[发明专利]废气清洁设备及清洁废气的方法

说明书

本发明涉及废气清洁设备及清洁来自于燃烧过程的废气的方法。所述废气清洁设备及相关方法特别适用于去除不需要的燃烧产物例如NOx、碳氢化合物和存在于废气中的烟灰。本发明还涉及采用冷焰气体去除来自于废气的NOx和颗粒物质。

冷焰是迄今为止并未获得过多关注的一种现象。在冷焰中燃料在预热空气中被部分氧化并且温度恒定保持在大约450℃。该温度与空气/燃料比例和存留时间无关。在冷焰过程中，仅2-20％的燃料热值被释放，并且此热量被用于使燃料蒸发，生成同质气态燃料。此气态燃料在下文中被称为冷焰气体。因此冷焰气体的定义可以是：由空气和碳氢化合物的混合物中碳氢化合物(燃料)的部分氧化形成的气体，并且其中在氧化中仅消耗了相对一小部分的空气(空气的5-10％)。

冷焰气体现象的更完整描述能够在美国专利US 6793693B1中找到。

在本申请人进行的冷焰气体应用的研发性工作中，首先注意到冷焰气体能够去除反应器壁上的碳沉积。随着本申请人继续对利用冷焰气体的应用进行研究，进一步发现冷焰气体具有氧化性和还原性。虽然对此原因还未被肯定地确定，但被认为是归因于存在于冷焰气体中的自由基，即被部分氧化的气态燃料。

来自于内燃机的废气可能包含杂质例如颗粒物质(烟灰)、NOx和不完全燃烧产物，即碳氢化合物(HC)和CO。能够通过氧化催化剂去除不完全燃烧产物，同时能够通过颗粒过滤器从废气中去除颗粒物质。NOx能够从废气中催化去除的条件是废气略具有还原性(例如在奥托发动机中)或者通过NOx吸收器去除(例如对于来自于压缩点火式发动机的废气)。

现今，为了完全处理废气而使用颗粒过滤器、NOx吸收器和氧化催化剂。在应用一段时间以后，颗粒过滤器和NOx吸收器必须复原(regenerate)。此类清洁过程需要两个操作因为颗粒过滤器是在高温(大约600℃)下在氧化环境中复原而NOx吸收器是在较低温度下在还原环境中复原(大约500℃，且在CO气体环境中)。

因此，本发明的目的是为了提供简化的设备和简化的方法来处理来自于燃烧过程的废气。

更具体地，本发明的一个目的是提供简化的设备和简化的方法以去除来自于燃烧过程的废气中的杂质，如NOx、颗粒物质和碳氢化合物。

这些目的通过独立权利要求中所限定的本发明实现。本发明的其它实施例在从属权利要求中限定。

在描述中和权利要求中限定了杂质包括烟灰颗粒、NOx(氮氧化物)、碳氢化合物和能够被冷焰气体去除(通过氧化或者还原去除)的其它物质。

在此提供了一种用于清洁燃烧室中的燃烧过程所产生的废气的废气清洁设备，其中废气清洁设备包括：

-废气流动路径，其被布置成与燃烧室流体连通并且废气从中流过，和

-冷焰气体供应部，其提供冷焰气体。

冷焰气体供应部被进一步布置成与废气流动路径流体连通以使冷焰气体能够被喷射到废气流动路径中流动的废气中并因而至少部分地去除存在于废气中的杂质，如NOx和/或颗粒物质(例如烟灰)和/或碳氢化合物。

燃烧室可以是内燃机(例如压缩点火式发动机(不严格地被称为柴油机)或者奥托发动机)的一部分。废气通过废气流动路径(例如管道、管子、软管或者用于传导废气的任何其它适合的装置)从燃烧室中去除。燃烧室还可以是基于例如煤炭或者任何其它可燃烧材料的燃烧过程的焚化设备或者发电设备的一部分。本发明的其它应用领域同样是容易想象的。燃烧室是发生可燃烧材料的燃烧且产生需要清洁的废气的地方。燃烧室显然能够根据应用的技术领域(即，用在发动机中的、用在焚化设备中的、以及用在发电设备等中的)而采用很多不同的形式。如果在燃烧室中燃烧的可燃物质并非液体或者气体形式(这可能是焚化设备或者发电设备中的情况)，那么废气清洁设备优选包括供给装置(图中未示出)，用来将可燃物质供给至燃烧室内。在此情况下，燃料箱优选将碳氢化合物燃料仅供给至冷焰气体发生器。

在此还提供了一种冷焰气体供应部，其能够通过流体线路被连接至废气流动路径，以使冷焰气体能够被喷射到废气流动路径中流动的废气中。流体线路优选设有所需的阀装置以使得能够调节冷焰气体到废气流动路径中的喷射。冷焰气体发生器能够通过调整供给至冷焰气体发生器的燃料和/或空气的量被调节。优选根据温度和/或压力的测量值和/或有关于从废气流动路径中的一个或者几个位置处取得的废气成分的测量值而自动控制阀装置。