CN209818149U - 还原剂分解系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型的实施例的还原剂分解系统，包括：其供含有氮氧化物的废气移动的排气管道；插入于所述排气管道而喷射还原剂的还原剂喷射部；以及在所述还原剂喷射部的前方朝向所述还原剂喷射部喷射高温气体的气体喷射部。

Description

还原剂分解系统

技术领域

本实用新型的实施例涉及一种还原剂分解系统，更详细而言，涉及一种分解生成用于减少氮氧化物的还原剂的还原剂分解系统。

背景技术

选择性催化还原(selective catalytic reduction，SCR)系统是用于减少在柴油发动机、锅炉、焚烧器等中产成的废气所含有的氮氧化物的系统。

通常，选择性催化还原系统是将在内部设置催化剂而产生氮氧化物减少反应的反应器设置于含有氮氧化物的废气所流动的排气管道上，使废气和还原剂一同通过的同时，在设置于反应器的内部的催化剂中，氮氧化物与还原剂反应而还原处理为对人体无害的氮(N₂)和水(H₂O)。另外，还原剂在反应器的前方被喷射至在排气管道流动的废气。此处，作为还原剂，使用尿素(urea) 水溶液、氨水溶液、无水氨等。

在选择性催化还原系统中，当作为还原剂使用尿素(urea)水溶液时，尿素因废气的温度被分解为氨，且将由氨执行最终的还原剂的作用。

然而，当废气的温度较低时，例如，当废气的温度低于摄氏200至250度时，有可能发生因尿素不完全转换为氨而在排气管道或反应器的内部形成沉淀物 (deposit)的问题。

为了解决这种问题，使用一种不向排气管道直接喷射尿素水溶液，而是在另外的还原剂分解室喷射尿素水溶液的方法。其是一种向还原剂分解室一同供应尿素水溶液和必要的热能以使尿素能够转换成氨，使尿素被热分解或水解而生成氨后，将其供应至反应器前方的排气管道的方法。

但是，在使用于船舶或车辆用柴油发动机的选择性催化还原系统中，因受设置空间的限制，不但要能够在较小的空间内有效地分解尿素而生成氨，而且还要求能够使所生成的氨有效地混合于废气中。

然而，若使用另外的还原剂分解室，则需要为此的各种追加性的装备，因而存在选择性催化还原系统的设置空间大大增加的问题。

实用新型内容

技术课题

本实用新型的实施例提供一种在使分解尿素而生成氨的空间最小化的同时，还能够改善分解效率以及与废气的混合的还原剂分解系统。

技术方案

根据本实用新型的实施例，还原剂分解系统包括：供含有氮氧化物的废气移动的排气管道；插入于所述排气管道而喷射还原剂的还原剂喷射部；以及在所述还原剂喷射部的前方朝向所述还原剂喷射部喷射高温气体的气体喷射部。

所述高温气体所具有的温度可以属于所述还原剂喷射部所喷射的所述还原剂的可分解温度范围内。

上述还原剂分解系统还可以包括内部管道，其设置于所述排气管道内部的一区域而与所述排气管道一同形成双重管结构。另外，所述还原剂喷射部可以在所述内部管道的内部喷射所述还原剂，所述气体喷射部可以在所述内部管道的内部喷射所述高温气体。

设置有所述内部管道的所述排气管道的一区域的直径可以相对大于另一区域。

此外，所述内部管道的前端部可以被隔壁屏蔽。

在上述还原剂分解系统中，可以在所述内部管道的后方具备混合器。

此外，可以在所述内部管道的前端部具备多孔板。

此外，可以在所述内部管道的前端部具备导向叶片(guide vane)。

上述还原剂分解系统还可以包括混合器，该混合器设于所述气体喷射部与所述还原剂喷射部之间。

上述还原剂分解系统还可以包括导向叶片(guide vane)，其设于所述气体喷射部与所述还原剂喷射部之间。

所述导向叶片可以形成为从所述气体喷射部越趋向所述还原剂喷射部方向，直径越大的漏斗形状。

在上述还原剂分解系统中，可以在所述气体喷射部的前方具备阻挡所述排气管道的内部的一部分的隔壁。

上述还原剂分解系统还可以包括温度传感器，其设于所述气体喷射部与所述还原剂喷射部之间。

若在所述温度传感器中测量的温度在所述还原剂的可分解温度范围之内，则所述还原剂喷射部可以喷射所述还原剂。

若在所述温度传感器中测量的温度超出所述还原剂的可分解温度范围，则所述还原剂喷射部可以中断所述还原剂的喷射，或增加所述气体喷射部所喷射的所述高温气体的流量，或提升所述气体喷射部所喷射的所述高温气体的温度。

实用新型的效果

根据本实用新型的实施例，还原剂分解系统在使分解尿素而生成氨的空间最小化的同时，还能够有效地改善分解效率以及与废气的混合。

附图说明

图1a和图1b是本实用新型的第一实施例的还原剂分解系统的结构图。

图2是本实用新型的第二实施例的还原剂分解系统的结构图。

图3是本实用新型的第三实施例的还原剂分解系统的结构图。

图4是本实用新型的第四实施例的还原剂分解系统的结构图。

图5是本实用新型的第五实施例的还原剂分解系统的结构图。

图6是本实用新型的第六实施例的还原剂分解系统的结构图。

图7是本实用新型的第七实施例的还原剂分解系统的结构图。

图8是本实用新型的第八实施例的还原剂分解系统的结构图。

图9是本实用新型的第九实施例的还原剂分解系统的结构图。

图10是本实用新型的第十实施例的还原剂分解系统的结构图。

具体实施方式

下面参考附图对本实用新型的实施例进行详细说明，以便本实用新型所属技术领域中的一般的技术人员容易实施。本实用新型可以被实现为多种相异的形态，并不限于此处说明的实施例。

此外，在多个实施例中，对于具有相同结构的构成要素，使用相同的符号并代表性地在第一实施例中进行说明，在其余实施例中，将只对与第一实施例不同的结构进行说明。

需要说明的是，附图是示意性的，并未按比例图示。为了图中的清晰性和方便性，图中所示部分的相对尺寸和比例在其大小上被夸张或缩小而图示，任意的尺寸均只是示例性的，而不是限定性的。另外，对于出现在两个以上的图中的相同的结构物、要素或部件，使用相同的参照符号，以体现相似的特征。

本实用新型的实施例具体地示出本实用新型的理想的实施例。其结果，预想得到图解的多种变形。因此，实施例不局限于所图示区域的特定形态，例如，也包括制造导致的形态的变形。

下面参照图1a和图1b对本实用新型的第一实施例的还原剂分解系统101进行说明。

本实用新型的第一实施例的还原剂分解系统101分解作为还原剂前体的尿素(urea)来生成为了减少废气所含有的氮氧化物(NOx)而用作还原剂的氨 (NH₃)。

如图1a和图1b所图示，在还原剂分解系统101的后方配置有在内部设置有催化剂350的反应器300。另外，通过还原剂分解系统101生成的氨(NH₃)与废气混合而经过催化剂350的同时与废气中含有的氮氧化物(NOx)发生还原反应。此时，催化剂350可以由诸如沸石(Zeolite)、钒(Vanadium)以及铂 (Platinum)等公知于本领域中的工作人员的多种材料制成。

如图1a和图1b所图示，本实用新型的第一实施例的还原剂分解系统101包括排气管道610、还原剂喷射部410、以及气体喷射部510。

此外，本实用新型的第一实施例的还原剂分解系统101还可以包括还原剂供应部450和气体供应部550。

排气管道610供含有氮氧化物(NOx)的废气移动。具体而言，排气管道 610连接废气排出源和反应器300。

例如，废气排出源可以是船舶用发动机。更具体而言，废气排出源可以是二冲程低速柴油发动机。但是，本实用新型的第一实施例并不限于此。废气排出源可以是四冲程中速柴油发动机，也可以是以混用了二冲程低速柴油发动机和四冲程中速柴油发动机的多个发动机为废气排出源。此时，二冲程低速柴油发动机可以用作向船舶提供推进力的主动力源，四冲程中速柴油发动机可以用作发电用或辅助动力源。此外，废气排出源并不限于船舶用发动机，也可以是车辆用发动机。

如此，废气排出源也可以是公知于本领域中的一般的技术人员的多种多样的发动机或使用于成套机械的动力装置。

还原剂喷射部410插入于排气管道610而向通过排气管道610移动的废气以尿素水溶液的形态喷射尿素(urea，CO(NH₂)₂)。例如，还原剂喷射部410 可以向后方，即反应器300方向喷射尿素水溶液。

在本说明书中，所谓的前方意指以废气的移动方向为基准的上游方向，所谓的后方意指以废气的移动方向为基准的下游方向。

在本实用新型的第一实施例中，还原剂喷射部410所喷射的尿素(urea， CO(NH₂)₂)水溶液相当于还原剂前体，尿素被热分解或水解的同时生成氨 (NH₃)和异氰酸(Isocyanicacid，HNCO)，且异氰酸(HNCO)可以又分解为氨(NH₃)和二氧化碳(CO₂)。

还原剂供应部450供应还原剂喷射部410待喷射的尿素水溶液。还原剂供应部450可以考虑根据作为废气排出源的发动机的负荷变动的还原剂要求量来供应适宜量的尿素。

此外，虽然未具体图示，还原剂供应部450可以包括储存箱、喷雾用压缩空气供应装置等公知于本领域中的一般的技术人员的多种结构。

气体喷射部510在还原剂喷射部410的前方朝向还原剂喷射部410喷射高温气体。此时，气体喷射部510所喷射的高温气体所具有的温度属于还原剂喷射部410所喷射的尿素的能够分解的温度范围内。例如，高温气体可以具有摄氏 200度至摄氏600度范围内的温度。

如此，气体喷射部510所喷射高温气体不但为分解还原剂喷射部410所喷射的尿素而提供必要的热能，而且还有助于使分解尿素而生成的氨与废气有效混合。

气体供应部550供应气体喷射部510待喷射的高温气体。此外，在本实用新型的第一实施例中，当沿排气管道610移动的废气的温度不及尿素的可分解温度时，气体供应部550可以向气体喷射部510供应高温气体。

此外，虽然未具体图示，气体供应部550可以包括公知于本领域中的一般的技术人员的多种结构。

通过这样的结构，本实用新型的第一实施例的还原剂分解系统101在使分解尿素而生成氨的空间最小化的同时，还能够改善分解效率以及与废气的混合。

具体而言，根据本实用新型的第一实施例，无需具备另外的分解室，在向沿排气管道610移动的废气直接喷射尿素的同时，还能够通过气体喷射部510 所喷射的高温气体有效地分解尿素而生成氨。

此外，气体喷射部510所喷射的高温气体可以在排气管道610的内部形成新的气流，从而有助于使分解尿素而生成的氨与废气混合。

如此，不但无需增加选择性催化还原系统的整体大小即可有效地分解尿素而生成氨，而且还能够使氨与废气有效混合。

此外，能够防止因尿素未完全转换成氨而在排气管道或反应器的内部形成沉淀物(deposit)的现象。

下面参照图2对本实用新型的第二实施例的还原剂分解系统102进行说明。

如图2所图示，本实用新型的第二实施例的还原剂分解系统102在前述第一实施例中还包括内部管道650，该内部管道650设置于排气管道610的内部的一区域而与排气管道610一同形成双重管结构。

另外，还原剂喷射部410在内部管道650的内部喷射还原剂，气体喷射部510 在内部管道650的内部喷射高温气体。

内部管道650抑制由气体喷射部510喷射的高温气体在排气管道610的内部不必要地扩散。即，能够使高温气体所具有的热能集中于分解由还原剂喷射部 410喷射的尿素。

通过这样的结构，本实用新型的第二实施例的还原剂分解系统102在使分解尿素而生成氨的空间最小化的同时，还能够更有效地改善分解效率以及与废气的混合。

尤其，使气体喷射部510所喷射的高温气体所具有的热能集中于分解尿素，且抑制被不必要地浪费，从而能够提高选择性催化还原系统的整体热能利用效率。

下面，参照图3对本实用新型的第三实施例的还原剂分解系统103进行说明。

如图3所图示，本实用新型的第三实施例的还原剂分解系统103在前述第二实施例中还包括隔壁670，该隔壁670屏蔽内部管道650的前端部。

即，隔壁670阻挡沿排气管道610移动的废气向内部管道650的前端部流入。

因此，根据本实用新型的第三实施例，当沿排气管道610移动的废气的温度不及尿素的可分解温度时，能够抑制废气流入内部管道650而与气体喷射部 510所喷射的高温气体混合，使得整体温度下降的现象。

即，能够使气体喷射部510所喷射的高温气体所具有的热能更集中于分解由还原剂喷射部410喷射的尿素。

通过这样的结构，本实用新型的第三实施例的还原剂分解系统103在使分解尿素而生成氨的空间最小化的同时，还能够更有效地改善分解效率以及与废气的混合。

尤其，能够使气体喷射部510所喷射的高温气体所具有的热能更集中于分解尿素。

下面参照图4对本实用新型的第四实施例的还原剂分解系统104进行说明。

如图4所图示，本实用新型的第四实施例的还原剂分解系统104在前述第二实施例中还包括多孔板680，该多孔板680设于内部管道650的前端部。在多孔板680形成有废气能够通过的多个贯通孔689。

多孔板680不但减少沿排气管道610移动的废气流入内部管道650的前端部的流量，还改变流入内部管道650的废气的气流，或产生涡流。

因此，根据本实用新型的第四实施例，能够使分解由还原剂喷射部510喷射的尿素而生成的氨与废气有效混合。

此外，当沿排气管道610移动的废气的温度不及尿素的可分解温度时，减少废气流入内部管道650的流量，从而能够减少气体喷射部510所喷射的高温气体的温度下降的现象。即，能够使气体喷射部510所喷射的高温气体所具有的热能集中于分解由还原剂喷射部410喷射的尿素。

此外，由于废气经过多孔板而形成的气流的变化，能够使分解尿素而生成的氨与废气有效混合。

通过这样的结构，本实用新型的第四实施例的还原剂分解系统104在使分解素而生成氨的空间最小化的同时，还能够更有效地改善分解效率以及与废气的混合。

下面参照图5对本实用新型的第五实施例的还原剂分解系统105进行说明。

如图5所图示，本实用新型的第五实施例的还原剂分解系统105在前述第二实施例中还包括导向叶片690(guide vane)，该多孔板680设于内部管道650的前端部。

导向叶片690在沿排气管道610移动的废气流入内部管道650的前端部时改变废气的气流或产生涡流。

因此，根据本实用新型的第四实施例，能够使分解由还原剂喷射部410喷射的尿素而生成的氨与废气有效混合。

通过这样的结构，本实用新型的第五实施例的还原剂分解系统105在使分解尿素而生成氨的空间最小化的同时，还能够更有效地改善分解效率以及与废气的混合。

下面参照图6对本实用新型的第六实施例的还原剂分解系统106进行说明。

如图6所图示，在本实用新型的第六实施例的还原剂分解系统106中，设置有内部管道650的排气管道610的一区域615形成为直径相对大于另一区域611。

此外，还原剂分解系统106还包括混合器710，该混合器710设于内部管道 650的后方。

除了排气管道610的直径变化以及追加了混合器710外，本实用新型的第六实施例的还原剂分解系统106与第三实施例相同。

若在排气管道610的内部设置内部管道650，且内部管道650的前端部被隔壁670堵塞，则沿排气管道610移动的废气的流路阻抗将增加。

如此，若流路阻抗增加，则不但排气管道610的内部的压力可能会上升，还可能会对整体排气系统造成负面影响而降低作为废气排出源的发动机的性能下降。

然而，根据本实用新型的第六实施例，通过在设置有内部管道650的一区域615增加排气管道610的直径，能够抑制废气的移动引起的流路阻抗增加。

此外，根据本实用新型的第六实施例，通过在内部管道650的后方具备混合器710，能够使分解由还原剂喷射部410喷射的尿素而生成的氨与废气有效地混合。

通过这样的结构，本实用新型的第六实施例的还原剂分解系统106在使分解尿素而生成氨的空间最小化的同时，还能够更有效地改善分解效率以及与废气的混合。

此外，根据本实用新型的第六实施例，可以通过改善排气管道610的结构来有效地抑制因在排气管道610内设置内部管道650而导致流路阻抗增加。

下面参照图7对本实用新型的第七实施例的还原剂分解系统107进行说明。

如图7所图示，本实用新型的第七实施例的还原剂分解系统107在前述第一实施例中还包括混合器720，该混合器720配置于气体喷射部510与还原剂喷射部410之间。

混合器720改变由气体喷射部510喷射的高温气体的气流，从而使由还原剂喷射部410喷射的尿素被高温气体分解而生成的氨能够与废气有效混合。

通过这样的结构，本实用新型的第七实施例的还原剂分解系统107在使分解尿素而生成氨的空间最小化的同时，还能够更有效地改善分解效率以及与废气的混合。

下面参照图8对本实用新型的第八实施例的还原剂分解系统108进行说明。

如图8所图示，本实用新型的第八实施例的还原剂分解系统108在前述第一实施例中还包括导向叶片900(guide vane)，其配置于气体喷射部510与还原剂喷射部410之间。

导向叶片900能够抑制由气体喷射部510喷射的高温气体在排气管道610的内部不必要地扩散。即，导向叶片900向还原剂喷射部410方向引导由气体喷射部51喷射的高温气体。

具体而言，导向叶片900可以形成为从气体喷射部510越趋向还原剂喷射部 410方向，直径越大的漏斗形状。

通过这样的结构，本实用新型的第八实施例的还原剂分解系统108在使分解尿素而生成氨的空间最小化的同时，还能够有效地改善分解效率以及与废气的混合。

下面参照图9对本实用新型的第九实施例的还原剂分解系统109进行说明。

如图9所图示，本实用新型第九实施例的还原剂分解系统109在前述第一实施例中还包括隔壁800，该隔壁800设于气体喷射部510的前方。

此时，隔壁800阻挡排气管道610的内部的一部分。即，隔壁800抑制沿排气管道610移动的废气对由气体喷射部510喷射的高温气体直接造成影响。

因此，由隔壁800抑制由气体喷射部510喷射的高温气体分解由还原剂喷射部410喷射的尿素之前沿排气管道610移动的废气与由气体喷射部510喷射的高温气体直接混合。

此外，隔壁800在沿排气管道610移动的废气的气流中引发涡流，从而使由还原剂喷射部410喷射的尿素被高温气体分解而生成的氨能够与废气有效地混合。

通过这样的结构，本实用新型的第九实施例的还原剂分解系统109在使分解尿素而生成氨的空间最小化的同时，还能够有效地改善分解效率以及与废气的混合。

下面参照图10对本实用新型的第十实施例的还原剂分解系统110进行说明。

如图10所图示，本实用新型的第十实施例的还原剂分解系统110在前述第一实施例中还包括温度传感器200，该温度传感器200配置于气体喷射部510与还原剂喷射部410之间。

在本实用新型的第十实施例中，若在温度传感器200中测量的温度在尿素的可分解温度范围以内，则还原剂喷射部410可以喷射还原剂。例如，尿素的可分解温度范围可以是摄氏200度至摄氏600度。

此外，若在温度传感器200中测量的温度超出尿素的可分解温度范围，则还原剂喷射部410可以中断尿素的喷射，或增加气体喷射部510所喷射的高温气体的流量，或提升气体喷射部510所喷射的高温气体的温度。

如此，根据本实用新型的第十实施例，能够恰当地判断还原剂喷射部410 的尿素水溶液的喷射时间点来防止因尿素未完全转换成氨在排气管道610或反应器300的内部形成沉淀物(deposit)的现象。

通过这样的结构，本实用新型的第十实施例的还原剂分解系统110在使分解尿素而生成氨的空间最小化的同时，还能够有效地改善分解效率和与废气的混合。

尽管上面参照附图对本实用新型的实施例进行了说明，但本实用新型所属技术领域的一般的技术人员可以理解在不改变本实用新型的技术思想或必备特征的前提下，可以以其他具体形态实施本实用新型。

因此，以上所描述的实施例在各方面均应理解为是示例性的，而不是限定性的，本实用新型的范围由后述的权利要求书体现，从权利要求的意义、范围及其等价概念中导出的所有变更或变形的形态均应解释为落入本实用新型的范围内。

产业上的利用可能性

本实用新型的实施例的还原剂分解系统可以使用于使分解尿素而生成氨的空间最小化的同时，还能够有效改善分解效率和与废气的混合。

Claims (15)

1.一种还原剂分解系统，其特征在于，包括：

供含有氮氧化物的废气移动的排气管道；

插入于所述排气管道而喷射还原剂的还原剂喷射部；以及

在所述还原剂喷射部的前方朝向所述还原剂喷射部喷射高温气体的气体喷射部。

2.根据权利要求1所述的还原剂分解系统，其特征在于，

所述高温气体所具有的温度属于所述还原剂喷射部所喷射的所述还原剂的可分解温度范围内。

3.根据权利要求1所述的还原剂分解系统，其特征在于，

还包括内部管道，其设置于所述排气管道内部的一区域而与所述排气管道一同形成双重管结构，

所述还原剂喷射部在所述内部管道的内部喷射所述还原剂，所述气体喷射部在所述内部管道的内部喷射所述高温气体。

4.根据权利要求3所述的还原剂分解系统，其特征在于，

设置有所述内部管道的所述排气管道的一区域的直径相对大于另一区域。

5.根据权利要求3所述的还原剂分解系统，其特征在于，

所述内部管道的前端部被隔壁屏蔽。

6.根据权利要求3所述的还原剂分解系统，其特征在于，

在所述内部管道的后方具备混合器。

7.根据权利要求3所述的还原剂分解系统，其特征在于，

在所述内部管道的前端部具备多孔板。

8.根据权利要求3所述的还原剂分解系统，其特征在于，

在所述内部管道的前端部具备导向叶片。

9.根据权利要求1所述的还原剂分解系统，其特征在于，

还包括混合器，该混合器设于所述气体喷射部与所述还原剂喷射部之间。

10.根据权利要求1所述的还原剂分解系统，其特征在于，

还包括导向叶片，其设于所述气体喷射部与所述还原剂喷射部之间。

11.根据权利要求10所述的还原剂分解系统，其特征在于，

所述导向叶片形成为从所述气体喷射部越趋向所述还原剂喷射部方向，直径越大的漏斗形状。

12.根据权利要求1所述的还原剂分解系统，其特征在于，

在所述气体喷射部的前方具备阻挡所述排气管道的内部的一部分的隔壁。

13.根据权利要求1所述的还原剂分解系统，其特征在于，

还包括温度传感器，其设于所述气体喷射部与所述还原剂喷射部之间。

14.根据权利要求13所述的还原剂分解系统，其特征在于，

若在所述温度传感器中测量的温度在所述还原剂的可分解温度范围之内，则所述还原剂喷射部喷射所述还原剂。

15.根据权利要求13所述的还原剂分解系统，其特征在于，

若在所述温度传感器中测量的温度超出所述还原剂的可分解温度范围，则所述还原剂喷射部中断所述还原剂的喷射，或增加所述气体喷射部所喷射的所述高温气体的流量，或提升所述气体喷射部所喷射的所述高温气体的温度。