尿素水噴霧結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種尿素水噴霧結(jié)構(gòu)，即使在廢氣中所含SO3的比例高的情況下，或者在廢氣溫度下降的區(qū)域進(jìn)行尿素水的噴霧的情況下，也可以限制副產(chǎn)品的生成。本發(fā)明的尿素水噴霧結(jié)構(gòu)用于具備脫硝反應(yīng)器（6）的廢氣凈化裝置（7），能夠?qū)λ雒撓醴磻?yīng)器（6）的SCR催化劑（6a）提供氨，所述脫硝反應(yīng)器（6）設(shè)置在將從與發(fā)動(dòng)機(jī)（1）的排氣口（1a）連接的排氣連接管（2）排出的廢氣聚集的排氣歧管（3）與渦輪增壓器（4）的渦輪（4a）上游側(cè)的排氣通道（5）之間。在所述排氣歧管（3）內(nèi)配置蒸發(fā)管（10），所述蒸發(fā)管（10）與從渦輪增壓器（4）的壓縮機(jī)（4b）下游側(cè)的進(jìn)氣通道（8）分支的支管（9）連接，同時(shí)，設(shè)置對(duì)通過蒸發(fā)管（10）內(nèi)的空氣進(jìn)行尿素水的噴霧的噴嘴（11）。本發(fā)明的尿素水噴霧結(jié)構(gòu)能夠防止排氣通道的腐蝕或阻塞，良好地維持SCR催化劑的性能。
【專利說明】尿素水噴霧結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種廢氣凈化裝置中的尿素水的噴霧結(jié)構(gòu)，所述廢氣凈化裝置使從內(nèi)燃機(jī)排出的廢氣中的氮氧化物(以下稱為“N0X”)在選擇還原型催化劑(以下稱為“SCR催化劑”)下與還原劑反應(yīng)而進(jìn)行凈化。
【背景技術(shù)】
[0002]專利文獻(xiàn)I公開有如下技術(shù):在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管的下游設(shè)置插裝有SCR催化劑的脫硝反應(yīng)器，同時(shí)，在該脫硝反應(yīng)器的上游側(cè)的排氣通道添加作為還原劑的氨氣，在脫硝反應(yīng)器中凈化廢氣中的NOx。
[0003]但是，由于氨氣和氨水毒性強(qiáng)而危險(xiǎn)，還存在氣味等問題，因此對(duì)于在船舶等上裝備有嚴(yán)格的限制。因此，以往，大多采用如下結(jié)構(gòu):在使用SCR催化劑的廢氣凈化裝置中，將化學(xué)上穩(wěn)定的尿素用作還原劑前驅(qū)體，以尿素水的狀態(tài)預(yù)先收容在罐中，使用噴嘴向脫硝反應(yīng)器的上游側(cè)的排氣通道內(nèi)噴霧(例如專利文獻(xiàn)2)。
[0004]在為上述結(jié)構(gòu)的情況下，如果排氣通道內(nèi)的溫度足夠高，則從噴嘴向排氣通道內(nèi)噴霧的尿素水在到達(dá)SCR催化劑之前的期間，如下述式(I)被水解，生成氨氣(NH3)。
[0005](NH2) 2C0 + H2O — 2NH3 + CO2- (I)
[0006]然后，將由水解產(chǎn)生的氨氣供給SCR催化劑，由此在SCR催化劑上氨與廢氣中的NOx之間進(jìn)行如下式(2)及(3)的脫硝反應(yīng)，使NOx分解成氮和水而無害化。
[0007]4NH3 + 4N0 + O2 — 4N2 + 6H20- (2)
[0008]2NH3 + NO + NO2 — 2N2 + 3H20- (3)
[0009]這樣，在使用了 SCR催化劑的廢氣凈化裝置中，出于安全上的必要性而使用尿素水的情況下，噴霧的尿素水在排氣通道內(nèi)流動(dòng)中，必須切實(shí)地進(jìn)行上述式(I)的水解反應(yīng)。因此，以往，例如在專利文獻(xiàn)2的NOx凈化裝置中，在添加尿素水噴嘴與NOx催化轉(zhuǎn)換器之間，作為用來促進(jìn)氨生成的器械而設(shè)置消聲器。
[0010]此外，以往，也有例如圖2所示的情況:在具備排氣歧管101的四個(gè)汽缸的船用柴油機(jī)102中，在渦輪增壓器103的渦輪103a的上游側(cè)的排氣通道104上設(shè)置的尿素水噴霧用噴嘴105與SCR催化劑106之間，設(shè)置用來促進(jìn)從噴嘴105噴霧的尿素水的水解的蒸發(fā)管 107。
[0011]但是，在使用燃料中硫含量高的例如C重油的柴油機(jī)的情況下，廢氣中所含的SO3的比例增高時(shí)，如果在尿素水的噴霧導(dǎo)致溫度進(jìn)一步下降的區(qū)域上，廢氣中的SO3與通過尿素水的水解產(chǎn)生的氨接觸，則作為副產(chǎn)品生成例如硫酸銨((NH4) 2S04)或硫酸氫銨(NH4HSO4)等鹽。這些副產(chǎn)品如果堆積在排氣通道中，則會(huì)成為排氣通道腐蝕或阻塞的原因，并且如果也堆積在SCR催化劑上，則還會(huì)有SCR催化劑的催化活性下降的問題。
[0012]特別是在使用專利文獻(xiàn)2的消聲器或圖2的蒸發(fā)管107這樣的結(jié)構(gòu)的情況下，由于在剛從發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣口排出后的例如300?450°C的高溫廢氣存在的排氣歧管的下游側(cè)的廢氣溫度下降的區(qū)域進(jìn)行尿素水的噴霧，尿素水的霧附著在壁面上而使壁面溫度下降，因此容易生成副產(chǎn)品。即使是沒有使用例如C重油的發(fā)動(dòng)機(jī)，由于尿素水附著在壁面上而使壁面溫度下降，未進(jìn)行尿素水的水解，作為副產(chǎn)品生成氰尿酸，也成為向排氣通道堆積等的原因。
[0013]此外，在使用如圖2中的蒸發(fā)管107的結(jié)構(gòu)的情況下，由于通過尿素水的水解而生成的氨未均勻地?cái)U(kuò)散在廢氣中，而以不均勻狀態(tài)直接供給SCR催化劑106，因此也有上述式
(2)及(3)的脫硝反應(yīng)進(jìn)行不充分的情況。
[0014]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0015]專利文獻(xiàn)
[0016]專利文獻(xiàn)1:日本實(shí)用新型公開平成2-115912號(hào)公報(bào)
[0017]專利文獻(xiàn)2:日本專利公開2003-293739號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018](一)要解決的技術(shù)問題
[0019]現(xiàn)有的廢氣凈化裝置由于使用硫含量高的燃料，所以通過在廢氣中所含的SO3的比例高的氣氛下進(jìn)行尿素水噴霧，使廢氣的溫度下降，容易生成硫酸銨、硫酸氫銨等副產(chǎn)品。此外，現(xiàn)有的廢氣凈化裝置由于噴霧的尿素水附著在壁面上，容易生成氰尿酸等副產(chǎn)品。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是以上述副產(chǎn)品為原因，發(fā)生排氣通道的腐蝕或阻塞，SCR催化劑的性能下降等問題。
[0020](二)技術(shù)方案
[0021 ] 本發(fā)明的尿素水噴霧結(jié)構(gòu)的最主要的特征在于，
[0022]用于具備脫硝反應(yīng)器的廢氣凈化裝置，能夠?qū)λ雒撓醴磻?yīng)器的SCR催化劑提供氨，所述脫硝反應(yīng)器設(shè)置在將從與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣口連接的排氣連接管排出的廢氣聚集的排氣歧管與渦輪增壓器的渦輪上游側(cè)的排氣通道之間，
[0023]在所述排氣歧管內(nèi)配置蒸發(fā)管，所述蒸發(fā)管與從渦輪增壓器的壓縮機(jī)下游側(cè)的進(jìn)氣通道分支的支管連接，
[0024]同時(shí)，在所述蒸發(fā)管上設(shè)置噴嘴，所述噴嘴對(duì)通過所述支管導(dǎo)入所述蒸發(fā)管內(nèi)的空氣進(jìn)行尿素水的噴霧。
[0025](三)有益效果
[0026]本發(fā)明的尿素水噴霧結(jié)構(gòu)是，將蒸發(fā)管配置在排氣歧管內(nèi)，所述蒸發(fā)管與從渦輪增壓器的壓縮機(jī)下游側(cè)的進(jìn)氣通道分支的支管連接，并在該蒸發(fā)管內(nèi)完成尿素水的噴霧和向氨的水解。由壓縮機(jī)壓縮的高溫空氣通過蒸發(fā)管的內(nèi)部，但由于該空氣是導(dǎo)入發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口之前的空氣，并不含有SO3,因此即使在使用硫含量高的燃料的情況下，也能夠限制生成硫酸銨或硫酸氫銨等副產(chǎn)品。
[0027]而且，通過本發(fā)明的尿素水噴霧結(jié)構(gòu)，由于通過剛從排氣連接管排出后的高溫廢氣來充分加熱設(shè)置在排氣歧管內(nèi)的蒸發(fā)管的壁面，即使在進(jìn)行尿素水噴霧的區(qū)域，溫度也不會(huì)不足，因此能夠防止生成氰尿酸等副產(chǎn)品。此外，即使假設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)在低負(fù)荷的狀態(tài)時(shí)生成副產(chǎn)品并附著在蒸發(fā)管的壁面上，由于只要發(fā)動(dòng)機(jī)變?yōu)楦哓?fù)荷的狀態(tài)，蒸發(fā)管的壁面會(huì)再次變?yōu)楦邷兀虼四軌驎簳r(shí)分解附著的副產(chǎn)品。
[0028]因此，根據(jù)本發(fā)明，能夠限制硫酸銨、硫酸氫銨、氰尿酸等副產(chǎn)品的生成，防止排氣通道的腐蝕或阻塞，能夠良好地維持SCR催化劑的性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是說明具有本發(fā)明的尿素水噴霧結(jié)構(gòu)的廢氣凈化裝置的結(jié)構(gòu)的一例的圖。
[0030]圖2是表示現(xiàn)有的船用柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]本發(fā)明的目的在于，在廢氣凈化裝置中，即使在廢氣中所含SO3的比例高的情況下，或者在廢氣溫度下降的區(qū)域進(jìn)行尿素水的噴霧的情況下，也要限制生成硫酸銨、硫酸氫銨、氰尿酸等副產(chǎn)品，
[0032]通過采用如下的尿素水噴霧結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)上述目的，其用于具備脫硝反應(yīng)器的廢氣凈化裝置，能夠?qū)λ雒撓醴磻?yīng)器的SCR催化劑提供氨，所述脫硝反應(yīng)器設(shè)置在將從與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣口連接的排氣連接管排出的廢氣聚集的排氣歧管與渦輪增壓器的渦輪上游側(cè)的排氣通道之間，
[0033]在所述排氣歧管內(nèi)配置蒸發(fā)管，所述蒸發(fā)管與從渦輪增壓器的壓縮機(jī)下游側(cè)的進(jìn)氣通道分支的支管連接，
[0034]同時(shí)，在所述蒸發(fā)管上設(shè)置噴嘴，所述噴嘴對(duì)通過所述支管導(dǎo)入所述蒸發(fā)管內(nèi)的空氣進(jìn)行尿素水的噴霧。
[0035]實(shí)施例
[0036]以下，參照?qǐng)D1詳細(xì)說明用來實(shí)施本發(fā)明的最優(yōu)選方式。在圖1中，I是適用本發(fā)明的尿素水噴霧結(jié)構(gòu)的四個(gè)汽缸的船用柴油機(jī)，其具備排氣歧管3，所述排氣歧管3將從分別與設(shè)置在各汽缸蓋上的排氣口 Ia連接的排氣連接管2排出的高溫廢氣聚集，并引導(dǎo)至渦輪增壓器4的渦輪4a上游側(cè)的排氣通道5。本發(fā)明的尿素水噴霧結(jié)構(gòu)的主要部分安裝在所述排氣歧管3的內(nèi)部，其與脫硝反應(yīng)器6構(gòu)成廢氣凈化裝置7，所述脫硝反應(yīng)器6與排氣歧管3連接配置，設(shè)置在所述排氣歧管3與渦輪4a上游側(cè)的排氣通道5之間。另外，4b表示渦輪增壓器4的壓縮機(jī)，8表示送入由壓縮機(jī)4b壓縮的空氣的進(jìn)氣通道。
[0037]在排氣歧管3的內(nèi)部配置有蒸發(fā)管10，該蒸發(fā)管10與從壓縮機(jī)4b下游側(cè)的進(jìn)氣通道8的分支部8a分支的支管9連接。蒸發(fā)管10處于其一端與支管9連接且另一端通過噴出孔IOa向排氣歧管3內(nèi)開放的狀態(tài)。
[0038]11表示對(duì)通過所述支管9導(dǎo)入所述蒸發(fā)管10內(nèi)的空氣進(jìn)行尿素水的噴霧的噴嘴。通過蒸發(fā)管10內(nèi)的空氣由壓縮機(jī)4b壓縮而成為高溫狀態(tài)，但該空氣是導(dǎo)入發(fā)動(dòng)機(jī)I的進(jìn)氣口之前的空氣，并不含有S03。由于本實(shí)施例的尿素水噴霧結(jié)構(gòu)是通過將該不存在SO3的高溫空氣導(dǎo)入蒸發(fā)管10，并對(duì)蒸發(fā)管10內(nèi)的空氣進(jìn)行尿素水的噴霧，來促進(jìn)尿素水的水解，因此即使在使用硫含量高的燃料的情況下，也能夠限制起因于氨與SO3反應(yīng)的副產(chǎn)品的生成。
[0039]這里，關(guān)于設(shè)置噴嘴11的位置，與設(shè)置在蒸發(fā)管10向排氣歧管3的外部突出的區(qū)域(A區(qū)域)相比，優(yōu)選設(shè)置在蒸發(fā)管10存在于排氣歧管3內(nèi)的區(qū)域(A以外的區(qū)域)。其原因是通過剛從排氣連接管2的排氣口排出后的高溫廢氣直接接觸，能夠?qū)⒄舭l(fā)管10的壁面一直保持在高溫，因此能夠限制由低溫導(dǎo)致的副產(chǎn)品的生成。[0040]更具體來說，配置蒸發(fā)管10，使蒸發(fā)管10的長度方向和與發(fā)動(dòng)機(jī)I的各汽缸的排氣口 Ia連接的排氣連接管2的排氣口的排列方向平行，并且使從噴嘴11噴霧的尿素水流動(dòng)的B區(qū)域與排氣連接管2的排氣口分別相對(duì)，這樣決定噴嘴11的位置即可。
[0041]在脫硝反應(yīng)器6上插裝有SCR催化劑6a，該SCR催化劑6a選擇性地還原去除從發(fā)動(dòng)機(jī)I排出的廢氣中所含有的成為酸雨或光化學(xué)煙霧等環(huán)境污染原因的N0X。SCR催化劑6a可以使用例如氧化鋁、氧化鋯、氧化釩/ 二氧化鈦等金屬氧化物類催化劑或沸石類催化劑等所希望的催化劑，也可以將這些催化劑組合。此外，SCR催化劑6a既可以載持在例如具有蜂窩結(jié)構(gòu)的催化劑載體上，也可以封裝在筒體中。本發(fā)明的尿素水噴霧結(jié)構(gòu)是對(duì)該SCR催化劑6a提供完全水解后的狀態(tài)的氨的結(jié)構(gòu)。
[0042]在本實(shí)施例中，在蒸發(fā)管10的內(nèi)部且噴嘴11的下游側(cè)，設(shè)置用于促進(jìn)尿素水的水解的水解催化劑12，以進(jìn)一步提高水解的效率。水解催化劑12只要是具有促進(jìn)氨生成的作用的催化劑即可，例如可以使用氧化鈦類催化劑或堿金屬類催化劑等所希望的催化劑。
[0043]此外，在本實(shí)施例中，在蒸發(fā)管10的水解催化劑12的下游側(cè)，設(shè)置有將通過尿素水的水解生成的氨向SCR催化劑6a噴出的噴出孔10a。因此，在蒸發(fā)管10內(nèi)通過水解生成的氨氣通過直徑小的噴出孔IOa以高壓噴出至排氣歧管3內(nèi)的廢氣中，并以在廢氣中充分?jǐn)U散的狀態(tài)供給SCR催化劑6a，因此脫硝反應(yīng)的進(jìn)行不會(huì)不充分。
[0044]另外，本實(shí)施例中，由于在排氣歧管3的內(nèi)部裝入具備噴嘴11和水解催化劑12的蒸發(fā)管10，因此其與在渦輪4a的上游側(cè)的排氣通道5上設(shè)置有蒸發(fā)管的現(xiàn)有裝置相比較，實(shí)現(xiàn)了省空間化。此外，在本實(shí)施例中，與排列設(shè)置有排氣歧管和排氣管的現(xiàn)有裝置相比較，能夠縮短直至渦輪增壓器4的排氣通道，因此在能夠減少排氣通道上的空氣圧損失的方面有利。
[0045]13表示設(shè)置在進(jìn)氣通道8上的空氣冷卻器。由壓縮機(jī)4b壓縮的空氣的溫度上升，會(huì)發(fā)生膨脹，但如果膨脹，空氣的密度降低，空氣的量會(huì)減少，因此由空氣冷卻器13進(jìn)行冷卻，使降低溫度后將空氣供給發(fā)動(dòng)機(jī)I。
[0046]在本發(fā)明的尿素水噴霧結(jié)構(gòu)中，在進(jìn)氣通道8上設(shè)置空氣冷卻器13的情況下，優(yōu)選將從進(jìn)氣通道8分支出支管9的位置(分支部8a的位置)作為空氣冷卻器13的上游側(cè)。這是由于在本發(fā)明中，將高溫空氣送入蒸發(fā)管10在促進(jìn)尿素水的水解的方面有利。
[0047]14表示設(shè)置在空氣冷卻器13的下游側(cè)的儲(chǔ)氣罐。在發(fā)動(dòng)機(jī)I剛開始使用空氣時(shí)，從儲(chǔ)氣罐14迅速供給該空氣，之后儲(chǔ)氣罐的壓力下降，該下降部分通過從壓縮機(jī)4b的供給而補(bǔ)充，這樣，即使在瞬間必需超出能力的大量空氣的情況下，也不會(huì)進(jìn)氣不足。
[0048]如以上說明所示，本發(fā)明的尿素水噴霧結(jié)構(gòu)是，將蒸發(fā)管配置在排氣歧管內(nèi)，所述蒸發(fā)管與從渦輪增壓器的壓縮機(jī)下游側(cè)的進(jìn)氣通道分支的支管連接，并在該蒸發(fā)管內(nèi)進(jìn)行尿素水的噴霧，完成向氨的水解，因此即使在使用硫含量高的燃料的情況下，也能夠限制生成硫酸銨或硫酸氫銨等副產(chǎn)品。此外，通過剛從排氣連接管排出后的高溫廢氣，來充分加熱設(shè)置在排氣歧管內(nèi)的蒸發(fā)管的壁面，因此即使在進(jìn)行尿素水噴霧的區(qū)域，溫度也不會(huì)不足，能夠防止生成氰尿酸等副產(chǎn)品。
[0049]本發(fā)明并不限于上述的實(shí)施例，可以在各權(quán)利要求所述的技術(shù)思想的范圍內(nèi)適當(dāng)改變實(shí)施方式。
[0050]例如，在上述的實(shí)施例中，表示了將一定量的空氣從進(jìn)氣通道8通過支管9導(dǎo)入蒸發(fā)管10的結(jié)構(gòu)，但根據(jù)船舶行駛的海域，也有不需要由SCR催化劑6a進(jìn)行脫硝處理的情況，因此也可以是這樣的構(gòu)成，通過在分支部8a設(shè)置換向閥，從而根據(jù)需要關(guān)閉支管9的入口，在不需要脫硝處理的情況下，將全部空氣送至空氣冷卻器13。
[0051]本發(fā)明的尿素水噴霧結(jié)構(gòu)不限于船用柴油機(jī)，也能夠適用于車用柴油機(jī)。
[0052]附圖標(biāo)記說明
[0053]I 發(fā)動(dòng)機(jī)
[0054]Ia 排氣 口
[0055]2 排氣連接管
[0056]3 排氣歧管
[0057]4 渦輪增壓器
[0058]4a 渦輪
[0059]4b壓縮機(jī)
[0060]5 排氣通道
[0061]6 脫硝反應(yīng)器
[0062]6a SCR 催化劑
[0063]7 廢氣凈化裝置
[0064]8 進(jìn)氣通道
[0065]9 支管
[0066]10蒸發(fā)管
[0067]IOa噴出孔
[0068]11 噴嘴
[0069]12水解催化劑
[0070]13空氣冷卻器
【權(quán)利要求】
1.一種尿素水噴霧結(jié)構(gòu)，其特征在于，用于具備脫硝反應(yīng)器的廢氣凈化裝置，能夠?qū)λ雒撓醴磻?yīng)器的SCR催化劑提供氨，所述脫硝反應(yīng)器設(shè)置在將從與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣口連接的排氣連接管排出的廢氣聚集的排氣歧管與渦輪增壓器的渦輪上游側(cè)的排氣通道之間， 在所述排氣歧管內(nèi)配置蒸發(fā)管，所述蒸發(fā)管與從渦輪增壓器的壓縮機(jī)下游側(cè)的進(jìn)氣通道分支的支管連接， 同時(shí)，在所述蒸發(fā)管上設(shè)置噴嘴，所述噴嘴對(duì)通過所述支管導(dǎo)入所述蒸發(fā)管內(nèi)的高溫空氣進(jìn)行尿素水的噴霧。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尿素水噴霧結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述噴嘴設(shè)置在所述蒸發(fā)管存在于排氣歧管內(nèi)的區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的尿素水噴霧結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述蒸發(fā)管的內(nèi)部且所述噴嘴的下游側(cè)，設(shè)置用于促進(jìn)尿素水的水解的水解催化劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的尿素水噴霧結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述蒸發(fā)管的所述水解催化劑的下游側(cè)，設(shè)置將通過尿素水的水解生成的氨向所述SCR催化劑噴出的噴出孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項(xiàng)所述的尿素水噴霧結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述進(jìn)氣通道上設(shè)置空氣冷卻器，并且將從所述進(jìn)氣通道分支出所述支管的位置作為所述空氣冷卻器的上游側(cè)。
【文檔編號(hào)】F01N3/08GK103890335SQ201280050990
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月13日
【發(fā)明者】岡崎重樹 申請(qǐng)人:日立造船株式會(huì)社