提供还原剂的设备和方法与流程

1.本发明涉及提供还原剂的设备和方法、废气后处理系统(exhaust aftertreatment system)和燃烧机(combustion machine)。
2.本发明涉及燃烧发动机及对燃烧发动机的排放物进行还原的技术领域。


背景技术：

3.本发明优选地涉及一种内燃机，例如大型船舶或船发动机或固定式发动机，该内燃机的气缸具有至少200mm的内径。发动机优选是二冲程发动机或二冲程十字头发动机。发动机可以是柴油发动机或燃气发动机、双燃料发动机或多燃料发动机。在这种发动机中，液体燃料和/或气态燃料的燃烧以及自点火或强制点火都是可能的。
4.内燃机可以是纵向冲洗的二冲程发动机(longitudinally flushed two
‑
stroke engine)。
5.术语内燃机也指大型发动机，其不仅可以以燃料的自点火为特征的柴油机模式运行，而且还可以以燃料的强制点火(positive ignition)为特征的奥托(otto)模式运行，或以两者的混合模式运行。此外，术语内燃机尤其是包括双燃料发动机和大型发动机，其中燃料的自点火用于另一种燃料的强制点火。
6.发动机转速优选地低于800rpm(尤其是针对四冲程发动机)，并且更优选地低于200rpm(尤其是针对二冲程发动机)，这表明了低速发动机的名称(designation)。
7.燃料可以是柴油或船用柴油或重燃油或乳化液或料浆或甲醇或乙醇，以及如液化天然气(lng)、液化石油气(lpg)等气体。
8.可以根据要求添加的其它可能燃料包括：lbg(液化沼气)、生物燃料(例如，藻类或海藻制成的油)、氨、氢、co2的合成燃料(例如，通过电转气(power
‑
to
‑
gas)或电转液(power
‑
to
‑
liquid)制成)。
9.大型船(特别是用于货物运输的船只)通常由内燃机(特别是柴油发动机和/或燃气发动机，大部分是二冲程、十字头发动机)提供动力。在发动机燃烧液体燃料(例如，重燃油、船用柴油、柴油或其它液体)的情况下以及燃烧气体燃料(例如，lng、lpg或其它)的情况下，来自该燃烧过程的废气需要进行清洁以符合诸如imo tier iii之类的现有规定。
10.imo排放标准通常被称为tier i
…
iii标准，除其它外，还规定了现有和新型船用发动机的no
x
排放标准。
11.对于大型船，排放要求不断增加，特别是在氮氧化物排放方面。因此，需要减少由这些船的内燃机排放的废气中的氮氧化物的量。
12.scr(选择性催化还原)技术用于减少燃烧发动机的废气中的氮氧化物(no
x
)的水平。scr通常用于陆基发动机，例如，重型车辆、工业厂房和其它应用。scr技术也已与二冲程柴油机结合用于船舶环境中。由于所述船用柴油发动机和陆基发动机的法规要求，对高效scr系统的需求日益增加。
13.scr可以基于利用还原剂(例如，氨(nh3))以气体形式(例如，还原剂气体)或以溶
液形式(例如，水溶液或尿素)来还原废气中的氮氧化物。
14.通常，通过将还原剂液体(例如，液体还原试剂前体物质，诸如尿素溶液)注入到燃烧发动机的废气中来生成氨。例如，尿素溶液经由喷嘴被喷射到热的废气中，其中液态尿素溶液与气态还原剂(即，氨)、二氧化碳和水蒸气进行反应。然后，氨在scr反应器中的催化剂的作用下将氮氧化物还原为氮(n2)和水(h2o)。由液态尿素生成氨是吸热的。因此，如果废气足够热，则尿素溶液的分解仅是完全的，并且氮氧化物(no
x
)仅被还原为氮(n2)。废气温度越低，充分分解以及与废气进行混合所需的停留时间越长。
15.作为ep 3460639 a公布的申请ep17196592.4(通过引用并入本文)公开了一种用于从固体还原剂或液体还原剂(例如，还原试剂前体物质)生成还原剂气体的紧凑设备。还原剂溶液被加热，并与被注入到燃烧发动机的废气中的气态氨反应。
16.为了操作高温和低温废气，燃烧发动机可以包括用于注入液体还原试剂前体物质的设备以及用于生成并注入还原剂气体的设备。两个设备的提供需要额外的空间。


技术实现要素：

17.因此，本发明的目的是防止现有技术的缺点，并且特别是创建一种提供还原剂的设备和方法、一种废气后处理系统和一种燃烧机，从而确保副反应产物(诸如，n2o和so3)的排放最小化和/或还原剂(诸如，氨或氨前体物质)的剂量减少、废气后处理系统和反应器的结构紧凑并且能耗更低。
18.提供还原剂的设备包括至少一个还原剂提供部分。
19.还原剂优选地用于燃烧发动机的废气中的污染物(特别是no
x
)的还原。
20.还原剂提供部分优选地包括用于生成还原剂气体和/或加热的还原剂液体的至少一个反应器。
21.反应器优选地包括具有加热控制单元和加热元件的加热系统。可以加热反应器的内容积(inner volume)和反应器的内容物(例如，还原剂和/或还原剂前体物质)中的至少一者。
22.反应器可以包括第一加热区和第二加热区。第一加热区和第二加热区各自包括至少一个加热元件，并且第一加热区和第二加热区可以由加热控制单元彼此独立地控制。
23.加热系统优选地是电加热系统，并且可以包括电加热棒。加热棒可以是u形的。加热棒是有利的，因为它们可以延伸通过内容积，从而提供了用于加热内容积的大表面积。
24.反应器优选地适用于将还原剂液体或还原剂前体物质分解成还原剂气体，例如将尿素分解成包含nh3、co2和h2o的气体混合物。
25.加热系统可以被布置在反应器中。
26.还原剂提供部分优选地包括用于还原剂液体的还原试剂供应单元(reductant supply unit)。
27.可以将还原剂液体从还原试剂供应单元直接引导至废气和/或直接引导至反应器。
28.还原试剂供应单元可以包括用于储存还原剂液体的储存器和/或用于引导还原剂液体的管线。
29.还原试剂供应单元和反应器可以被布置在共同的壳体中，或者可以被分开布置。
30.优选地，供应单元按照使得还原剂总是被引导通过反应器的方式来设计。将还原剂从还原试剂供应单元传送至反应器，同时还应将还原剂液体供给到废气中。反应器仅在需要时被加热，以使还原剂液体蒸发。优选地，仅在较低的废气温度下加热反应器。因此，反应器的尺寸可以选择为尽可能紧凑。不需要从还原试剂供应单元到废气的附加管。
31.优选地，该设备不包括从还原试剂供应单元到气缸与scr反应器之间的区域并绕过反应器的第二管线。
32.在还原剂液体从还原试剂供应单元直接供给到废气的情况下，无需使全部还原剂液体传递通过反应器。该反应器仅在需要时才使用，优选地是在较低的废气温度下使用。
33.该设备还包括供应系统，该供应系统适于分配优选地包含氨的还原剂气体和优选地包括尿素的还原剂液体。
34.供应系统是可调节的，以将还原剂气体、或还原剂液体、或还原剂气体和还原剂液体分配到废气。
35.特别地，供应系统是可调节的，以将还原剂液体从还原试剂供应单元分配到废气。优选地，供应系统是可调节的，以使全部还原剂传递通过反应器，以分配蒸发状态下的和液态状态下的还原剂。
36.另选地，供应系统也可以是可调节的，以将还原剂液体引导至废气中，而不使还原剂液体传递通过反应器。
37.因此，供应系统可以是可调节的，以将还原剂液体和还原剂气体同时分配至废气中，其中，一方面可以将还原剂液体引导到废气而不传递到反应器，并且另一方面还原剂可以被引导到反应器中并且可以被蒸发。
38.供应系统可以包括管线、阀、泵和/或喷嘴。因此，还原剂液体、加热的还原剂液体和/或还原剂气体可以由单个设备供应。仅在需要时才提供加热的还原剂液体和还原剂气体。
39.由于定期将未加热的尿素注入废气中，废气系统需要提供一定的额外空间和/或停留时间，从而在废气不足够热以迅速加热尿素的情况下允许尿素加热并在scr反应器的上游分解。废气温度越低，充分分解和混合所需的必要停留时间就越长。
40.由于还原剂可能会被该设备加热并分解，因此不再需要额外的空间。
41.在高发动机负载和相应的较高废气温度下，还原剂可以在无需加热的情况下被直接注入到scr反应器中，至少注入到scr反应器上游的scr反应器的紧邻区域中。
42.在较低发动机负载下，可以提供加热的还原剂液体或还原剂气体。
43.因此，可以在还原剂提供部分中以合适的形式制备还原剂。
44.该设备还可以包括混合单元，该混合单元用于优选地在加热期间在提供部分的反应器和/或还原试剂供应单元中对还原剂进行循环。
45.进一步优选地，该设备可以包括一个或更多个直接或间接温度传感器和/或一个或更多个压力传感器，并且加热控制单元用于将反应器的内容积中的温度保持在预定温度和/或将反应器的内容积中的压力保持在预定压力。因此，提供了恒定的反应条件。
46.该设备可以包括储槽，该储槽用于提供还原剂液体、还原剂固体、还原剂气体和/或还原剂前体物质的储备。
47.因此，该设备可以提供还原剂气体和/或加热的还原剂液体的储备。另外地或另选
地，可以根据需要在反应器中生产还原剂气体和/或加热的还原剂液体。
48.在优选的实施方式中，该设备可以包括多个还原剂提供部分，从而增加了吞吐量。
49.该设备还包括用于选择注入模式的控制单元，其中，至少第一注入模式对应于提供还原剂液体，并且第二注入模式对应于提供还原剂气体。控制单元可以用于提供其它注入模式的选择，其中，分配被加热到选定温度的还原剂液体。
50.控制单元具有至少一条输入线，所述至少一条输入线用于接收输入信号，优选地来自测量单元的输入信号。
51.输入信号还可以由发动机控制单元提供以例如用于传输与发动机负载有关的信息，和/或可以由输入端子提供以例如用于允许用户给出指令。
52.控制单元具有处理器单元。控制单元具有至少一条输出线，所述至少一条输出线用于发送控制信号以对供应系统和/或还原剂提供部分进行调节来分配还原剂液体和/或还原剂气体。
53.通过确定控制信号，选择相应的注入模式。
54.因此，控制单元可以对供应系统和/或还原剂提供部分进行调节以将还原剂液体或还原剂气体输送到废气中。
55.控制单元可以被设计成发起反应器的内容积和/或内容物的加热以在需要时提供还原剂气体，或者将还原剂液体引导通过未加热的反应器到达废气。
56.例如，至少一条输出线可以设置至少一个阀，以允许将还原剂液体或还原剂气体引导至废气。
57.例如，可以设置阀以使得还原剂液体被引导通过未加热的反应器到达废气中，或者可以将还原剂液体从还原试剂供应单元直接引导至废气。
58.还可以设置阀以使得不允许将还原剂液体从还原试剂供应单元直接引导至废气。
59.例如，可以设置阀以使得还原剂液体在不被加热的情况下被引导通过反应器到达用于将还原剂液体供给至废气中的至少一个喷嘴。
60.可以设置阀以使得还原剂液体被引导通过反应器，从而被加热，并且因此还原剂气体被引导至用于将还原剂气体供给至废气中的至少一个喷嘴。
61.优选地，输出线连接至或能够连接至设备的加热系统的加热控制单元。因此，控制单元可以发起反应器的内容积和/或内容物的加热，以例如用于在需要时提供加热的还原剂液体和/或还原剂气体。
62.控制单元可以根据固定的工作程序进行工作，并根据预定方案提供控制信号。
63.例如，控制单元可以在通常具有低发动机负载的第一工作阶段期间提供控制信号，该控制信号用于按照提供还原剂气体的方式来设置供应系统和/或还原剂提供部分的阀和泵。
64.在具有较高发动机负载的第二工作阶段中，可以更改控制信号，以按照提供还原剂液体的方式来设置供应系统和/或还原剂提供部分的阀和泵。
65.控制单元可以包括输入设备，用户可以通过该输入设备来设置工作模式以控制输出线。
66.在该设备的高级实施方式中，控制单元被配置为根据至少一个输入信号来提供至少一个控制信号。控制单元可以包括处理器。
67.控制单元可以根据至少一个输入信号使用查找表或处理方案来确定控制信号。
68.在优选的实施方式中，该设备包括用于测量至少一个工作参数的至少一个传感器。
69.优选地，该设备是如上所述的设备，并且传感器连接至或能够连接至传感器信号输出线，该传感器信号输出线连接至或能够连接至控制单元的输入线。
70.因此，由传感器测量的工作参数可以被控制单元用作输入信号。
71.该传感器例如可以是用于测量(特别是在scr反应器的上游和/或下游的)废气的温度的温度传感器。
72.另选地或附加地，该设备可以包括用于测量其它工作参数、气缸中的压力、废气的压力、scr反应器上游和下游的废气的温度差和/或废气的成分的传感器。
73.输入信号还可以由发动机控制单元提供，以例如用于传输与发动机负载有关的信息，和/或可以由输入端子提供，以例如用于允许用户给出指令。
74.还原剂提供部分可以包括至少一个配量单元，所述至少一个配量单元用于调节要分配的还原剂的量。
75.配量单元可以包括输入线，该输入线连接至或能够连接至控制单元的输出线，以接收由控制单元发送的控制信号。
76.因此，控制单元不仅可以用于确定诸如液体或气态的还原剂的状态以及还原剂的温度，而且控制单元还可以确定用于调节分配到废气的还原剂的量的控制信号。
77.配量单元可以包括一个剂量泵或两个或更多个剂量泵和/或具有剂量阀的一个或两个或更多个泵。由此，可以控制还原剂气体和/或还原剂液体和/或加热的还原剂液体至废气中的供给流和/或还原剂液体从还原试剂供应单元到反应器的供给流。
78.该设备可以包括第一配量单元和第二配量单元，该第一配量单元用于设置从还原试剂供应单元流出且通过的流量，该第二配量单元用于设置从反应器流出并通过的流量。
79.该设备可以包括用于从固体还原剂生成还原剂液体的至少一个预反应器。
80.固体还原剂通常较容易在船上处理。可以轻松地管理运输和存储。
81.特别地，固体尿素是有利的，因为它是稳定的、不挥发的材料，可以被安全地存储、运输和处理。此外，可以以低成本获得固体尿素。
82.用于混合的水可以来自船舶的水分离器。该设备可以包括用于对来自水分离器的水进行过滤的过滤器。
83.预反应器可以包括混合单元和加热单元。
84.通过加热，在还原剂液体中达到更高的浓度。
85.优选地，预反应器被集成在还原剂提供部分中。预反应器可以与反应器一起被布置在共同的壳体中，或者可以分开布置。
86.预反应器可以被布置在反应器的上游。
87.预反应器可以是还原试剂供应单元的一部分。
88.预反应器可以被布置在用于还原剂液体的还原试剂供应单元的上游，并且可以将在预反应器中产生的还原剂液体引导至还原试剂供应单元的管线或储存器。
89.附加地或另选地，预反应器可以提供用于还原剂液体的储存器。
90.预反应器可以提供还原剂液体，当预反应器是还原试剂供应单元的一部分时，还
原剂液体可以被直接引导至废气中。另选地，预反应器可以提供还原剂液体，该还原剂液体可以被引导或可以被传递至还原试剂供应单元。
91.预反应器可以提供还原剂液体，该还原剂液体可以经由还原剂提供部分(特别是经由反应器)被传递至废气。
92.另选地，第一预反应器可以提供还原剂液体，该还原剂液体可以直接地或经由还原试剂供应单元被引导至废气中。第二预反应器可以提供要被引导至反应器的还原剂液体。
93.在该设备的优选实施方式中，供应系统包括第一管线，该第一管线用于将还原剂液体和/或还原剂气体从还原剂提供部分引导至废气。优选地，供应系统包括例如带有加热元件的管加热设备。
94.第一管线可以被布置在反应器的下游。
95.附加地，该设备可以包括第二管线，该第二管线用于将还原剂液体从还原剂提供部分引导至废气。
96.第二管线可以被布置在用于还原剂液体的还原试剂供应单元的下游。
97.第二管线允许还原剂液体被直接引导至废气而无需通过反应器。
98.控制单元可以用于选择注入模式，在所述注入模式下，还原剂液体和还原剂气体被同时分配至废气。还原剂液体可以被引导通过第二管线，而还原剂气体可以被引导通过第一管线。
99.第一管线可以具有10mm至50mm的直径，并且可以耐压高达80bar，优选地高达2bar至50bar，更优选地高达2bar至40bar。第一管线优选是双壁管。
100.第二管线可以具有5mm至30mm的直径。
101.第一管线和第二管线可以并入(优选地，在scr反应器的上游的)第三管线或喷嘴。
102.另选地，第一管线和第二管线不合并，并且保持为分开的管线，直到它们通向废气系统为止。
103.供应系统可以被布置成用于将还原剂液体引导至气缸下游和scr反应器上游的区域中。特别地，第二管线可以被布置成将还原剂液体引导至scr反应器上游的废气系统(例如，废气歧管)中。
104.所述供应系统可以被布置用于将还原剂气体直接引导至scr反应器或直接引导至scr反应器上游的区域。特别地，第一管线可以被布置成将还原剂气体直接引导至scr反应器或接近scr反应器的上游。
105.第一管线可以被引导至scr反应器的入口。
106.第一管线可以连接到用于将还原剂液体供给至废气中的至少一个喷嘴，并且连接至用于将还原剂气体供给至废气中的至少一个喷嘴。
107.第一管线可以包括至少一个阀，优选地，包括两个阀。第一管线可以包括用于打开和关闭到用于将还原剂液体供给至废气中的至少一个喷嘴的连接的一个阀，以及用于打开和关闭到用于将还原剂气体供给至废气中的至少一个喷嘴的连接的一个阀。
108.通常，用于供给还原剂液体的喷嘴的总出口面积小于用于供给还原剂气体的喷嘴的总出口面积。
109.在另选实施方式中，第一管线和/或第二管线被布置成将还原剂引导至scr反应器
上游的废气系统。
110.在优选的实施方式中，供应系统包括用于输送还原剂液体的两介质注入喷嘴。
111.该喷嘴可以包括用于流体的至少一个入口以及用于气体的至少一个入口，所述用于流体的至少一个入口优选地连接至液体管和/或液体还原试剂供应单元，所述用于气体的至少一个入口连接至气体管和/或气体储存器，特别是连接至用于提供加压空气的空气供应单元。
112.加压空气可以与喷嘴中的还原剂液体混合，从而使得还原剂液体从喷嘴中喷射出并且精细且均匀地分布。
113.喷嘴可以连接至用于引导还原剂液体的管线，优选地连接至用于引导还原剂液体的第一管线和/或第二管线。
114.在优选的实施方式中，供应系统包括两状态注入喷嘴，该两状态注入喷嘴用于通过同一喷嘴并且在相应的适当条件下输送还原剂液体和还原剂气体两者。两状态注入喷嘴可以连接至第一管线，该第一管线可以供应还原剂液体或还原剂气体。
115.该目的还通过一种优选地如上所述的用于输送还原剂的设备来实现，该还原剂优选地用于燃烧发动机的废气中的污染物(特别是no
x
)的还原，该设备包括至少一个还原剂提供部分并且包括供应系统，该供应系统适于将优选地包含氨的还原剂气体和优选地包括尿素的还原剂液体分配至废气中。该设备还包括至少一个两状态喷嘴，所述至少一个两状态喷嘴用于输送还原剂液体和还原剂气体两者。
116.还原剂提供部分包括用于还原剂液体的还原试剂供应单元和至少一个反应器，所述至少一个反应器具有加热系统，该加热系统具有用于至少加热反应器的内容积和/或内容物的加热控制单元和加热元件。
117.该设备可以仅包括第一管线，该第一管线将还原剂液体和/或还原剂气体从反应器引导至气缸与scr反应器之间的区域。该设备可以附加地包括第二管线，该第二管线将还原剂液体从还原试剂供应单元引导至气缸与scr反应器之间的区域并绕过反应器。第一管线和最终的第二管线可以连接至或可连接至两状态注入喷嘴。
118.喷嘴可以包括用于仅分配还原剂气体的其它开口。喷嘴可以包括开关，例如包括阀，以用于将还原剂引导至相应的出口。
119.两状态注入喷嘴能够在第一状态与第二状态之间切换，在第一状态下，该两状态注入喷嘴可以包括具有用于排出还原剂液体的总第一开口面积的至少一个开口，在第二状态下，两状态注入喷嘴包括具有用于排出还原剂气体的总第二开口面积的至少一个开口。总第二开口面积大于总第一开口面积。
120.总开口面积可以是多个开口的开口面积之和。
121.在第一状态下，两状态注入喷嘴可以包括至少一个其它出口，所述至少一个其它出口用于排出加压气体，以便喷射还原剂液体。
122.两状态喷嘴优选地包括至少一个可移动元件，例如可移动内管构件或可移动封闭元件。当可移动元件处于第一位置时，两状态喷嘴处于分配还原剂液体的第一状态，而当可移动元件处于不同于第一位置的第二位置时，两状态喷嘴处于分配还原剂气体的第二状态。
123.该供应系统可以包括空气供应单元，该空气供应单元可以连接至或可连接至第一
管线和/或第二管线和/或两介质注入喷嘴和/或两状态注入喷嘴。
124.空气供应单元优选地被布置在两介质注入喷嘴的上游或两状态注入喷嘴的上游。
125.空气供应单元可以向管线和/或喷嘴提供加压空气，以用于将还原剂液体喷射至废气中。
126.空气供应单元可以另选地或附加地连接至反应器和用于还原剂液体的还原试剂供应单元。在发动机的运行被打断的情况下，可以使用空气供应来清洗反应器和/或还原试剂供应单元，以及供应系统和还原剂提供部分的任何管线。因此，可以除去任何剩余的可能有毒的还原剂以及任何不需要的残留物。
127.供应系统可以包括气体和/或蒸汽配量单元。气体和/或蒸汽配量单元优选地被布置在反应器的下游。气体和/或蒸汽配量单元可以用于限制或调节反应器中的压力和/或离开反应器的还原剂气体的压力。
128.该设备可以包括用于第一管线、第二管线和/或第三管线的管加热。管加热可以将管线加热到高达50℃、60℃、70℃、80℃、130℃或145℃。通过加热管线，减少了反应器的能耗，并且可以通过管线输送较高浓度的还原剂而不会损坏管线。
129.当加热管线时，例如，尿素溶液可以包含高达77％(重量百分比，weight％)的尿素。另选地，尿素溶液可以仅包含40％(重量百分比)的尿素。
130.在加热的管线中，降低了形成冷凝物或任何其它不良沉积物的风险。
131.该设备可以包括高压和/或高温容器中。优选地，反应器被布置在高压容器中和/或被布置在高温容器中。在较高温度下，反应和分解发生得更快。
132.该容器可以用于高达80bar的压力，优选地为2bar至50bar，更优选地为2bar至40bar，和/或用于高达300℃的温度。
133.该容器的内容积可以小于3200升，优选地小于1600升，并且特别优选小于200升、120升或60升。由此，提供了一种重量轻的小型设备。这样的设备在诸如船舶应用的空间受限的应用中可能是有利的。
134.该目的还通过一种废气后处理系统来实现，该废气后处理系统包括如上所述的设备和选择性催化还原(scr)反应器。
135.该目的还通过一种包括至少一个气缸以及如上所述的设备或如上所述的废气后处理系统的燃烧发动机来实现，所述燃烧发动机优选地是二冲程发动机，优选地是具有至少200mm内径的至少一个气缸的大型船舶发动机。
136.该目的还通过一种用于输送还原剂的方法来实现，该还原剂优选地用于燃烧发动机的废气中的污染物(特别是no
x
)的还原。还原剂优选地被提供在如上所述的设备中。
137.该方法包括以下步骤：对供应系统进行调节，使供应系统适于分配优选地包含氨的还原剂气体和优选地包括尿素的还原剂液体，和/或对还原剂提供部分进行调节，以分配优选地包含氨的还原剂气体和/或优选地包括尿素的还原剂液体。
138.供应系统和/或还原剂提供部分的调节可以包括：设置至少一个配量泵；设置至少一个配量阀；提供适当量或速率的还原剂液体；提供适当量或速率的加热的还原剂液体；提供适当量或速率的还原剂气体；和/或加热还原剂液体。
139.在随后的步骤中，通过供应系统将还原剂气体和/或还原剂液体从还原剂提供部分分配到废气中。优选地，从可加热的反应器中分配还原剂气体和/或还原剂液体。
140.优选地，为了调节供应系统，优选地，通过控制单元选择注入模式。
141.在选择第一注入模式之后，对供应系统和/或还原剂提供部分进行调节以提供还原剂液体。
142.在选择第二注入模式之后，对供应系统和/或还原剂提供部分进行调节以提供还原剂气体。
143.优选地，在选择第三注入模式之后，对供应系统和/或还原剂提供部分进行调节以提供加热的还原剂液体。
144.相应的还原剂被提供在还原剂提供部分中，并且被引导至燃烧机的废气中。
145.在选择相应的注入模式之后，可以在还原剂提供部分中加热还原剂液体，从而使得可以提供加热的还原剂液体和/或还原剂气体。
146.在如上所述的包括第一管线和第二管线的设备中，可以优选地通过控制单元选择另外的第四注入模式。在选择第四注入模式之后，对供应系统和/或还原剂提供部分进行调节，以同时提供还原剂气体和还原剂液体。
147.可以确定至少一个工作参数，所述至少一个工作参数特别是废气的温度、发动机功率和/或发动机负载，并且所述选择可以根据至少一个工作参数来选取。
148.在前面的步骤中，可以通过在预反应器的混合槽中将固体还原剂溶解在水中来混合还原剂溶液。
149.优选地，对溶液进行预加热。
150.优选地，通过入口管道(优选地是通过加热管)将还原剂溶液从混合槽引导至(特别是泵送至)用于还原剂液体的还原试剂供应单元，和/或引导至(特别是泵送至)还原剂提供部分的反应器。
151.另选地，还原剂溶液可以在还原剂提供部分的还原试剂供应单元中混合。
附图说明
152.以下借助于示例性实施方式和附图说明本发明的其它有利方面。在附图中：
153.图1示出了燃烧发动机的第一示例的示意图；
154.图2示出了燃烧发动机的第二示例的示意图；
155.图3a示出了第一状态下的两状态注入喷嘴的第一示例的示意图；
156.图3b示出了第二状态下的两状态注入喷嘴的第一示例的示意图；
157.图4a示出了第一状态下的两状态注入喷嘴的第二示例的示意图；
158.图4b示出了第二状态下的两状态注入喷嘴的第二示例的细节的示意图。
具体实施方式
159.图1示出了具有气缸(cylinder)32和废气后处理系统33的燃烧机100的第一示例的示意图，该废气后处理系统33包括scr反应器30和用于提供还原剂的设备1。
160.还原剂可以还原燃烧发动机10的废气中的污染物，特别是no
x
。
161.设备1包括至少一个还原剂提供部分2，该还原剂提供部分2具有反应器3b和还原试剂供应单元3a。
162.还原试剂供应单元3a可以容纳储备的还原剂液体。
163.设备1包括加热系统4，该加热系统4具有加热控制单元5和加热元件6，以用于加热反应器3b的内容积和/或内容物7。
164.反应器3b可以从还原试剂供应单元3a接收还原剂液体，该还原剂液体在加热之后变成加热的还原剂液体或者可以分解成还原剂气体。反应器3b被布置在高压和高温容器24中。
165.设备1包括供应系统8，该供应系统8适于分配优选地包含氨的还原剂气体和优选地包含尿素的还原剂液体。
166.供应系统8根据控制单元11的选择将还原剂气体和/或还原剂液体分配给离开发动机10的气缸32的废气。
167.供应系统8包括两介质注入喷嘴9。喷嘴9连接至还原试剂供应单元3a并连接至提供加压空气的空气供应单元19。因此，还原剂液体可以从还原试剂供应单元3a通过第二管线17被引导至喷嘴9，并利用由空气供应单元19供应的加压空气被喷射到scr反应器30上游的区域31中。
168.在反应器3b中产生的还原剂气体可以通过第一管线18被引导至气缸32与scr反应器30之间的区域31，直接到达或接近scr反应器30。
169.当还原剂液体被分配到气缸32与scr反应器30之间的区域31时，还原剂液体需要时间来分解。当排气温度低时，需要较多时间。
170.当发动机32在高负载下工作并且废气温度高时，还原剂液体可以被分配到scr反应器30的上游并且接近scr反应器30，因为在高温废气的情况下该液体将快速分解。
171.在较低的废气温度下，冷的还原剂液体的分解将花费更多的时间，并因此需要更大的流动路径以使液体在到达scr反应器之前分解。然而，利用本设备，对于较低的排气温度，可以注入加热的还原剂液体，该加热的还原剂液体分解更快并且不需要额外的空间来分解。
172.在甚至更低的废气温度情况下，可以分配还原剂气体，该还原剂气体不需要用于分解的任何空间。因此，可以使scr反应器上游的空间最小化。
173.在任何情况下，还原剂气体都可以被分配到非常接近scr反应器。
174.因此，可以将气缸32与scr反应器30之间的距离设计为相对较小的尺寸。
175.气体和/或蒸汽配量单元20被布置在反应器3b的下游。气体和/或蒸汽配量单元可以调节经由第一管线18离开反应器3b的还原剂气体的压力和/或温度。
176.设备1包括控制单元11。
177.控制单元11具有输入线12，该输入线12用于从测量单元13接收至少一个输入信号。
178.控制单元11具有处理器单元14和输出线15，该输出线15用于发送用于调节还原剂提供部分2的至少一个控制信号。
179.输出线15连接至反应器3b的加热系统4的加热控制单元5。
180.设备1包括用于对泵和/或阀(未在图中明确示出)进行设置的配量单元(dosing unit)23，所述泵和/或阀允许将相应还原剂引导至发动机10的scr反应器30上游的区域31。配量单元23可以例如对阀进行设置，从而允许将还原剂液体引导至反应器3b中以被加热和/或蒸发，或者可以对阀进行设置，从而允许将还原剂液体从还原试剂供应单元3a直接引
导至scr反应器30上游的区域31。
181.配量单元23还可以对泵和/或阀进行设置，以确定分配给废气的还原剂的总速率的总量。
182.另一输出线15b连接至配量单元23。
183.控制单元11被配置为根据输入线12从传感器13接收到的至少一个输入信号将该至少一个控制信号提供给输出线15、15b。
184.设备1包括用于从固体还原剂生成还原剂液体的预反应器16。预反应器16可以被集成在还原剂提供部分2中。在该示例中，预反应器16被单独布置在还原试剂供应单元3a的上游。
185.图2示出了具有气缸32和废气后处理系统33的燃烧机100的第二示例的示意图，该废气后处理系统33包括scr反应器30和用于提供还原剂的设备1，类似于图1所示的示例。
186.设备1包括还原剂提供部分2，该还原剂提供部分2具有还原试剂供应单元3a和可加热的反应器3b。
187.反应器3b从还原试剂供应单元3a接收还原剂液体。
188.根据输出线15从控制单元11接收到的信号，还原剂液体被加热并产生还原剂气体，或者还原剂液体被引导通过反应器3b而不被加热。
189.设备1包括供应系统8，该供应系统8适于分配优选地包含氨的还原剂气体和优选地包含尿素的还原剂液体。
190.供应系统8根据控制单元11的选择将还原剂气体和/或还原剂液体分配给离开发动机10的气缸32的废气。
191.供应系统8包括第一管线18，该第一管线18连接至两介质注入喷嘴9并且连接至气体喷嘴35。
192.在还原试剂液体被引导通过反应器并进入第一管线18的情况下，阀34a经由输出线15c从控制单元11获得信号并且被打开，使得还原剂液体通过两介质注入喷嘴9被供给到废气中。同时，阀34b经由输出线15d从控制单元11获得信号并且被关闭。
193.两介质注入喷嘴9连接至用于提供加压空气的空气供应单元19。因此，可以喷射还原剂液体。
194.在空气供应单元19与两介质注入喷嘴9之间可以布置另一阀34c(见图3a)。阀34c和/或空气供应单元19可以连接至与控制单元11连接的另一输出线(图中未示出)，以在需要时引入加压空气的供应。
195.在还原剂气体在反应器中产生并被引导至第一管线18中的情况下，阀34b经由输出线15d从控制单元11获得信号并且被打开，使得还原试剂气体通过气体喷嘴35被供给到废气中。同时，阀34a经由输出线15d从控制单元11获得信号并且被关闭。
196.因此，仅需要一条管线18即可将还原剂液体和还原剂气体从还原试剂供应单元3a引导至scr反应器30上游的区域31。
197.另选地，与图1和图2所示的示例不同，还原剂液体和还原剂气体可以被引导至scr反应器30上游的区域31，并且通过相同的两状态注入喷嘴35、50进入废气(见图3a、图3b、图4a和图4b)。
198.图3a示出了在第一状态下的两状态注入喷嘴35的第一示例的示意图，其中，可以
喷射还原剂液体。
199.两状态注入喷嘴35包括具有开口37的喷嘴壳体36。两状态注入喷嘴35还包括内管构件38，该内管构件38流体地连接至第一管线18。
200.内管构件38能够沿着两介质注入喷嘴35的纵向轴线39移动。
201.内管构件38可以通过套管式伸缩连接件或通过挠性管(未详细示出)流体连接至第一管线18。
202.内管构件38在背离第一管线18的轴向端部42处具有窄开口43。开口43的直径44小于第一管线18的开口直径45。
203.两状态注入喷嘴35可以包括用于轴向移动内管构件38的致动系统(图中未示出)。该致动系统可以是磁性系统、机械系统、气动系统、液压系统或电气系统，和/或可以包括磁性开关和/或电气开关和/或气动开关和/或液压开关和/或马达。
204.内管构件38由支承构件40来支承。在这种情况下，支承构件40是具有通孔41的环形构件。
205.另选地，支承构件40可以包括在周向布置且周向间隔开的杆(post)(图中未示出)。
206.内管构件38与喷嘴壳体36之间的环形空间47可以通过阀34c连接至空气供应单元19。
207.在第一状态下，内管构件38的轴向端部42被定位成接近喷嘴壳体36的开口37(优选在喷嘴壳体36的开口37的内部)，以在内管构件38的轴向端部42与喷嘴壳体之间形成狭缝48。
208.内管构件38按照使得内管构件38中的径向面向的孔46被支承构件40闭合的方式来定位。
209.还原剂液体可以被引导通过第一管线18进入内管构件38中。加压空气可以从空气供应单元19被引导通过打开的阀34c进入喷嘴壳体中，可以通过支承构件40的通孔41，并且通过狭缝48从两介质注入喷嘴35中出来。
210.加压空气用于喷射经由窄孔43离开内管构件38的还原剂液体。
211.图3b示出了在第二状态下的两状态注入喷嘴35的第一示例的示意图，其中，可以分配还原剂气体。
212.阀34c(见图3a)被关闭。
213.内管构件38移动到一位置，其中，轴向端部42被布置在相对于喷嘴壳体36的开口37一距离48处。
214.径向面向的孔46现在自由地朝向环形空间48。
215.通过第一管线18(见图3a)引导至两介质注入喷嘴35的还原剂气体可以流过径向面向的孔46，流过通孔41并流过窄孔43进入壳体36，并且可以从那里离开通过开口37到达废气。
216.在第一状态下，两状态注入喷嘴35提供两个小且分开的出口开口，即，用于引导加压气体的狭缝48和用于排出还原剂液体的窄开口43。还原剂液体可以被喷射到废气中。
217.在第二状态下，两状态注入喷嘴35提供更大的开口面积，即，壳体36的开口37的总面积。更大的开口面积是必要的，因为一定量的还原剂在气相中的体积比在液相中的体积
大。因此，需要更高的吞吐量。
218.在附图中未示出的另选实施方式中，喷嘴壳体36可相对于内管构件38移动。
219.图4a示出了在第一状态下的两状态注入喷嘴50的第二示例的示意图。图4b示出了在第二状态下的两状态注入喷嘴50的第二示例的细节的示意图。
220.两状态注入喷嘴50包括连接至或可连接至第一管线19的内管51和相对于内管51同轴布置的外管52。
221.内管51与外管52之间的环形空间53可通过阀34c连接至空气供应单元19。
222.内管51在背离第一管线18的端部53处具有窄开口54。开口54的直径55小于第一管线18的开口直径45。
223.内管51的端部53和外管52的端部56限定了狭缝开口57。优选地，内管51和外管52朝向相应的端部53、56逐渐变窄。
224.内管51包括至少一个径向面向的开口58，该径向面向的开口58与外管52的至少一个径向面向的开口59径向对准。优选地，所有径向面向的开口58与所有径向面向的开口59对准。
225.在内管51与外管52之间的环形空间53中布置有封闭元件60。
226.封闭元件60可沿着内管51和外管52移动并且由弹簧61支承。封闭元件60包括至少一个径向延伸的开口62。
227.当弹簧61无张力时，径向延伸的开口62与内管51的径向面向的开口58和外管52的径向面向的开口59对准，从而形成径向出口63，如图4b所示。优选地，形成多个径向出口63。
228.由第一管线18供应的还原剂气体可以经由窄开口54(见图4a)以及经由由径向面向的开口58、径向延伸的开口62和径向面向的开口59形成的径向出口63离开两状态注入喷嘴50的内管51。
229.在通过第一管线18供应还原剂液体的情况下，阀34被打开并且加压空气流入。封闭元件60在加压空气的流动方向上(在图4a中向下)被压向弹簧61。内管51的径向面向的开口58闭合，如图4a所示，使得还原剂液体仅能通过窄开口54离开两状态注入喷嘴50。
230.封闭元件60包括在纵向方向上延伸的孔，即沿着内管51和外管52的纵向延伸。加压空气可以流经这些孔(图中未示出)朝向狭缝开口57，以喷射通过狭窄开口54离开的还原剂液体。
231.由于通常以4bar至8bar的压力来供应加压空气，因此加压空气可以使封闭元件60移动并流经封闭元件中的纵向延伸的孔。
232.同样，在第一状态下的两状态注入喷嘴50的第二示例提供了两个小且分开的出口开口，即，用于引导加压气体的狭缝开口57和用于排出还原剂液体的窄开口53。还原剂液体可以被喷射到废气中。
233.在第二状态下，两状态注入喷嘴50提供更大的总开口面积，即，窄开口53的面积以及具有由径向面向的开口58、径向延伸的开口62和径向面向的开口59形成的出口63的直径的面积之和。
234.另选地，代替可纵向移动的封闭元件60，可以围绕内管51布置可旋转的穿孔元件(图中未示出)，该可旋转的穿孔元件允许打开和关闭径向面向的开口58、59。
235.在图中未示出的其它另选实施方式中，内管51和/或外管52的一部分能够轴向或
周向移动，以打开和关闭径向面向的开口58、59。
236.附图标记
237.1 设备
238.2 还原剂提供部分
239.3a、3b 内容积
240.4 加热系统
241.5 加热控制单元
242.6 加热元件
243.7 内容物
244.8 供应系统
245.9 两介质注入喷嘴
246.10 燃烧发动机
247.11 控制单元
248.12 输入线
249.13 测量单元
250.14 处理器单元
251.15、15b、15c、15d 输出线
252.16 预反应器
253.17 第二管线
254.18 第一管线
255.19 空气供应单元
256.20 气体和/或蒸汽配量单元
257.21 混合槽
258.22 入口管道
259.23 配量单元
260.24 容器
261.30 选择性催化还原(scr)反应器
262.31 区域
263.33 废气后处理系统
264.32 气缸
265.34a、34b、34c 阀
266.35 喷嘴
267.100 燃烧机
268.35 两介质注入喷嘴
269.36 喷嘴壳体
270.37 开口
271.38 內管构件
272.39 纵向轴线
273.40 支承构件
274.41 通孔
275.42 轴向端部
276.43 窄开口
277.44 直径
278.45 开口直径
279.46 径向面向的孔
280.47 环形空间
281.48 狭缝
282.49 距离
283.50 两状态注入喷嘴
284.51 內管
285.52 外管
286.53 端部
287.54 窄开口
288.55 直径
289.56 端部
290.57 狭缝开口
291.58 径向面向的开口
292.59 径向面向的开口
293.60 封闭元件
294.61 弹簧
295.62 径向延伸的开口
296.63 径向出口