CN104989501A - 一种船用scr系统温度补偿装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及船舶柴油机氮氧化合物排放控制技术领域，具体涉及一种船用SCR系统温度补偿装置。包括：柴油机、SCR反应器和排气管路，所述柴油机和选择性催化还原SCR反应器分别安装在所述排气管路两端；其特征在于，所述装置还包括：气体加热设备，所述气体加热设备设置于所述排气管路中部，所述气体加热设备的气体出口与所述排气管路中部设置的开口密封连接，使所述气体加热设备输出的加热后的气体进入所述排气管路内。通过将SCR反应器安装在柴油机之后，减少了SCR反应器对柴油机增压器的影响，具有结构紧凑、完全自主调节、响应速度快以及稳定性优越等优势，解决了现有低速柴油机SCR系统的船用安装局限性，对已有的柴油机实施脱硝改造更加方便。

Description

一种船用SCR系统温度补偿装置
技术领域
本发明涉及船舶柴油机氮氧化合物排放控制技术领域，具体涉及一种船用SCR系统温度补偿装置。
背景技术
选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction，简称SCR)技术是船舶用柴油机氮氧化合物排放控制的主要技术，是指在催化剂的作用下，利用还原剂(如液氨、尿素等)来“有选择性”地与烟气中的氮氧化合物反应并生成无毒无污染的氮气和水。催化剂是该技术的核心，目前常用的催化剂的最佳活性温度为300～450摄氏度，然而一般船用的低速柴油机增压器后排放温度为220～280摄氏度，低于SCR催化剂最低活性温度要求。因此，目前主要通过把SCR反应器安装在柴油机增压器前来解决排气温度过低无法满足催化剂活性温度要求的问题。但是上述方法在实际运行过程中存在以下缺陷：
第一，SCR反应器会消耗一部分排气背压，从而影响柴油机增压器的运行；
第二，SCR反应器运行过程中会向排气管路中喷射尿素水溶液，有可能会进入柴油机增压器内，影响柴油机增压器的使用效果和寿命，同时催化剂也可能发生破碎对柴油机增压器造成严重损害；
第三，SCR反应器安装在柴油机增压器前，只适用于新造柴油机，无法对现有柴油机进行改造，而且设备只能放置于机舱内，不同于后置反应器可安装于烟囱井，造成设备安装不方便。
发明内容
针对现有技术中将SCR反应器安装在柴油机增压器之后，柴油机排放气温度无法达到催化剂活性温度的缺陷，本发明提供了一种船用SCR系统温度补偿装置。
本发明提供的一种船用SCR系统温度补偿装置，包括：柴油机、SCR反应器和排气管路，所述柴油机和SCR反应器分别安装在所述排气管路两端；所述装置还包括：
气体加热设备，所述气体加热设备设置于所述排气管路中部，所述气体加热设备的气体出口与所述排气管路中部设置的开口密封连接，使所述气体加热设备输出的加热后的气体进入所述排气管路内。
进一步地，所述气体加热设备包括：热风管、燃烧器、风机和供油设备；
所述热风管为中空结构，一端为气体出口，与所述排气管路中部设置的开口密封连接，另一端为气体入口；
所述燃烧器和所述风机设置于所述热风管的气体入口处；
所述供油设备与所述燃烧器连接，为所述燃烧器提供燃烧用油。
进一步地，所述装置还包括控制器，所述控制器分别与所述燃烧器、所述风机和所述供油设备连接，控制所述燃烧器的点火、所述风机的排风量以及所述供油设备的供油量。
进一步地，所述装置还包括温度传感器，所述温度传感器设置于所述排气管路内，位于靠近所述SCR反应器的一端；或者所述温度传感器设置于所述SCR反应器的反应区域；并且所述温度传感器与所述控制器连接。
进一步地，所述装置还包括混合叶轮，所述混合叶轮设置于所述排气管路内，位于所述排气管路上的开口与所述SCR反应器之间。
进一步地，所述装置还包括高温闸阀，所述高温闸阀设置于所述气体加热设备的气体出口处。
本发明提供的一种船用SCR系统温度补偿装置，通过将加热后的高温气体与柴油机排放气体进行混合，混合后的气体温度满足SCR催化剂活性温度要求，经过SCR反应器使柴油机的排放气体中的氮氧化合物含量符合排放要求。同时，将SCR反应器安装在柴油机之后，减少了SCR反应器对柴油机增压器的影响，具有结构紧凑、完全自主调节、响应速度快以及稳定性优越等优势，解决了现有低速柴油机SCR系统的船用安装局限性，对已有的柴油机实施脱硝改造更加方便。
附图说明
参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点；附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，附图中：
图1为本发明实施例中一种船用SCR系统温度补偿装置。
具体实施方式
现结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步详细阐述。
图1为本发明实施例中一种船用SCR系统温度补偿装置结构示意图，如图1所示，为本实施例公开的一种船用SCR系统温度补偿装置，包括：柴油机1、SCR反应器3和排气管路2，所述柴油机1和SCR反应器3分别安装在所述排气管路2两端；所述装置还包括：
气体加热设备4，所述气体加热设备设置于所述排气管路2中部，所述气体加热设备4的气体出口与所述排气管路2中部设置的开口密封连接，使所述气体加热设备4输出的加热后的气体进入所述排气管路2内。
其中，所述气体加热设备4具体包括：热风管41、燃烧器42、风机43和供油设备44；
所述热风管41为中空结构，一端为气体出口，与所述排气管路2中部设置的开口密封连接，另一端为气体入口；
所述燃烧器42和所述风机43设置于所述热风管41的气体入口处；
所述供油设备44与所述燃烧器42连接，为所述燃烧器42提供燃烧用油。
所述装置还包括控制器5，所述控制器5分别与所述燃烧器42、所述风机43和所述供油设备44连接，控制所述燃烧器42的点火、所述风机43的排风量以及所述供油设备44的供油量。
进一步地，所述装置还包括温度传感器6，所述温度传感器6设置于所述排气管路2内，位于靠近所述SCR反应器3的一端；或者所述温度传感器6设置于所述SCR反应器3的反应区域；并且所述温度传感器6与所述控制器5连接。
进一步地，所述装置还包括混合叶轮7，所述混合叶轮7设置于所述排气管路2内，位于所述排气管路2上的开口与所述SCR反应器3之间。
进一步地，所述装置还包括高温闸阀8，所述高温闸阀8设置于所述气体加热设备4的气体出口处。
当柴油机开启并保持工况稳定时，开启燃烧器风机进行预扫气，随之打开燃烧器的点火电极完成点火并建立火焰，同时燃烧器形成的高温气体与柴油机原始气体在混合叶轮的作用下均匀分布并输送至后端的SCR反应器中。
同时，温度传感器实时采集高温气体和原始气体混合后排气管路中的温度数据，并将该温度值反馈给控制器，经过控制器内部算法判断当前温度是否在SCR催化剂的活性温度范围内，若温度传感器检测到的温度值不在SCR催化剂的活性温度范围之内，则通过控制供油设备改变燃烧器的供油量以及调节风机的排风量，使排气管路中的气体温度满足SCR催化剂的活性要求。具体调节方式如下：
当排气管路中的温度低于SCR催化剂活性温度最低值时，控制器上调燃烧器的供油量和风机频率，提高燃烧器形成高温气体的温度，增大排风量提高排气管路中高温气体的比例，使排气管路中的温度迅速上升至SCR催化剂的活性温度范围之内；当排气管路中的温度高于SCR催化剂活性温度最高值时，控制器下调燃烧器的供油量和风机频率，降低燃烧器形成高温气体的温度，减小排风量降低排气管路中高温气体的比例，使排气管路中的温度迅速下降至SCR催化剂的活性温度范围之内。
举例来说，对于一艘船舶主推动力为额定功率4350kw，额定转速为167rpm/min的低速柴油机，由于该柴油机的排气温度为245～280摄氏度，低于主流SCR催化剂的最低活性温度要求，为满足氮氧化合物的排放要求，需要对该柴油机进行改造。若采用现有方法，将SCR反应器安装在柴油机增压器之前，由于机舱空间有限不利于标准件的安装，反应器和催化剂都需要采用非标准设计，极大的增加了相应的经济成本，此外，前置SCR反应器增加了柴油机增压器的入口背压，也有可能使SCR系统相关反应物质进入增压器，造成柴油机增压器的损坏，严重影响柴油机增压器的正常运行和使用寿命。
而采用本实施例提供的温度补偿装置，其中温度补偿装置的成本仅占SCR系统的百分之六左右，安装过程中也可以结合现有设备调节安装，不需另外提供空间安装，装备完成后即可投入使用，设备后期的使用维护都无需额外增加人力物力成本。同时，如果在SCR反应器后端增加余热锅炉还可实现能源再利用，降低运营成本。
本实施例提供的一种船用SCR系统温度补偿装置，通过将加热后的高温气体与柴油机排放气体进行混合，混合后的气体温度满足SCR催化剂活性温度要求，经过SCR反应器使柴油机的排放气体中的氮氧化合物含量符合排放要求。同时，将SCR反应器安装在柴油机之后，减少了SCR反应器对柴油机增压器的影响，具有结构紧凑、完全自主调节、响应速度快以及稳定性优越等优势，解决了现有低速柴油机SCR系统的船用安装局限性，对已有的柴油机实施脱硝改造更加方便。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种船用SCR系统温度补偿装置，包括：柴油机、选择性催化还原SCR反应器和排气管路，所述柴油机和SCR反应器分别安装在所述排气管路两端；其特征在于，所述装置还包括：
气体加热设备，所述气体加热设备设置于所述排气管路中部，所述气体加热设备的气体出口与所述排气管路中部设置的开口密封连接，使所述气体加热设备输出的加热后的气体进入所述排气管路内。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体加热设备包括：热风管、燃烧器、风机和供油设备；
所述热风管为中空结构，一端为气体出口，与所述排气管路中部设置的开口密封连接，另一端为气体入口；
所述燃烧器和所述风机设置于所述热风管的气体入口处；
所述供油设备与所述燃烧器连接，为所述燃烧器提供燃烧用油。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括控制器，所述控制器分别与所述燃烧器、所述风机和所述供油设备连接，控制所述燃烧器的点火、所述风机的排风量以及所述供油设备的供油量。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括温度传感器，所述温度传感器设置于所述排气管路内，位于靠近所述SCR反应器的一端；或者所述温度传感器设置于所述SCR反应器的反应区域；并且所述温度传感器与所述控制器连接。
5.根据权利要求1至4任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括混合叶轮，所述混合叶轮设置于所述排气管路内，位于所述排气管路上的开口与所述SCR反应器之间。
6.根据权利要求1至4任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括高温闸阀，所述高温闸阀设置于所述气体加热设备的气体出口处。
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