用于内燃机废气后处理系统的混合装置 |
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| 申请号 | CN201710266822.8 | 申请日 | 2017-04-21 | 公开(公告)号 | CN107304702A | 公开(公告)日 | 2017-10-31 |
| 申请人 | 曼柴油机和涡轮机欧洲股份公司; | 发明人 | A.德林; S.德祖拉内克; M.法贝尔; | ||||
| 摘要 | 一种用于 内燃机 废气后处理系统的混合装置(1)，即用于将液体,特别是 氨 或氨前体物质与废气混合，其具有在其中引导废气的管道(2)，其中，至少一个设备(3a;3b)位于管道(2)中，其包括处于限定 角 度的板状元件(4a,5a;4b,5b)，其中在该或每个装置(3a;3b)的区域中的废气首先冲击板状元件(4a,5a;4b,5b)的连接区域(7a;7b)，然后能够经由板状元件(4a,5a;4b,5b)被传导，其从连接区域(7a;7b)开始在废气的流动方向上分叉。 | ||||||
| 权利要求 | 1. 一种用于内燃机废气后处理系统的混合装置(1)，即用于将液体，特别是氨或氨前体物质与废气混合，其具有在其中引导所述废气的管道(2)，其特征在于：至少一个装置(3a; 3b)位于所述管道(2)中，其包括处于限定角度的板状元件(4a, 5a; 4b, 5b)，其中，在所述或每个装置(3a; 3b)的区域中的废气首先冲击所述板状元件(4a, 5a; 4b, 5b)的连接区域(7a; 7b)，然后能够经由所述板状元件(4a, 5a; 4b, 5b)被传导，所述板状元件从所述连接区域(7a, 7b)开始在所述废气的流动方向上分叉。 |
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| 说明书全文 | 用于内燃机废气后处理系统的混合装置技术领域[0001] 本发明涉及一种用于内燃机废气后处理系统的混合装置。 背景技术[0002] 在例如发电厂中使用的固定式内燃机的燃烧过程中，以及在例如船上使用的非固定式内燃机的燃烧过程中产生氮氧化物，其中，这些氮氧化物通常在化石燃料例如煤、坑煤、褐煤、矿物油或重质燃料油的燃烧期间产生。为此，将废气后处理系统配备给这样的内燃机，特别用于离开内燃机的废气的脱氮。为了还原废气中的氮氧化物，在实践中已知的废气后处理系统中主要使用所谓的SCR催化转化器。在SCR催化转化器中发生氮氧化物的选择性催化还原，其中，为了还原氮氧化物，需要氨(NH3)作为还原剂。为了该目的，将氨或氨前体物质，例如尿素，以液体形式在SCR催化转化器上游引入废气中，重要的是氨或氨前体物质与废气在SCR催化转化器的上游充分混合。为此，根据实践，在氨或氨前体物质的引入与SCR催化转化器之间需要相对长的混合回路。因此，需要一种用于废气后处理系统的混合装置，借助于该混合装置，液体可被有效地引入废气流中并与废气流混合，即甚至特别是当仅有相对短的混合回路可用的时候。 发明内容[0003] 由此出发，本发明所基于的目的是创造一种用于内燃机废气后处理系统的新型混合装置。该目的通过根据权利要求1的用于内燃机的废气后处理系统的混合装置来实现。根据本发明，至少一个设备定位在管道中，该管道包括处于限定角度的板状元件，其中，在该或每个设备的区域中的废气首先冲击板状元件的连接区域，然后可以经由该板状元件传导，板状元件从连接区域开始在废气的流动方向上分叉。本发明使得液体与废气流特别有效的混合成为可能。废气流冲击相应设备的板状元件的连接区域，由此引起湍流的废气流以及被引入废气流中的液体射流，该液体射流可有效地与废气混合。 [0004] 根据有利的进一步的改进方案，在该或每个设备的区域中，相应的板状元件被紧固在共同的支撑轴线中或经由共同的支撑轴线紧固，其中，相应的设备经由相应的支撑轴线紧固至管道的壁，其中，支撑轴线设计成使得其用于引导液体，并且其中，支撑轴线配备有计量设备，经由其，在板状元件的连接区域的下游，可将液体引入至废气中。通过这种方式，可以将液体特别有效地引入废气流中并与其混合。 [0005] 根据有利的进一步改进方案，相应的板状元件在该或每个设备的区域中包夹40°与160°之间的角度，优选在60°与120°之间，最优选在70°与110°之间。相应的设备的板状元件的相对位置允许带有废气流的液体的特别有利的混合。 [0006] 根据另一有利的进一步的改进方案，混合装置包括多个设备，其在废气的流动方向上一个接一个地定位，其在各情况中包括处于限定角度的板状元件和支撑轴线，其中，一个接一个定位的设备的支撑轴线关于彼此不平行延伸，并且在投影中特别包夹40°与150°之间，优选70°与120°之间，最优选80°与100°之间的角度。特别是当在混合装置中时包含板状元件的多个设备从流动方向上看是一个接一个地定位的时，则液体可以特别有利且有效地与废气流混合。 [0007] 根据另一有利的进一步的改进方案，混合装置包括定位在该或每个设备上游的挡板。特别是当混合装置包括可选的挡板时，可以进一步改善废气流与待引入废气流中的液体的混合。 [0009] 本发明优选的进一步的改进方案由从属权利要求和以下说明中获得。本发明的示例性实施方案通过附图更详细地说明，但不限于此。其中：图1显示了根据本发明的用于内燃机废气后处理系统的混合装置的示意性透视图。 [0010] 附图标记清单1 混合装置 2 管道 3a 设备 3b 设备 4a 板状元件 4b 板状元件 5a 板状元件 5b 板状元件 6 流动方向 7a 连接区域 7b 连接区域 8a 棱边 8b 棱边 9a 棱边 9b 棱边 10a 棱边 10b 棱边 11a 棱边 11b 棱边 12a 支撑轴线 12b支撑轴线。 具体实施方式[0011] 本发明涉及一种用于内燃机废气后处理系统的混合装置，例如用于发电厂中的固定式内燃机或用于船上使用的非固定式内燃机。特别是，该混合装置用在利用重质燃油运行的船用柴油发动机上的废气后处理系统上。根据本发明的混合装置用于将液体与废气流混合，其中，特别是氨如尿素的氨前体物质作为液体将与废气流混合，以便可有效地还原位于混合装置下游的废气后处理系统的SCR催化转化器中废气的氮氧化物。 [0012] 根据本发明的用于将液体与废气流混合的混合装置1包括管道2，废气或废气流在管道2中被引导。在图1的示例性实施方案中，废气管2在横截面中具有圆形轮廓。引导废气流的废气管2也可以具有不同地设计轮廓。 [0013] 在传导废气或废气流的管道2中，定位有至少一个设备3a,3b，其包括分别处于角度的板状元件4a,5a和4b,5b。在所示出的示例性实施方案中，在废气或废气流的流动方向6上看，两个这样的设备3a,3b在管道2中一个接一个地定位，这些设备3a和3b中的每一个因此相应地包括板状元件4a和5a以及4b和5b。 [0014] 在流动方向6上流过管道2的废气首先冲击分别在相应的设备3a和3b的区域内的相应的设备3a和3b的相应地板状元件4a,5a和4b,5b的相应连接区域7a和7b，然后经由分别在废气流动方向上分叉的板状元件4a,5a和4b,5b从相应的连接区域7a,7b开始传导。 [0015] 在所示的本发明的优选示例性实施方案中，相应的设备3a,3b分别包括两个板状元件4a,5a和4b,5b，其以圆形部段的形式设计轮廓，并且各相应地具有直棱边8a,9a和8b,9b，且各相应地具有圆弧形棱边10a,11a和10b,11b。在每个设备3a,3b的区域中，相应的板状元件4a,5a和4b，5b在直棱边8a,9a和8b,9b的区域中彼此连接，在形成相应的连接区域 7a,7b的情况下，废气流因此首先冲击在相应的设备3a,3b的区域内的相应的设备比3a, 3b的相应板状元件4a,5a和4b,5b的相应地相互连接的棱边8a,9a和8b,9b。在相应的设备3a, 3b的区域中，板状元件4a,5a和4b,5b可在尺寸上不同和/或不同地设计轮廓，和/或具有相对于管道2的纵向轴线的不同的调整角度。此外，可以将凹部引入相应的设备3a,3b的板状元件4a,5a和4b,5b中。 [0016] 如已经解释的，板状元件4a,5a和4b,5b在每个设备3a,3b的区域中彼此连接，在形成连接部段或连接区域7a,7b的情况下，其中，从该连接区域7a,7b开始，相应的板状元件4a,5a和4b,5b在管道2的流动方向上看分别分叉成，使在相应的设备3a,3b区域中相应的板状元件4a,5a和4b,5b分别包夹40°与60°之间，优选60°与120°之间，最优选70°与110°之间的角度。 [0017] 从图1明显看出，在所示每个设备3a,3b的区域中，相应的板状元件4a,5a和4b,5b分别连接在共同的支撑轴线12a,12b上，或者经由共同的支撑轴线12a,12b连接，或固定至共同的支撑轴线12a,12b，其中相应的设备3a,3b经由相应的支撑轴线12a,12b紧固到管道2的壁上。这里，相应的支撑轴线12a,12b横向于、优选垂直于管道2的纵向轴线。 [0018] 在相应的设备3a,3b的区域中，相应地板状元件4a,5a和4b,5b的彼此连接的相应地棱边8a,9a和8b,9b不位于相应的支撑轴线12a,12b的纵向中心轴线上，而是棱边在相应的纵向中心轴线的上游平行于纵向中心轴线伸延。 [0019] 根据本发明的有利的进一步改进方案提供成，混合装置1的如图1中所示的至少一个设备3a,3b的至少一个支撑轴线12a,12b分配有计量设备。在这种情况下，相应的支撑轴线12a,12b于是优选实施成用于引导待与废气流混合的液体的管道，其中，计量设备然后继续配备给相应的支撑轴线12a,12b，待与废气流混合的液体可经由其分别特别注入相应的板状元件4a,5a和4b,5b的相应连接区域7a和7b下游的废气中。通过这种方式，可以将待与废气混合的液体特别有利地引入废气中并与其混合。 [0020] 如已经解释的，在图1所示的示例性实施方案中布置有两个设备3a,3b，其每个分别包括两个板状元件4a,5a和4b,5b，从在管道2中一个接一个的两个设备废气的流动方向6上看。 [0021] 应指出，也可以在管道2中布置仅一个或一个接一个地布置多于两个这样的设备。 [0022] 特别是当如图1中所示，带有板状元件4a,5a和4b,5b的多个设备3a,3b分别从废气的流动方向5上看一个接一个布置在管道2中，其支撑轴线12a,12b不彼此平行延伸，而是在流动方向6的投影中包夹40°与60°之间，优选70°与120°之间，最优选80°与100°之间的角度α。 [0023] 在图1中所示的示例性实施方案中，在废气的流动方向6上看在管道2中一个接一个定位的两个设备3a,3b相对于彼此偏移90°，支撑轴线12a,12b因此在投影中相对于彼此包夹90°的角度。 [0024] 相应的设备3a,3b的相应板状元件4a,5a和4b,5b，为了优化流动引导，可以有不同地设计轮廓和/或在尺寸上不同和/或具有相对于管道2的纵向轴不同的调整角度和/或可以包括凹部，优选携带含有特别是TiO2的催化活性涂层。 [0025] 通过这种方式，所供应的尿素转化成NH3加上CO2的催化反应已可利用已经在相应的设备3a,3b的区域中的废气进行，由此，可以改进在位于混合装置1的下游的废气后处理设备的组件中、特别是在SCR催化转化器中的随后的废气后处理。 [0026] 如图1所示，当多个设备3a, 3b在管道2的流动方向看一个接一个地布置在管道2中时，至少一个支撑轴线12a,12b还用于引导待引入废气中的液体，其中，然后设备中的至少一个分配有用于将液体引入或注入废气流中的对应的计量设备。 [0027] 在图1的示例性实施方案中，这可以是在设备3a区域中的情况，或者也可以是在设备3b的区域中的情况，因为可进一步将对应的计量设备分配给图1所示的两个设备3a和3b，即其支撑轴线12a,12b，其中，待引入废气中的液体然后在两个设备3a,3b的区域中被注入到废气流中，这也可以是在设备3b区域中的情况。 [0028] 供应液体也可以经由单独的管道来实现，其中液体的排出部离支撑轴线12和/或连接区域7a,7b的距离和/或挡板下游组件离挡板中心点的的距离遵循以下公式：0.1×cos(α/2)×挡板长度≤距离≤3×cos(α/2)×挡板长度。 [0029] 混合装置1可任选地包括未示出的挡板，其位于该或每个设备3a,3b的上游。挡板可以具有基于管道2的纵向轴在20°与60°之间，优选30°和55°之间，优选40°和50°之间的调整角度。 [0030] 挡板可以携带优选含有TiO2的催化活性涂层。 [0031] 根据本发明的混合装置使得液体与废气流特别有利的混合成为可能。根据本发明的混合装置1包括分别位于管道2中的至少一个设备3a和3b，其包括分别彼此连接的板状元件4a,5a和4b,5b，在侧视图中看，板状元件呈V形地相对于彼此定位。因此，位于废气管道2中的设备3a,3b还描述为V形板混合设备3a,3b。 [0032] 这些设备3a,3b中的每一个优选地分别包括两个板状元件4a,5a和4b,5b，其在形成连接区域7a,7b的情况中彼此连接，其中，废气流首先冲击该连接区域7a ,7b并且从该连接区域7a,7b开始分别经由在废气的流动方向6上分叉的板状元件4a,5a和4b,5b被引导。在废气的流动方向上看，液体优选地分别在相应的设备3a和3b的连接区域7a,7b的下游优选地经由分配于相应的V形板混合设备3a,3b的相应支撑轴线12和12b的计量设备被相应地注入到废气中。 [0033] 混合装置1具有简单的结构，其中，V形板混合设备3a,3b仅产生轻微的压力损失，但在废气流与液体快速混合的情况中提供复杂的流场。 [0034] 该或每个V形板混合设备3a,3b使引入废气中的液体宏观地输送到引导废气流的管道2的外棱边中。该或每个V板混合设备3a,3b产生稳定的回流区域，由此延长了注入的液体在混合回路中的停留时间。总的来说，混合回路可相对较短地来实施，其中，尽管如此仍确保液体与废气流的良好混合。 |
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