往复式发动机用废气脱硝设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种往复式发动机用废气脱硝设备，具备蒸发室(23)、反应室(25)及旁通管(42)，蒸发室(23)向从发动机(10)排出的废气中吹入尿素水；反应室(25)使被吹入尿素水的废气与催化剂单元(28)接触，向增压器(12)的涡轮部(12T)输送；旁通管(42)将从发动机(10)排出的废气直接供给所述增压器(12)的涡轮部(12T)，并能够开闭，通过设置清除用空气供给装置(51)，在旁通管(42)开放时，向反应室(25)吹入清除用空气，将催化剂单元(28)附近的废气从反应部(25)排出，来防止在反应室(25)中因硫酸结露引起的脱硝催化剂劣化。
【专利说明】往复式发动机用废气脱硝设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种往复式发动机用废气脱硝设备，其具备蒸发室和反应室，所述蒸发室向从设置在例如船舶等中的大型往复式发动机排出的废气中，吹入尿素水或氨水，所述反应室具有与废气接触去除氮氧化物的催化剂单元。
【背景技术】
[0002]为了去除从往复式发动机排出的废气中的氮氧化物(NOx)，提出了下述方案，通过接触还原(SCR)法，在蒸发室向废气中吹入尿素水作为还原剂，在脱硝反应室使废气与脱硝催化剂接触。另外，这里的往复式发动机是具备往复驱动的活塞的发动机，包含汽油发动机或柴油发动机。
[0003]在例如搭载大型柴油发动机的船舶中，向废气脱硝室导入废气，通过接触还原法进行脱硝处理。但是，由于该脱硝处理，导致利用废气驱动涡轮的增压器的输出降低。此夕卜，在发动机启动时，如果废气通过低温状态的脱硝反应室，则由于废气被脱硝反应室的催化剂或容器吸热冷却，因此发生涡轮迟滞，增压器的响应变差。因此，采用能够将从柴油发动机排出的废气不向脱硝反应室导入，而直接导入涡轮增压器的具有旁通管的结构。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本专利公开平成10-159542号
【发明内容】
[0007](一 )要解决的技术问题
[0008]但是，过去，对从柴油发动机排出的废气中氮氧化物的排出量的限制是宽松的规定，但是现在呈现出在一部分海域实施大幅削减氮氧化物排出量的严格规定的动向。在这样限制严格的NOx限制海域和限制宽松的NOx非限制海域连续航行的情况下，当在NOx非限制海域航行时，不需要将废气导入脱硝反应室。
[0009]如上所述，如果废气不向脱硝反应室导入，则脱硝反应室的温度降低。在废气中，包含5?6vol %的水分和浓度10?40ppm的SO3气体，如果脱硝反应室达到SO3露点温度，则存在脱硝催化剂的表面上产生硫酸结露，使脱硝催化剂劣化的问题。
[0010]因此，本发明的目的在于提供一种能够防止因硫酸结露引起脱硝催化剂劣化的往复式发动机用废气脱硝反应设备。
[0011](二)技术方案
[0012]为了解决上述技术问题，技术方案I所述的发明为具备蒸发部、反应部及旁通管的往复式发动机用废气脱硝设备，所述蒸发部向从往复式发动机排出的废气中吹入还原剂；所述反应部使被吹入所述还原剂的废气与催化剂单元接触，向增压器的涡轮部输送；所述旁通管将从往复式发动机排出的废气直接供给所述增压器的所述涡轮部，并能够开闭，其特征在于，
[0013]设置有清除用空气供给装置，其在所述旁通管开放时，向所述反应部吹入清除用空气，将所述催化剂单元附近的废气从所述反应部排出。
[0014]技术方案2所述的发明为技术方案I所述的往复式发动机用废气脱硝设备，其特征在于，
[0015]设置扫气储气箱，其供给有从所述增压器的压缩机部的排出口，经由中间空气冷却器冷却的燃烧用空气，
[0016]该扫气储气箱上连接有将所述燃烧用空气的一部分作为清除用空气取出的吸气管。
[0017]技术方案3所述的发明为技术方案I所述的往复式发动机用废气脱硝设备，其特征在于，
[0018]在所述增压器的压缩机部的排出口与中间空气冷却器之间的路径上，连接有将加压的燃烧用空气的一部分作为清除用空气取出的吸气管。
[0019]技术方案4所述的发明为技术方案2所述的往复式发动机用废气脱硝设备，其特征在于，
[0020]使加热所述清除用空气的加热用传热管介于所述吸气管中，
[0021]将所述加热用传热管设置在废气储气箱内。
[0022]技术方案5所述的发明为技术方案I至4中任意一项所述的往复式发动机用废气脱硝设备，其特征在于，
[0023]所述废气储气箱及所述蒸发部以及所述反应部设置在一个脱硝反应容器内。
[0024](三)有益效果
[0025]根据技术方案I所述的结构，开放旁通管，将废气直接导入增压器，不向反应部导入废气。此时，通过清除用空气供给装置，将清除用空气吹入反应部，将滞留在催化剂单元附近的废气从反应部中排出，由此能够防止反应部中的温度降低及产生硫酸结露，并防止催化剂单元的脱硝催化剂的劣化。
[0026]根据技术方案2所述的结构，在扫气储气箱中供给有由增压器加压，由中间空气冷却器除热干燥，并且比反应部高压的燃烧用空气。从该扫气储气箱中将燃烧用空气的一部分作为清除用空气取出至吸气管，从吸气管送入反应部。由此，能够在使脱硝催化剂周围干燥的同时，使废气一同有效地排出，其结果能够防止因硫酸结露引起的催化剂单元的脱硝催化剂的劣化。此外，由于将比反应部高压的燃烧用空气的一部分作为清除用空气取出，因此不需要向反应部送入的送气扇。
[0027]根据技术方案3所述的结构，由于从增压器的压缩机部的排出口与中间空气冷却器之间路径，将压缩的高温燃烧用空气的一部分作为清除用空气取出至吸气管，从吸气管送入反应部，因此能够在加热脱硝催化剂周围的同时，使废气一同排出。由此，能够有效防止因硫酸结露引起的催化剂单元的脱硝催化剂的劣化。此外，由于将比反应部高压的燃烧用空气的一部分作为清除用空气取出，因此不需要向反应部送入的送气扇。
[0028]根据技术方案4所述的结构，由于将从废气储气箱取出的高压且比较低温的清除用空气导入废气储气箱内，能够通过设置在内部的加热用传热管，在利用废气的废热加热清除用空气之后吹入反应室，因此能够进一步有效防止因硫酸结露引起的催化剂单元的脱硝催化剂的劣化。
[0029]根据技术方案5所述的结构，由于在一个脱硝反应容器内设置有废气储气箱、蒸发部、反应部，因此能够实现废气脱硝设备的小型化。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1是表示本发明的废气脱硝设备的实施例1的结构图。
[0031 ]图2是表示废气脱硝设备的实施例2的结构图。
[0032]图3是表示废气脱硝设备的实施例3的结构图。
[0033]图4是表示废气脱硝设备的实施例4的结构图。
[0034]图5是表不废气脱硝设备的实施例5的结构图。
[0035]图6是表示废气脱硝设备的实施例6的结构图。
【具体实施方式】
[0036]下面，基于附图对本发明的船舶用或陆上设置用等大型往复式发动机用废气脱硝设备的实施例1?6进行说明。
[0037][实施例1]
[0038]图1表示例如船舶用柴油发动机的废气脱硝设备的实施例1。该废气脱硝设备对从柴油发动机10的燃烧室排出的废气进行脱硝处理。11为脱硝反应容器，12为利用从柴油发动机10排出的废气驱动的增压器，13为暂时储存由增压器12压缩的燃烧用空气，向柴油发动机10的燃烧室供给的扫气储气箱。
[0039]脱硝反应容器11形成为具备横置的圆筒状躯干部20B及耐压用的端板20R、20L的耐压容器，所述耐压用的端板20R、20L安装在所述躯干部20B的两端部上，呈弯曲凸状。并且，该脱硝反应容器11通过沿容器轴心O方向的分隔壁21，划分为下部空间20D和上部空间20U。进而，在下部空间20D设置蒸发室(蒸发部)23及废气储气箱24，在上部空间20U设置反应室(反应部)25。
[0040]在设置于下部空间20D的一侧端板20L侧的蒸发室23中，从贯穿设置在端板20L上的喷嘴22将作为还原剂的尿素水(或者氨水)吹入废气中，与废气混合。此外，在该蒸发室23的另一端侧形成有废气储气箱24。进而，在废气储气箱24的躯干部20B的底部形成有多个废气入口 26，所述多个废气入口 26从多台柴油发动机10分别经由废气管14导入废气。该废气储气箱24与蒸发室23连续一体形成，通过废气储气箱24，使废气合流缓冲流动。此外，在一侧端板20L下部附近的躯干部20B上，形成有面向蒸发室23开口的未处理气体出口 27。
[0041]在躯干部20B的另一侧端板20R侧，形成有连通下部空间20D和上部空间20U的连通部30。该连通部30具备区划壁31、中间通路32及气体出口开口部33，所述区划壁31沿容器的横截面安装在分隔壁21与蒸发室23侧的躯干部20B之间；所述中间通路32形成在分隔壁21与另一侧端板20R之间；所述气体出口开口部33设置在该区划壁31上。
[0042]此外，如假想线所示，可以在气体出口开口部33上设置蒸发室出口阀(气体断流阀)34，在区划壁31上设置进行压力调整的单个或多个调压口 35，使蒸发室23与反应室25等压。
[0043]在上部空间20U的反应室25中，在分隔壁21与躯干部20B之间，多个催化剂单元28在上下、左右方向上堆积配置，并且沿容器轴心O方向连接，形成单元集合体。这些催化剂单元28例如是在收纳框体内收容有蜂窝状截面的催化剂元件的催化剂单元，除了正方形截面以外，也采用长方形截面或梯形截面。并且，能够使被吹入尿素水(或者氨水)的废气与内置于多个催化剂单元28中的脱硝催化剂接触，来还原N0X。
[0044]这样，通过在一个脱硝反应容器11内收容废气储气箱24、一体的蒸发室23及反应室25，能够削减占有空间。
[0045]在形成于蒸发室23中的未处理气体出口 27与增压器12的涡轮部12T的供气口12Ti之间，连接有旁通管42。并且，在旁通管42的入口侧设置有由蝶阀构成的废气切换阀44。
[0046]此外，在设置于反应室25的一端侧的脱硝气体出口 29与旁通管42的出口侧之间，连接有脱硝气体排出管41。并且，在该脱硝气体排出管41的出口附近，设置由蝶阀构成的脱硝气体出口阀(气体断流阀)43，能够通过脱硝气体出口阀43封闭脱硝气体排出管41。
[0047]因此，从柴油发动机10的燃烧室排出的未处理废气或脱硝废气从脱硝反应容器11经由脱硝气体排出管41或者旁通管42导入供气口 12Ti，在旋转驱动涡轮部12T的叶轮之后，从排气口 12To经由排气烟筒排出。
[0048]在压缩机部12C的吸气口 12Ci连接有在入口具有空气过滤器45的空气吸气管46连接。此外，与压缩机部12C的排出口 12Co连接的增压器排出管(路径)49与扫气储气箱13连接。进而，用于冷却被压缩加热的燃烧用空气的中间空气冷却器(air C00ler)47介于该增压器排出管49中。
[0049]在该扫气储气箱13的空气供给口 13ο与柴油发动机10之间，分别连接有扫气空气供给管48，供给加压的燃烧用空气。
[0050](清除用空气供给装置)
[0051]本发明的清除用空气供给装置51在不将废气导入反应室25，从旁通管42向增压器12直接导入废气时，向反应室25的催化剂单元28吹入清除用空气。由此，将反应室25的气氛保持在SO3露点温度以上或干燥状态，防止发生硫酸结露。这里，该废气的SO3露点温度为水分浓度:5?6vol%、SO3浓度:10?40ppm、120?140°C。
[0052]该实施例1中的清除用空气供给装置51将扫气储气箱13内的燃烧用空气的一部分作为清除用空气供给反应室25。形成在该扫气储气箱13上的空气取出口 55上连接有清除用空气吸气管(吸气管)52，该清除用空气吸气管52与分别设置在反应室25中催化剂单元28的入口(上游侧)和出口(下游侧)的清除用集气管53连接。54为介于清除用空气吸气管52中的电磁式开关阀。
[0053]此外，扫气储气箱13内的燃烧用空气在由压缩机部12C压缩，由中间空气冷却器47除热，水分冷凝之后，送至扫气储气箱13。因此，能够将温度为40?50°C，水分低的干燥燃烧用空气的一部分作为清除用空气使用。
[0054]另外，在发动机负荷100%时，相对于废气储气箱24(反应室25)内的废气压力为0.3MPaG (表压)，扫气储气箱13内的燃烧用空气的空气压力高达0.4MPaG (表压)。因此，在清除用空气吸气管52上，不需要从扫气储气箱13将清除用空气送入反应室25内的送风栗。
[0055]因此，开放废气切换阀44打开旁通管42，关闭脱硝气体出口阀(气体断流阀)43关闭脱硝气体排出管41。由此，废气储气箱24内的废气从旁通管42导入涡轮部12T，防止增压器12的涡轮迟滞或输出降低。此时，打开开关阀54，将扫气储气箱13内压缩并干燥的燃烧用空气的一部分作为清除用空气吸入清除用空气吸气管52，从清除用集气管53经由喷射嘴53η向催化剂单元28喷射干燥的清除用空气。由此，催化剂单元28附近的废气被输送至废气储气箱24侧，从而预防因硫酸结露引起的催化剂单元28的脱硝催化剂的劣化。
[0056]在上述结构中，如果进行操作使从柴油发动机10排出的废气经由旁通管42直接向增压器12供给，则操作开关阀54，使扫气储气箱13内的燃烧用空气的一部分作为清除用空气被导入清除用空气吸气管52。然后从清除用集气管53经由喷射嘴53η，向反应室25的催化剂单元28的入口侧和出口侧喷射。通过该清除用空气，在使残留在催化剂单元28内的废气的水分浓度和SO3浓度降低的同时使气氛干燥，进而与废气一同从气体出口开口部33向废气储气箱24排出。由此，能够预防废气中的硫酸成分结露，并附着在催化剂单元28的表面上使脱硝催化剂劣化。
[0057][实施例2]
[0058]在实施例1中，将扫气储气箱13内的燃烧用空气的一部分作为清除用空气使用，但是在实施例2中，将该清除用空气加热使用。此外，对与实施例1相同的部件标注相同的附图标记并省略说明。
[0059]实施例2如图2所示，在通过废气加热到400?500°C的废气储气箱24内，设置有用于使清除用空气升温的热交换式清除用空气加热器56。
[0060]S卩，在扫气储气箱13内，在将40?50°C的干燥的燃烧用空气的一部分作为清除用空气吸入清除用空气吸气管52之后，导入清除用空气加热器56，通过废气储气箱24内的废气加热升温至大约200°C左右。然后，被加热的清除用空气从清除用空气吸气管52导入清除用集气管53，从喷射嘴53η分别向反应室25的催化剂单元28的入口侧和出口侧喷射。
[0061]根据上述结构，通过该高温干燥的清除用空气，在反应室25的催化剂单元28附近被加热干燥的同时，滞留在附近的废气被一同向废气储气箱24排出，有效防止在反应室25内因硫酸结露引起的催化剂单元28的脱硝催化剂的露点腐蚀。
[0062][实施例3]
[0063]在实施例1及实施例2中，将扫气储气箱13的燃烧用空气的一部分作为清除用空气取出，但是在本实施例3中，将由增压器12的压缩机部12C的涡轮压缩的燃烧用空气的一部分取出。另外，对与实施例1相同的部件标注相同的附图标记并省略说明。
[0064]如图3所示，在增压器排出管(路径)49中，在中间空气冷却器47的上游侧设置空气取出口 55，该空气取出口 55上连接有清除用空气吸气管52。这样，将由增压器12的压缩机部12C压缩，通过中间空气冷却器47冷却前的燃烧用空气的一部分从空气取出口 55作为清除用空气取出，由此能够得到大约200°C (包含带入空气的水分)的清除用空气。这里，相对于增压器排出管49的空气压力为0.4MPaG，反应室25内的废气压力低至0.3MPaG，不需要使送风泵介于清除用空气吸气管52中。另外，该增压器排出管49中冷却前的压缩空气的水分量与大气在相同程度。
[0065]因此，通过该高温的清除用空气，能够在对反应室25的催化剂单元28附近加热干燥的同时，与滞留在附近的废气一同向废气储气箱24排出，由此，能够有效防止反应室25内的硫酸结露、脱硝催化剂的露点腐蚀。
[0066][实施例4]
[0067]在上述实施例1至3中，对在脱硝反应容器11内一体地收容废气储气箱24、蒸发室23、反应室25的废气脱硝设备进行了说明，但是在实施例4至6中，对废气脱硝设备中的废气储气箱、蒸发室、反应室分别独立设置的废气脱硝设备进行说明。
[0068]参照图4对实施例4进行说明。另外，对与实施例1相同的部件标注相同的附图标记并省略说明。
[0069]在独立的容器60A中设置废气储气箱61。并且，在独立的容器60B中设置蒸发室63。进而，在独立的容器60C中设置具备清除用集气管53和催化剂单元28的反应室65。而且，废气储气箱61与蒸发室63通过第一废气管62连接。并且，蒸发室63和反应室65通过第二废气管64连接。进而，反应室65与脱硝气体排出管41连接。
[0070]与废气储气箱61连接的旁通管42，在废气切换阀44的下游侧连接有脱硝气体排出管41。并且，在脱硝气体排出管41上连接有调压管67，该调压管67连接设置在出口侧的脱硝气体出口阀43的上游侧与下游侧。而且，调压阀68介于该调压管67中，所述调压阀68在脱硝气体出口阀43封闭时，使上游侧的反应室65和蒸发室63的压力与下游侧的旁通管42 (废气储气箱61)内的压力成为均等压。通过该调压管67，能够将反应室65内从清除用集气管53的喷射嘴53η供给，并伴随有废气的清除用空气向旁通管42逸散。
[0071]在上述实施例4中，在关闭脱硝气体出口阀43的同时打开废气切换阀44，从柴油发动机10排出的废气经由旁通管42直接供给增压器12。于是，开关阀54和调压阀68开放，扫气储气箱13内的燃烧用空气的一部分作为清除用空气导入清除用空气吸气管52。然后，从清除用空气吸气管52经由喷射嘴53η向反应室65的上游侧和下游侧喷射。通过该清除用空气，在使反应室65的水分浓度和SO3浓度降低的同时，与废气一同从调压管67向旁通管42排出。
[0072]由此，能够预防因废气中的硫酸成分结露，附着在催化剂单元28的表面而引起的催化剂单元28的脱硝催化剂劣化。
[0073][实施例5]
[0074]实施例5为在图4所示的独立容器结构中，将加热清除用空气的清除用空气加热器56设置在废气储气箱61中的废气脱硝设备，参照图5进行说明。另外，对与实施例2、4相同的部件标注相同的附图标记并省略说明。
[0075]在与实施例4同样的结构中，将扫气储气箱13内40?50°C的燃烧用空气的一部分作为清除用空气取出至清除用空气吸气管52，将该清除用空气导入设置在废气储气箱61中的清除用空气加热器56，加热升温至大约200°C左右后，从喷射嘴53η向反应室65的催化剂单元28的上游侧和下游侧喷射。
[0076]根据实施例5，能够实现与实施例2同样的作用效果。
[0077][实施例6]
[0078]实施例6为在实施例5及6所示的独立容器结构中，在增压器排出管49上(如图3所示)形成空气取出口 55，将燃烧用空气的一部分作为清除用空气取出的废气脱硝设备，参照图6进行说明。另外，对与实施例3、4相同的部件标注相同的附图标记并省略说明。
[0079]S卩，在增压器排出管(路径)49的中间空气冷却器47的上游侧形成空气取出口55，该空气取出口 55上连接有清除用空气吸气管52。并且，将由增压器12的压缩机部12C压缩，通过中间空气冷却器47冷却前的燃烧用空气的一部分作为清除用空气取出，得到大约200°C (包含带入空气的水分)的清除用空气。并且，空气取出口 55向开关阀54介于其中的设置在反应室65的上游侧和下游侧的清除用空气吸气管52送入清除用空气，经由喷射嘴53η向反应室65内喷射。
[0080]根据实施例6，能够实现与实施例3同样的作用效果。
[0081]另外，在上述实施例1至6中，柴油发动机10也可以是汽油发动机或燃气发动机。
【权利要求】
1.一种往复式发动机用废气脱硝设备，具备蒸发部、反应部及旁通管，所述蒸发部向从往复式发动机排出的废气中吹入还原剂；所述反应部使被吹入所述还原剂的废气与催化剂单元接触，向增压器的涡轮部输送；所述旁通管将从往复式发动机排出的废气直接供给所述增压器的所述涡轮部，并能够开闭，其特征在于， 设置有清除用空气供给装置，其在所述旁通管开放时，向所述反应部吹入清除用空气，将所述催化剂单元附近的废气从所述反应部排出。
2.根据权利要求1所述的往复式发动机用废气脱硝设备，其特征在于， 设置扫气储气箱，其供给有从所述增压器的压缩机部的排出口，经由中间空气冷却器冷却的燃烧用空气， 该扫气储气箱上连接有将所述燃烧用空气的一部分作为所述清除用空气取出的吸气管。
3.根据权利要求1所述的往复式发动机用废气脱硝设备，其特征在于， 在所述增压器的压缩机部的排出口与中间空气冷却器之间的路径上，连接有将加压的燃烧用空气的一部分作为清除用空气取出的吸气管。
4.根据权利要求2所述的往复式发动机用废气脱硝设备，其特征在于， 使加热所述清除用空气的加热用传热管介于所述吸气管中，将所述加热用传热管设置在废气储气箱内。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的往复式发动机用废气脱硝设备，其特征在于， 所述废气储气箱及所述蒸发部以及所述反应部设置在一个脱硝反应容器内。
【文档编号】F01N3/24GK104411937SQ201380034899
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2013年4月4日 优先权日:2012年8月3日
【发明者】田中博仲 申请人:日立造船株式会社