原的方法，該方法包括管理與待催化還原氣體混合的還原劑的量并測量出此還原劑的量并且將該還原劑噴射入位于催化部上游的待催化還原氣體中從而將待催化還原氣體還原成還原氣體。根據(jù)本發(fā)明，利用多個(gè)噴嘴將還原劑噴射入排氣，可優(yōu)選地包括基于優(yōu)選地存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的保存有相應(yīng)的被噴射還原劑的值和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的尿素定量給料圖而利用控制部控制嗔射。由上述可知，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可以是，至少潛在地是非常緊湊的并且導(dǎo)致較少的燃料消耗。避免常規(guī)消聲器的效果是減小排氣處理系統(tǒng)所需的空間。另一個(gè)重要問題是由于例如還原劑的與排氣的質(zhì)量流量匹配的高效分布和高效混合，因而可實(shí)現(xiàn)更高的NOx去除。因?yàn)榭梢詫?shí)現(xiàn)更高的NOx去除，所以發(fā)動(dòng)機(jī)可在相對(duì)較高水平的燃料效率下進(jìn)行調(diào)整或者工作，通常較高水平的燃燒效率將導(dǎo)致產(chǎn)生相對(duì)較高的NOx。已證實(shí)當(dāng)應(yīng)用于較大的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(亦即發(fā)動(dòng)機(jī)具有大于750KW的功率,例如大于1MW)時(shí)本發(fā)明尤其重要。另外，本發(fā)明非常適用于船用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和固定式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(例如用于發(fā)電)。本發(fā)明的任何方面或特征可各自與任何其他方面或特征相結(jié)合?，F(xiàn)在將參照下文中所描述的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明這些方面和其他方面進(jìn)行說明。附圖
簡要說明現(xiàn)在將結(jié)合附圖更詳細(xì)地說明根據(jù)本發(fā)明的選擇性催化還原系統(tǒng)。各附圖示出了實(shí)施本發(fā)明的方法，并且不被解釋為局限于落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的其他可能實(shí)施例。圖I是選擇性催化還原系統(tǒng)的示意圖。圖2a是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的剖視圖(僅部件19是剖視圖)。圖2b是具有多個(gè)噴射噴嘴的管部的一個(gè)實(shí)施方式。圖3a是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的三維視圖。圖3b是圖3a中所示本發(fā)明實(shí)施方式的剖視圖。圖3c是圖3b中所示本發(fā)明實(shí)施方式的詳細(xì)剖視圖(為了清楚起見，附圖中所示的詳細(xì)程度不同)。圖3d是圖3b中所示本發(fā)明實(shí)施方式的頂部的詳細(xì)剖視圖、以及圖3b中所示本發(fā)明實(shí)施方式的催化部的剖視圖(為了清楚起見，附圖中所示的詳細(xì)程度不同)。圖3e是安裝在船舶(具有兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī))上原來用于安裝標(biāo)準(zhǔn)消聲器的空間的圖3a中所示本發(fā)明實(shí)施方式的剖視圖(為了清楚起見，各附圖所示的詳細(xì)程度不同)。圖4a是根據(jù)本發(fā)明的選擇性催化還原系統(tǒng)的示意圖。
圖4b和圖4c是顯示無需用于測定待還原物含量的永久安裝的傳感裝置的選擇性催化還原系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式以概覽方式，圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的選擇性催化還原系統(tǒng)I。其中，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)12 (在此實(shí)施方式中內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)是船用柴油發(fā)動(dòng)機(jī))將包含NOx和/或SOx的氣體2排放入選擇性催化還原系統(tǒng)I中(為了簡單起見，在下文中主要僅提及NOx)。連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的管道代表待選擇性催化還原系統(tǒng)催化還原的氣體的進(jìn)口。電子控制器3發(fā)送控制信號(hào)至還原劑定量給料器4(在圖Ia中，采用尿素泵形式的還原劑定量給料器是數(shù)字控制的正位移泵)，定量給料器4測量控制器3要求的來自箱8的還原劑15的體積，并且將還原劑15經(jīng)過一組閥7泵送至噴射噴嘴5，再經(jīng)噴射噴嘴5將還原劑15噴射入待催化還原的排氣2中。當(dāng)噴射還原劑15時(shí)，氣體2進(jìn)入帶催化劑元件16的催化部6并且從氣體2中完全或部分地去除N0X。催化部6包括吹灰系統(tǒng)11，用以避免煙灰在催化部6中的堆積。催化部16也起到消聲器的作用。催化劑元件16優(yōu)選地具體化為蜂窩結(jié)構(gòu)(Honey Comp structure)。
參照?qǐng)D4a(并且部分參照?qǐng)DI)。在催化部6的出口處第二 NOx傳感器10測定經(jīng)還原氣體14中的NOx含量。電子控制器3接收來自第二 NOx傳感器10的關(guān)于經(jīng)還原氣體14中的NOx含量的信息。另外，電子控制器3還接收來自第一溫度傳感器17關(guān)于氣體2的溫度的信息和來自第二溫度傳感器18的關(guān)于經(jīng)還原氣體14的溫度的信息。根據(jù)來自傳感器9、10、17、18的傳感輸入，控制單元3從預(yù)定的一組值中選擇出最佳還原劑體積，或者控制單元3計(jì)算出最佳還原劑體積。如圖I中所示，選擇性催化還原系統(tǒng)包括待催化還原氣體的進(jìn)口。這種進(jìn)口可優(yōu)選地由所述系統(tǒng)的連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣出口(例如排氣歧管)的管道所構(gòu)成。所述系統(tǒng)還包括控制部，控制部管理與待催化還原氣體混合的還原劑的量?？刂撇客ǔＪ强刂贫拷o料器(4)、閥(7)、吹灰系統(tǒng)等的計(jì)算機(jī)，控制部接收來自各種傳感器(例如壓力傳感器
(21)、NOx傳感器、溫度傳感器等)的輸入。在圖I中，控制部是由數(shù)字(3)表示。尤其如圖I和圖4a中所示以及本文中所描述，所述系統(tǒng)包括定量給料器部，用于測定由控制部管理的還原劑的量。參照?qǐng)DI和圖4，定量給料器部通常是泵(4)。所述系統(tǒng)還包括將還原劑噴射入待催化還原氣體中的噴射部。噴射部通常是如圖2b的數(shù)字20所表示的具有許多噴嘴的管部。噴射部通常設(shè)置在將待催化還原氣體還原成經(jīng)還原氣體的催化部(6)的上游。最后，所述系統(tǒng)包括經(jīng)還原氣體的出口。該出口通常是所述系統(tǒng)末端的管道部分，在該出口處設(shè)置有防止例如雨水進(jìn)入所述系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)罩(23)。所述系統(tǒng)可以不同方式運(yùn)行。雖然以上描述允許系統(tǒng)自身基于來自傳感器的直接信號(hào)噴射還原劑，但可以采用映射定量給料(尿素定量給料圖)控制。這種映射定量給料控制是基于在各種負(fù)荷和各種量的噴射還原劑下對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的大量測試。NOx傳感器是用于檢測各負(fù)荷情況下需噴射還原劑的量，從而提供期望的NOx轉(zhuǎn)化并且沒有氨的排放。所有這些結(jié)果都稱為映射圖，并且在發(fā)動(dòng)機(jī)的非測試使用期間利用該映射圖來提供待噴射還原劑的量。映射定量給料控制在某種意義上是具有適配性的，因?yàn)橥ǔＷ詣?dòng)地以規(guī)則的時(shí)間間隔進(jìn)行測試來繪制新的圖，由此畫出一個(gè)新圖。一旦建立了該新圖，則一直使用該圖，直到進(jìn)行所述系統(tǒng)的下一次適配。某個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)是利用還原劑定量給料器(4)不會(huì)積累還原劑。在許多噴射過程中，由噴嘴輸送的流體的量是基于提供給噴嘴的流體的壓力，截流閥(shut-offvalve)控制流體流向噴嘴的流量并且控制該截流閥打開長達(dá)某個(gè)量的時(shí)間。當(dāng)這種系統(tǒng)經(jīng)歷磨損(例如在噴嘴中)時(shí)，由噴嘴輸送的流體的量將發(fā)生變化，這經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致傳輸流體的量的誤差并且誤差會(huì)隨時(shí)間推移而積累。在本發(fā)明中，與許多其他定量給料系統(tǒng)相反，還原劑定量給料器(4)測量控制器3要求的來自箱8的還原劑15的體積，并且將還原劑15經(jīng)過一組閥7泵送至噴射噴嘴5。因此，所述系統(tǒng)不易于由于噴嘴和閥中的磨損所導(dǎo)致的誤差積累，并且由于使用數(shù)字控制的正位移泵，可以實(shí)現(xiàn)非常精確且長期穩(wěn)定的還原劑傳輸。圖2a是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的剖視圖。在此實(shí)施方式中，催化部6待密封在隔音部19內(nèi)，從而減小釋放到環(huán)境中的噪音。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，將選擇性催化還原系統(tǒng)I放置在隔音部19的內(nèi)部，從而降低來自連接到選擇性催化還原系統(tǒng)I的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣對(duì)環(huán)境的噪音。圖3c示出了催化部6的詳細(xì)剖視圖。圖3b也示出了催化部6的詳細(xì)剖視圖，但為了清楚起見除去了催化劑元件16。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式(參見例如圖3c)中，催化部6成為了隔音部。首先，氣體經(jīng)過引導(dǎo)氣體進(jìn)入催化部6的漏斗狀管道(參見例如圖2a中的24)而發(fā)生膨脹。當(dāng)氣體進(jìn)入內(nèi)有催化劑元件16的催化部6時(shí)氣體被壓縮，當(dāng) 氣體進(jìn)入安裝吹灰系統(tǒng)的空間時(shí)氣體發(fā)生膨脹。這樣，以串聯(lián)的方式布置催化劑元件16，并且在各催化劑元件16之間留有空隙。當(dāng)氣體流經(jīng)催化部6時(shí)氣體被壓縮并膨脹數(shù)次，催化部6的作用也類似于所謂的“擴(kuò)張室式消聲器”。擴(kuò)張室式消聲器通過在管道的截面中導(dǎo)入突然變化而反射聲波。擴(kuò)張室式消聲器不具有Hemholtz共振器的高衰減但具有寬帶頻率特征，當(dāng)聲波波長的一半等于空腔長度時(shí)允許波段通過。當(dāng)消聲器的橫軸線尺寸為聲波波長的82%時(shí)，在較高的頻率下擴(kuò)張室式消聲器的性能也會(huì)下降。通過把吸聲材料放置在合適的空腔內(nèi)或者放置在隔音部19的外部從而有助于改善高頻衰減，可以進(jìn)一步優(yōu)化隔音效果。圖2b是根據(jù)本發(fā)明的帶多個(gè)噴射噴嘴5的管部20的一個(gè)實(shí)施方式的三維視圖。在此實(shí)施方式中，沿管部20的圓周等距離地設(shè)置各噴射噴嘴。此實(shí)施方式是適于處理排氣系統(tǒng)內(nèi)部的偏態(tài)速度分布的數(shù)個(gè)可能性之一。由圖2a可知，位于催化劑元件16上游的管道包括45度的彎轉(zhuǎn)，這將產(chǎn)生管道內(nèi)內(nèi)部的偏態(tài)流動(dòng)；例如45度的旋轉(zhuǎn)將使得朝向轉(zhuǎn)彎的最大直徑流速最高的流動(dòng)。這將產(chǎn)生偏態(tài)質(zhì)量流量分布，該分布要求在較高的流速處有較多的還原劑而在較低的流速處有較少的還原劑(在此理論中忽略邊界效應(yīng))。通過測量出流向沿管部圓周而布置的各噴嘴的還原劑的不同量，可使此偏態(tài)匹配。圖3a是根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)平行的催化部6的一個(gè)實(shí)施方式的三維視圖。當(dāng)選擇性還原催化系統(tǒng)I必須降低來自多于一個(gè)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)12的NOx含量時(shí)，可將催化部6聯(lián)接到各發(fā)動(dòng)機(jī)。通過在平行的催化部的各排氣進(jìn)口處設(shè)置噴射噴嘴(未圖示)，電子控制器3可以控制在多個(gè)平行的催化部中的NOx還原。在此實(shí)施方式中，還原劑箱8可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)量向還原劑定量給料器提供還原劑。作為選擇，在此實(shí)施方式中還原劑定量給料器部根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)量具有數(shù)個(gè)輸出口。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，將來自數(shù)個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣匯集到一起并在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)共同的選擇性催化還原系統(tǒng)中進(jìn)行NOx去除。圖3b是圖3a中所示本發(fā)明實(shí)施方式的剖視圖。在催化部內(nèi)可見吹灰系統(tǒng)11。圖3d是圖3b中所示本發(fā)明實(shí)施方式的頂部的詳細(xì)剖視圖。必須防止水(海水)進(jìn)入本發(fā)明的催化部16。在船舶中的裝置，這是一個(gè)特殊的要求，并且當(dāng)使用原來被消聲器所占用的空間時(shí)占有有限的空間。圖3d示出了解決此問題的詳細(xì)方法。圖3e是安裝在船舶(具有兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī))中的原來用于標(biāo)準(zhǔn)消聲器的同樣空間內(nèi)的圖3a中所示本發(fā)明實(shí)施方式的剖視圖。圖4a是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的控制圖?？刂茊卧?接收來自兩個(gè)NOx傳感器9、10以及兩個(gè)溫度傳感器17、18的輸入?；诮邮盏降妮斎耄刂茊卧?發(fā)送控制信號(hào)給還原劑定量給料器4 (優(yōu)選數(shù)字控制的正位移泵)并且將相應(yīng)體積的還原劑15輸送至一組閥7從而將還原劑12引導(dǎo)入噴射噴嘴5。在一些實(shí)施方式中，有可能需用壓力傳感器21測量定量給料器4與閥7之間的壓力。原因可能是在噴嘴中需要某個(gè)閾值壓力以使還原劑15霧化。如果壓力低于此閾值，則將信息反饋至控制單元，該信息可能與還原劑體積非常小相關(guān)。在非常大的定量給料的情況下，可能 必須在所述系統(tǒng)的定量給料器4與噴嘴5之間放置脈沖阻尼單元22。在所述控制圖中，信息從控制單元3流向各閥7以便能夠控制每個(gè)閥7，由此分別控制各噴嘴5。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，對(duì)多個(gè)噴射噴嘴的控制使各噴嘴的使用最小化，由此使各噴嘴中的磨損最小化。在的給定水平的待還原物下，例如在給定的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷水平下，在一個(gè)包含4個(gè)噴嘴的系統(tǒng)中可能僅需要2個(gè)噴嘴。甚至在發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷不改變的情況下，所述控制可以主動(dòng)地從使用#1和#3號(hào)噴嘴切換到使用#2和#4號(hào)噴嘴，從而使各噴嘴中的磨損最小化。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，通過實(shí)施對(duì)多個(gè)噴射噴嘴的控制而使還原劑與待催化還原氣體之間的混合最大化。通過控制數(shù)個(gè)噴嘴的噴射，可以實(shí)現(xiàn)還原劑與氣體之間更好的混合；從而提高SCR系統(tǒng)的效率，并且無需靜態(tài)混合器和/或空氣處理單元，這兩者都產(chǎn)生額外背壓(也因此產(chǎn)生燃料經(jīng)濟(jì)性損失)。在給定量的待還原物下，例如在給定的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷水平下，在包括四個(gè)噴嘴的系統(tǒng)中可能僅需要兩個(gè)噴嘴。所述控制可以主動(dòng)地在從使用#1和#3噴嘴切換到使用#2和#4噴嘴并且再次返回從而獲得最佳的混合及還原劑分布。圖4b示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的另一個(gè)控制圖。噴射入待催化還原氣體中的還原劑的量是從“尿素定量給料圖”中獲得，例如與存儲(chǔ)在控制部中的定量給料量表相結(jié)合的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷。這意味著可以省略測定待還原物含量的傳感裝置。通過改變還原劑的量并且檢查發(fā)動(dòng)機(jī)排放以找到針對(duì)給定發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的最佳量，可以人工地獲得“尿素定量給料圖”。但是也可以利用系統(tǒng)中暫時(shí)或永久安裝的傳感裝置來自動(dòng)地獲得“尿素定量給料圖”。將此示于圖4c中。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，將來自傳感裝置的在待還原物離開系統(tǒng)之前測定的待還原物含量的信息反饋給控制部。然后，將此信息與發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷合并，用以獲得“尿素定量給料圖”。盡管已結(jié)合具體實(shí)施方式
描述了本發(fā)明，但絕不應(yīng)理解成本發(fā)明局限于所給出的實(shí)例。本發(fā)明的范圍是由所附權(quán)利要求所陳述。在權(quán)利要求的上下文中，術(shù)語“包括”或“包含”不排除其他可能的元件或步驟。此外，當(dāng)提及“一”或“一個(gè)”等時(shí)不應(yīng)理解成排除復(fù)數(shù)形式。附圖中所示的各元件以及權(quán)利要求中所使用的附圖標(biāo)記也不應(yīng)理解成限制本發(fā)明的范圍。此外，不同權(quán)利要求項(xiàng)中所提及的單個(gè)特征可以有利地組合，在不同權(quán)利要求項(xiàng)中所提及的這些特征不排除各特征的組合。
權(quán)利要求
1. 一種選擇性催化還原的系統(tǒng)，包括 g.待催化還原的氣體的入口； h.控制部，所述控制部管理用于與待催化還原的氣體混合的還原劑的量； i.定量給料部，所述定量給料部量出由所述控制部管理的還原劑的量； j.噴射部，所述噴射部在催化部上游，用于將所述還原劑噴射入待催化還原的氣體中； k.催化部，所述催化部將待催化還原的氣體還原成經(jīng)還原氣體； 1.經(jīng)還原氣體的出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述噴射部包括多個(gè)噴射噴嘴。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述噴射噴嘴適合于霧化所述還原劑，而無需促進(jìn)霧化的壓縮空氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的選擇性催化還原系統(tǒng)，其中多個(gè)噴射噴嘴中各噴射噴嘴對(duì)還原劑的噴射是由所述控制部單獨(dú)地控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的選擇性催化還原系統(tǒng)，其中以均等使用各噴射噴嘴的方式，對(duì)所述多個(gè)噴射噴嘴的噴射進(jìn)行控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的選擇性催化還原系統(tǒng)，其中以使還原劑與待催化還原的氣體之間的混合最大化的方式，對(duì)所述多個(gè)噴射噴嘴的噴射進(jìn)行控制。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的選擇性催化還原系統(tǒng)，其中所述催化部適合于對(duì)來自連接到所述選擇性催化部的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣進(jìn)行隔音。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述隔音是由催化劑元件(16)所提供的，催化劑元件(16)以串聯(lián)的方式布置并且在各催化劑元件(16)之間留有空隙。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)不包括作為隔音元件的單獨(dú)的消聲器。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的選擇性催化還原系統(tǒng)，其中所述催化部包括去除煙灰堆積的吹灰部。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的選擇性催化還原系統(tǒng)，其中傳感器件測定所述待催化還原氣體中待還原物的含量。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的選擇性催化還原系統(tǒng)，其中所述控制部利用來自所述傳感器件的信息來管理噴射入待催化還原氣體中的還原劑的量。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的選擇性催化還原系統(tǒng)，其中傳感器件測定待還原物在離開所述選擇性催化還原系統(tǒng)之前的含量。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的選擇性催化還原系統(tǒng)，其中把來自測定待還原物在離開所述系統(tǒng)之前含量的傳感器件的信息反饋至所述控制部。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的選擇性催化還原系統(tǒng)，其中所述控制部包括存儲(chǔ)有需噴射還原劑和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的相應(yīng)值的尿素定量給料圖，并且其中所述控制部適合于根據(jù)所述尿素定量給料圖來控制所述多個(gè)噴射噴嘴的還原劑噴射。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述定量給料部是數(shù)控正位移泵，其適合于確保所述還原劑的計(jì)量和定量給料并且沒有任何積累的誤差。
17.一種用于對(duì)待催化還原氣體進(jìn)行選擇性催化還原的方法，該方法包括對(duì)與所述待催化還原氣體混合的還原劑的量進(jìn)行管理，并且量出還原劑量，然后在將氣體催化還原成經(jīng)還原氣體的催化部的上游把還原劑噴射入待還原氣體中。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，利用多個(gè)噴嘴將所述還原劑噴射入排出氣中，其中利用包括尿素定量給料圖的控制部來控制所述噴射，所述尿素定量給料圖存儲(chǔ)著需噴射還原劑和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的相應(yīng)值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)，其中還原劑的加入是由控制部所管理并且利用位于催化部上游的噴射部將還原劑噴射入一種氣體中。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述噴射部包括多個(gè)噴射噴嘴。
文檔編號(hào)B01D53/94GK102725051SQ201080062271
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者安德斯·E·詹森, 安德斯·費(fèi)馳·韋斯, 安德烈亞斯·阿比讓·蓋姆博格, 斯蒂恩·凱勒, 斯諾瑞·克羅·彼賀 申請(qǐng)人:丹麥技術(shù)制造公司