[发明专利]排气系统和选择性催化还原方法

说明书

技术领域

本发明涉及权利要求1的前序部分所述的内燃机用排气系统。本发明还涉及另一独立权利要求前序部分所述的选择性催化还原方法。

背景技术

船与发电厂的内燃机的氮氧化物(NOx)排放越来越受到关注，并且持续受到由国际海事组织(IMO)和其他立法机构所设定的越来越严格的条例的管制。在某种程度上，由不同条例设定的要求可以利用与内燃机的运行直接关联的手段来达到，例如废气再循环、柴油机中的高燃料注入压力、进气管内注水等。然而，许多用于减少NOx排放的发动机相关措施对燃料效率有负面影响，并且它们不足以满足最严格的排放限制。对于最终的NOx减少，需要选择性催化还原(SCR)。利用SCR，可以实现最高90%甚至更高的NOx减少。

在SCR系统中，使用催化剂材料和还原剂来分解在燃烧期间形成的NOx。在常见的SCR系统中，催化剂被布置在位于反应器内部的形成蜂窝结构体的支撑性陶瓷材料的表面上。在催化剂的表面上，NOx与用作还原剂的氨反应，并形成氮气和水。在实践中，出于安全原因常常用脲代替氨。这尤其适用于其中氨泄漏会形成严重危险的海事应用中。将脲以水溶液形式注入废气流。由于废气的温度高，水会蒸发并且脲分子分解为氨和二氧化碳。

为了有效地减少NOx并使脲的用量最小化，并且为了使透过SCR系统漏出的氨最小化，脲与废气的有效混合非常重要。在许多现有技术的解决方案中，已通过在脲注入点和催化剂单元之间设置相对长的排气管段来确保充分的混合。然而，这为排气系统的构建带来了限制。尤其是在可利用空间有限的船中，理想的是排气系统需要的空间尽可能的少。另一个问题在于，现代中速和低速发动机的热效率的提高导致废气温度较低。如果将催化转化器放置得离发动机较远，废气的低温可能会对催化转化器的功能发挥产生负面影响。

通过将催化转化器布置在具有两级涡轮增压的发动机中的涡轮机级之间，可以实现对于SCR而言足够高的废气温度。然而，为了实现还原剂与废气的充分混合，往往需要从高压涡轮增压器的涡轮机的上游进行注入。从涡轮机上游注入脲存在其难度。废气的高压和高温会造成注射器堵塞和脲结晶的风险。另外，若涡轮机被液滴击中，则其会暴露于腐蚀之下。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种改进的内燃机用排气系统。本发明的排气系统的特征性特点在权利要求1的特征部分中给出。本发明的另一目的在于提供一种改进的选择性催化还原方法。本发明的方法的特征由另一独立权利要求的特征部分给出。

根据本发明，排气系统包括：至少一个涡轮增压器，用于将废气从发动机的气缸内导出的排气管，以及布置在所述涡轮增压器的涡轮机下游的用于进行选择性催化还原的催化转化器。在离开所述排气管的位置设置有混合空间，所述混合空间与加压气体源流体连通。所述排气系统还包括用来将还原剂导入所述混合空间的装置，并且所述混合空间与发动机的排气管流体连通，以将还原剂和加压气体的混合物从涡轮增压器的涡轮机的上游导入所述排气管内。

在本发明的方法中，在将内燃机的废气导入催化转化器之前，将还原剂与所述废气混合。在将还原剂从涡轮增压器的涡轮机的上游导入发动机的排气管之前，将还原剂与加压气体在混合空间中混合。

通过将还原剂与加压气体混合，在将还原剂导入排气管之前，还原剂完全蒸发。这有助于避免排气管和涡轮增压器中的腐蚀问题。由于催化转化器被布置在涡轮增压器的涡轮机的下游，在废气进入催化转化器之前，还原剂已与主废气流良好混合。

混合空间可以是混合室或混合管。根据本发明的一个实施方式，加压气体源是发动机的排气歧管。当发动机的废气被用作加压气体时，不必存在用于调节气流的任何控制装置，但是，通过将相关导管设定为合适的尺寸，可以实现合适的进入混合空间的废气流。

根据本发明的另一个实施方式，加压气体源是发动机的进气管。当还原剂与清洁的进气在适中的温度下混合时，可避免还原剂注射器的结晶和堵塞问题。因此，可以使用大量的极小型注射器喷嘴，这确保了即使在载量低和进气温度低时脲也会完全蒸发。

附图说明

图1示意性显示了具有一种SCR布局的内燃机。

图2示意性显示了具有另一种SCR布局的内燃机。

图3示意性显示了具有又一种SCR布局的内燃机。

具体实施方式

现在参考附图对本发明的实施方式进行更详细的说明。