CN102840016A - 船用大功率柴油机尾气脱硝scr系统管路总成 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船用大功率柴油机尾气脱硝SCR系统管路总成，其包括进气管路、进气锥、净化器装置、出气锥、出气管路，所述进气管路一端与柴油机排气管路连接，另一端连接进气锥的圆形法兰；净化器装置位于进气锥和出气锥之间，通过方形法兰分别与进气锥和出气锥连接；排气管路连接出气锥和总排放管路。所述管体内安装混合器装置及喷射装置，管体两端装有法兰，通过法兰上游端与柴油机排气管连接，下游端与进气锥的进气锥圆形法兰连接。本发明结构合理；尿素与尾气混合均匀，管路内无涡流现象，能提高尿素利用率和设备使用寿命；气流流速分布均匀，能有效提高NOx的转化效率和催化剂的利用率。

Description

船用大功率柴油机尾气脱硝SCR系统管路总成

技术领域

本发明涉及一种进气管路，具体的说是涉及船用大功率柴油机尾气脱硝SCR系统的混合进气管路、催化剂安装管路及出气管路的流道。

背景技术

目前，常规的小型柴油机尾气脱硝SCR系统管路因为受限于有限的安装空间，普遍采用多弯道和突变截面设计。因其使用的是单体催化剂，气流量小，流速快，所以受管路影响小。过多的弯道和突变截面设计并不适用于船用大功率柴油机尾气脱硝SCR系统，大功率柴油机尾气排放量大，所需的排气管路直径大，使得同截面的速度分布不均匀。过多的弯道设计使得尾气在通过弯道时易在弯道下游内侧出现涡流现象，造成尿素在管壁的结晶，这样不仅造成尿素的浪费，同时高浓度尿素长期聚集于此也容易导致管路腐蚀；催化剂入口处的突变截面设计会使得尾气接触催化剂时同截面流速分布不均匀（进气管路中心轴附近的催化剂受尾气流的直接冲击，而通过边缘地带催化剂的尾气少），长期运行会导致高流速中心轴处的催化剂过早失效和其余部分催化剂的利用不完全，不利于设备的长期运行。因此常规的SCR系统管路不能适用于大功率柴油机的尾气脱硝。

发明内容

本发明的目的在于克服常规SCR系统管路应用于船大功率柴油机尾气脱硝的不足，提供了一种船用大功率柴油机尾气脱硝SCR系统管路总成，该管路能适用于船用大功率柴油机排气管径大管径、大排量环境。

按照本发明提供的技术方案，船用大功率柴油机尾气脱硝SCR系统管路总成包括进气管路、进气锥、净化器装置、出气锥、出气管路，所述进气管路一端与柴油机排气管路连接，另一端连接进气锥的圆形法兰；净化器装置位于进气锥和出气锥之间，通过方形法兰分别与进气锥和出气锥连接；排气管路连接出气锥和总排放管路。 

作为本发明的进一步改进，所述进气管路由主要由管体、法兰、喷射装置、混合器装置组成，所述混合器装置安装在管体内，所述管上装有喷射装置，管体两端装有法兰，通过法兰上游端与柴油机排气管连接，下游端与进气锥的进气锥圆形法兰连接。

 作为本发明的进一步改进，所述净化器装置包括箱体、上面板、下面板及催化剂单元；所述催化剂单元由催化剂装入催化剂筒组成，催化剂与催化剂筒之间以陶瓷纤维填充密封；所述催化剂筒上端密封焊接上面板，所述催化剂筒下端密封焊接下面板，在上面板上设置有催化剂单元安装孔，所述催化剂单元安装孔內安装催化剂单元，所述催化剂单元安装在箱体內。所述催化剂单元的个数为六个。所述上面板与进气锥的方形法兰通过螺栓连接，下面板与出气锥的方形法兰通过螺栓连接。

作为本发明的进一步改进，所述箱体还包括上侧板、下侧板，上侧板、下侧板分别焊接于上面板与下面板上。所述上面板上设置有螺栓连接孔。

作为本发明的进一步改进，所述喷射装置包括第一喷嘴座、第二喷嘴座、第三喷嘴座、第四喷嘴座、喷嘴、进气喷射管段，所述进气喷射管段上开设有四个孔，第一喷嘴座、第二喷嘴座、第三喷嘴座、第四喷嘴座与进气喷射管段上的四个孔对应焊接，所述四个喷嘴分别与第一喷嘴座、第二喷嘴座、第三喷嘴座、第四喷嘴座用螺栓连接成第一、第二、第三、第四喷嘴装置。

作为本发明的进一步改进，所述第一、第二、第三、第四喷嘴装置的四个喷射孔位于同一截面，沿中心轴对称分布，喷射方向为径向喷射，各喷射点喷射出的尿素可以相互作用。

作为本发明的进一步改进，所述中轴线附近的第二喷嘴座与第三喷嘴座之间的夹角为60°；第二喷嘴座与第一喷嘴座之间的夹角为30°；第三喷嘴座与第四喷嘴座之间的夹角为30°。

作为本发明的进一步改进，所述混合器装置由两个独立的混合器组合而成，所述两个独立的混合器平行安装在进气管路的管路体内安装孔处。

所述两个独立的混合器结构相同，其中一个独立的混合器包括圆环体、第一导流板、第二导流板、第三导流板、第四导流板、第五导流板、第六导流板；第一导流板、第二导流板、第三导流板、第四导流板、第五导流板、第六导流板相互平行的内嵌在圆环体内，且第一导流板、第二导流板、第三导流板、第四导流板、第五导流板、第六导流板之间长度各不相同。

作为本发明的进一步改进，所述第一导流板、第二导流板、第三导流板、第四导流板、第五导流板分别为前端突出；并分别设置有扰流翅片。

作为本发明的进一步改进，所述第一导流板、第二导流板、第三导流板、第四导流板及第五导流板上分别设置有后突导流片。

作为本发明的进一步改进，所述第六导流板为前端突出，所述第六导流板上设置有前突扰流片及后突扰流片。

作为本发明的进一步改进，所述进气锥、出气锥内部分别设有防止变形的加强筋。

本发明与已有技术相比具有以下优点：

本发明结构合理；尿素与尾气混合均匀，管路内无涡流现象，能提高尿素利用率和设备使用寿命；气流流速分布均匀，能有效提高NOx的转化效率和催化剂的利用率；设备结构简单易安装检修。

附图说明

图1为本发明外观结构示意图。

图2为本发明进气管半剖视图。

图3为本发明进气锥结构示意图。

图4为净化器装置外观等轴视图。

图5为净化器装置内部结构前视图。

图6为净化器装置内部结构左视图。

图7为上下面板结构图。

图8为箱体上侧板结构图。

图9为箱体下侧板结构图。

图10为净化器单元结构图。

图11为本发明喷射嘴布局结构示意图。

图12为本发明喷射装置分解示意图。

图13为本发明立体示意图。

图14为本发明第一导流板结构示意图。

图15为本发明第二导流板结构示意图。

图16为本发明第三导流板结构示意图。

图17为本发明第四导流板结构示意图。

图18为本发明第五导流板结构示意图。

图19为本发明第六导流板结构示意图。

具体实施方式

下面本发明将结合附图中的实施例作进一步描述：

如图1～图4所示，包括进气管路1、进气锥2、净化器装置3、出气锥4、出气管路5、进气管路法兰6、喷射装置7、混合器装置8、管体9、进气锥圆形法兰10及方形法兰12。

如图1所示，本发明包括进气管路1、进气锥2、净化器装置3、出气锥4、出气管路5组成；所述进气管路1一端与柴油机排气管路连接，另一端连接进气锥2的进气锥圆形法兰10；净化器装置3位于进气锥2和出气锥4之间，通过方形法兰12分别与进气锥2和出气锥4连接；排气管路5连接出气锥4和总排放管路。 

如图2~图4所示，进气管路1由主要由管体9、法兰6、喷射装置7、混合器装置8组成，所述混合器装置8安装在管体9内，所述管9上装有喷射装置7，管体9两端装有法兰6，通过法兰6上游端与柴油机排气管连接，下游端与进气锥2的进气锥圆形法兰10连接。

本发明管路系统的各个部件通过法兰连接，且位于同一中心轴线上。所述进气管路1、进气锥2、净化器装置3、出气锥4、出气管路5位于同一中心轴线上。在尾气和尿素混合后没有弯道设计；大小形状不同的部件（进/出气管，净化器组）之间的采用渐变式过渡，无突变流道截面。

如图4~图10所示，所述净化器装置3包括箱体3-1、上面板3-2、下面板3-3、催化剂单元3-4、螺栓连接孔3-5、净化器单元安装孔3-6、上侧板3-7、下侧板3-8、催化剂筒3-9、催化剂3-10、密封陶瓷纤维3-11。

所述催化剂单元3-4由催化剂3-10装入催化剂筒3-9组成，催化剂3-10与催化剂筒3-9之间以密封陶瓷纤维3-11填充密封，同时起到密封和减震的作用；催化剂单元3-4的个数为6个，为 3×2布局分布。催化剂筒3-9上端密封焊接上面板3-2，所催化剂筒3-9下端密封焊接下面板3-3，在其一体四周安装箱体3-1；在上面板3-2上设置有螺栓连接孔3-5及六个催化剂单元安装孔3-6，所述催化剂单元安装孔3-6安装六个催化剂单元3-4。上侧板3-7、下侧板3-8分别焊接于上面板3-2与下面板3-3上，并位于上面板3-2与下面板3-3之间形成箱体3-1。上面板3-2与进气锥的方形法兰通过螺栓连接，下面板3-3与出气锥的方形法兰通过螺栓连接。

本发明中催化剂为挤出式蜂窝状催化剂，由Cormetech公司生产；Φ610×480，主要成分： TiO2为基材，以V2O5为主要活性成份，以WO3为抗氧化、抗毒化辅助成份。 

尾气与NH₃混合后通过进气锥进入净化器装置后，通过上面板3-2的六个气流通道进入到六个催化剂单元3-4中，NOx在催化剂3-10的作用下和NH₃反应生成无毒无害的N₂和H₂O有出气锥汇总输送至排气管路中排出。

本发明增大了催化剂的过流面积，在保证停留时间的的条件下，可以减少催化剂的数量，简化气流平稳度和降低运行故障率；6个催化剂单元统一安装的设计可以减低安装难度，方便维护及检修。

本发明混合气流经过进气锥能均匀进入6个催化剂通道，通过催化剂的催化作用将NOx转化为无害的N₂。

本发明能有效应用于船用大功率柴油机尾气脱硝SCR系统，在保证转化效率的同时，降低催化剂个数，易于安装，结构简单易于在行船期间安装检修。

如图11～图12所示，所述喷射装置7包括第一喷嘴座7-1、第二喷嘴座7-2、第三喷嘴座7-3、第四喷嘴座7-4、喷嘴7-5、进气喷射管段7-6，所述进气喷射管段7-6上开设有四个孔，第一喷嘴座7-1、第二喷嘴座7-2、第三喷嘴座7-3、第四喷嘴座7-4与进气喷射管段7-6上的四个孔对应焊接，所述四个喷嘴7-5分别与第一喷嘴座7-1、第二喷嘴座7-2、第三喷嘴座7-3、第四喷嘴座7-4用螺栓连接成第一、第二、第三、第四喷嘴装置。

所述第一、第二、第三、第四喷嘴装置的四个喷射孔位于同一截面，沿中心轴对称分布，喷射方向为径向喷射，各喷射点喷射出的尿素可以相互作用。

所述中轴线附近的第二喷嘴座7-2与第三喷嘴座7-3之间的夹角为60°；第二喷嘴座7-2与第一喷嘴座7-1之间的夹角为30°；第三喷嘴座7-3与第四喷嘴座7-4之间的夹角为30°。

本发明尿素喷射装置的四个喷嘴座直接与进气喷射管6焊接，稳定可靠；喷嘴5与四个喷嘴座直接螺栓连接且无排气管内部件，安装检修简单方便，且不用调整喷射角度；尿素同时由四个喷嘴装置的喷嘴喷出，各喷嘴喷射孔径小，分散度高，喷射点同截面轴对称分布使得第一、第二喷嘴装置喷射孔喷射出的尿素与第三、第四喷嘴装置的喷射孔喷射出的尿素相互干扰作用使得尿素与烟气混合更均匀。所述的喷嘴装置，每个喷嘴都有独立的剂量控制单元和动力泵，其剂量控制单元有中央控制系统统一控制。

本发明能有效应用于船用大功率柴油机尾气脱硝SCR系统，提高喷射尿素分散和与烟气的混合，有利于NOx的转化效率，且结构简单易于在行船期间安装检修。

如图13～图19所示，所述混合器装置8由两个独立的混合器组合而成，所述两个独立的混合器平行安装在进气管路1的管路体内安装孔处。

所述两个独立的混合器结构相同，其中一个独立的混合器包括圆环体8-4、第一导流板8-5、第二导流板8-6、第三导流板8-7、第四导流板8-8、第五导流板8-9、第六导流板8-10；第一导流板8-5、第二导流板8-6、第三导流板8-7、第四导流板8-8、第五导流板8-9、第六导流板8-10相互平行的内嵌在圆环体8-4内，且第一导流板8-5、第二导流板8-6、第三导流板8-7、第四导流板8-8、第五导流板8-9、第六导流板8-10之间长度各不相同。

所述第一导流板8-5前端突出，第一导流板8-5上设置有扰流翅片8-11。

所述第二导流板8-6前端突出，第二导流板8-6上设置有扰流翅片8-12及后突导流片8-13。

所述第三导流板8-7前端突出，第三导流板8-7上设置有扰流翅片8-14及后突导流片8-15。

所述第四导流板8-8前端突出，第四导流板8-8上设置有扰流翅片8-16及后突导流片8-17。

所述第五导流板8-9前端突出，第五导流板8-9上设置有扰流翅片8-18及后突导流片8-19。

所述第六导流板8-10前端突出，第六导流板8-10上设置有扰流翅片8-21、前突扰流片8-20及后突扰流片8-22。

本发明中尾气进入进气管路1中和尿素混合后，因为尿素喷入量较大，不能迅速的分解为NH3，从而在进气管路中出现多相流，尿素沉积于下部气流中，在通过一组混合装置时，混合器下部导流板8-10的前突扰流片8-20对富含尿素的下部尾气进行充分的扰流，再经过各导流板的后突导流片8-13、8-15、8-17、8-19、8-22将尿素于尾气充分混合。经过一级混合无法达到充分混合的尾气，再经过第二级混合器再次混合已达到充分混合的目的。

本发明不仅提高了混合效率，从而提高转化效率，节约了管道的成本，而且节省了空间，更适合在船舶等空间受到限制的环境下工作。     本发明柴油机尾气进入本发明的进气管路1后，由尿素喷射装置7喷入尿素，再经过混合器装置8的作用使得尾气与尿素充分混合；充分混合后的混合尾气通过进气锥2分别进入净化器装置3的六个净化器单元中；尾气中的NOx在催化剂的作用下和NH₃反应生成无害的N₂，经出气管路进入排气总管路排出。

本发明在尾气和尿素接触后直至排放总管路都处于同一直线，没有弯道，能很好的促进尿素与尾气的混合，不易出现尿素结晶现象；净化器装置3为方形管路，在安装催化剂时能有效利用管路内部空间和在机舱中安装；混合气流由进气管路1到净化器装置3通过进气锥2进入，气流的过流截面积是逐渐增加，截面形状逐步由圆变方，使得在混合烟气接触催化剂时同截面各点流速较为平均，有利于催化剂的利用率。

本发明能有效应用于船用大功率柴油机尾气脱硝SCR系统，提高尿素与烟气的混合，稳定混合气流进入催化剂时的速度，有利于催化剂的利用率，且结构简单易于在行船期间安装检修。

Claims (10)

1.一种船用大功率柴油机尾气脱硝SCR系统管路总成，其特征是：包括进气管路（1）、进气锥（2）、净化器装置（3）、出气锥（4）、出气管路（5），所述进气管路（1）一端与柴油机排气管路连接，另一端连接进气锥（2）的进气锥圆形法兰（10）；净化器装置（3）位于进气锥（2）和出气锥（4）之间，通过方形法兰（12）分别与进气锥（2）和出气锥（4）连接；排气管路（5）连接出气锥（5）和总排放管路；

所述进气管路（1）由主要由管体（9）、法兰（6）、喷射装置（7）、混合器装置（8）组成，所述混合器装置（8）安装在管体（9）内，所述管（9）上装有喷射装置（7）。

2.如权利要求1所述的船用大功率柴油机尾气脱硝SCR系统管路总成，其特征是：所述净化器装置（3）包括箱体（3-1）、上面板（3-2）、下面板（3-3）及催化剂单元（3-4）；所述催化剂单元（3-4）由催化剂（3-10）装入催化剂筒（3-9）组成，催化剂（3-10）与催化剂筒（3-9）之间以陶瓷纤维（3-11）填充密封；所述催化剂筒（3-9）上端密封焊接上面板（3-2），所述催化剂筒（3-9）下端密封焊接下面板（3-3），在上面板（3-2）上设置有净化器单元安装孔（3-6），所述净化器单元安装孔（3-6）內安装催化剂单元（3-4），所述催化剂单元（3-4）安装在箱体（3-1）內；所述催化剂单元（3-4）的个数为六个。

3.如权利要求2所述的船用大功率柴油机尾气脱硝SCR净化器装置，其特征是：所述箱体（3-1）还包括上侧板（3-7）、下侧板（3-8），上侧板（3-7）、下侧板（3-8）分别焊接于上面板（3-2）与下面板（3-3）上。

4.如权利要求1所述的船用大功率柴油机尾气脱硝SCR净化器装置，其特征是：所述喷射装置（7）包括第一喷嘴座（7-1）、第二喷嘴座（7-2）、第三喷嘴座（7-3）、第四喷嘴座（7-4）、喷嘴（7-5）、进气喷射管段（7-6），所述进气喷射管段（7-6）上开设有四个孔，第一喷嘴座7-1、第二喷嘴座7-2、第三喷嘴座7-3、第四喷嘴座7-4与进气喷射管段（7-6）上的四个孔对应焊接，所述四个喷嘴（7-5）分别与第一喷嘴座（7-1）、第二喷嘴座（7-2）、第三喷嘴座（7-3）、第四喷嘴座（7-4）用螺栓连接成第一、第二、第三、第四喷嘴装置。

5.如权利要求4所述的船用大功率柴油机尾气脱硝SCR净化器装置，其特征是：所述第一、第二、第三、第四喷嘴装置的四个喷射孔位于同一截面，沿中心轴对称分布，喷射方向为径向喷射。

6.如权利要求4所述的船用大功率柴油机尾气脱硝SCR净化器装置，其特征是：所述第二喷嘴座（7-2）与第三喷嘴座（7-3）之间的夹角为60°；第二喷嘴座（7-2）与第一喷嘴座（7-1）之间的夹角为30°；所述第三喷嘴座（7-3）与第四喷嘴座（7-4）之间的夹角为30°。

7.如权利要求1所述的船用大功率柴油机尾气脱硝SCR净化器装置，其特征是：所述混合器装置（8）由两个独立的混合器组合而成，所述两个独立的混合器平行安装在进气管路（1）的管路体内。

8.如权利要求7所述的船用大功率柴油机尾气脱硝SCR净化器装置，其特征是：所述两个独立的混合器结构相同，其中一个独立的混合器包括圆环体（8-4）、第一导流板（8-5）、第二导流板（8-6）、第三导流板（8-7）、第四导流板（8-8）、第五导流板（8-9）、第六导流板（8-10）；第一导流板（8-5）、第二导流板（8-6）、第三导流板（8-7）、第四导流板（8-8）、第五导流板（8-9）、第六导流板（8-10）相互平行内嵌在圆环体（8-4）内。

9.如权利要求1所述的船用大功率柴油机尾气脱硝SCR净化器装置，其特征是：所述第一导流板（8-5）、第二导流板（8-6）、第三导流板（8-7）、第四导流板（8-8）、第五导流板（8-9）分别为前端突出；并分别设置有扰流翅片。

10.如权利要求8所述的船用大功率柴油机尾气脱硝SCR净化器装置，其特征是：所述第一导流板（8-5）、第二导流板（8-6）、第三导流板（8-7）、第四导流板（8-8）及第五导流板（8-9）上分别设置有后突导流片；所述第六导流板（8-10）为前端向前突出，所述第六导流板（8-10）上设置有前突扰流片（8-20）及后突扰流片（8-22）。

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