CN105921015B - 脱硝反应器的吹灰系统 - Google Patents

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Abstract

一种脱硝反应器的吹灰系统，脱硝反应器内设有催化剂层，吹灰系统包括吹灰器，位于脱硝反应器内，吹灰器设有至少一喷嘴装置；压缩空气供应装置，通过压缩空气管路与吹灰器连接，压缩空气管路设有第一阀门；等离子体反应装置，通过等离子体管路与吹灰器连接，等离子体管路设有第二阀门；压缩空气供应装置通过压缩空气管路向吹灰器输送压缩空气以对催化剂层进行吹扫，等离子体反应装置通过等离子体管路向吹灰器输送等离子体以对催化剂层进行再生。本发明中吹灰器分别与压缩空气供应装置、等离子体反应装置连接，可对催化剂进行吹扫与再生，从而提高催化剂的催化效率与使用寿命。

Description

脱硝反应器的吹灰系统
技术领域
本发明涉及废气脱硝技术领域，特别是关于一种脱硝反应器的吹灰系统。
背景技术
根据国际海事组织(IMO)通过的《MARPOL 73/78公约》附则VI中《防止船舶造成空气污染规则》的修正案的要求，船舶废气需达到排放要求才可排放。因此，船舶柴油机需配备船舶废气脱硝系统，而选择性催化还原技术(Selective Catalytic Reduction，SCR)是目前应用性最强的一种废气脱硝技术。
在脱硝系统的脱硝反应器中，氨逃逸和废气中SO3生成的硫酸氢铵(ABS)随着反应器内温度降低会粘结在催化剂层表面，堵塞催化剂孔道，如果长时间覆盖在催化剂表面，不进行及时有效的清除，就会造成催化剂永久失活。为避免脱硝反应器中催化剂层堵塞造成的催化效率降低或催化剂失活，保障整个SCR系统运行的稳定性，吹灰系统是整个船舶废气SCR系统中不可或缺的装置。
常用的吹灰装置有声波吹灰器、蒸汽吹灰器和压缩空气吹灰器。但工程实践证明声波吹灰器吹灰强度不高，对于已结渣和粘性强的积灰作用不大，不适合中小孔径催化剂的吹灰，且使用效果不稳定。蒸汽吹灰器增加了烟气湿度，更容易造成碳烟的沉积附着，并且容易加速催化剂失活，影响催化剂使用寿命。压缩空气吹灰器只能对催化剂表层的灰分起到清扫的作用，但是对于附着有未完全燃烧重油的碳烟颗粒以及粘度很高的硫酸氢铵而言，单纯采用压缩空气吹灰，并不能完全解决催化剂表层及孔道的堵塞问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种脱硝反应器的吹灰系统，可对脱硝反应器内的催化剂层进行吹扫与再生，提高催化剂的催化效率与使用寿命。
本发明实施例提供的脱硝反应器的吹灰系统，该脱硝反应器内设有催化剂层，该吹灰系统包括
吹灰器，位于该脱硝反应器内，该吹灰器包括至少一喷嘴装置；
压缩空气供应装置，通过压缩空气管路与该吹灰器连接，该压缩空气管路设有第一阀门；
等离子体反应装置，通过等离子体管路与该吹灰器连接，该等离子体管路设有第二阀门；其中，
该第一阀门开启、第二阀门关闭，该压缩空气供应装置通过该压缩空气管路向该吹灰器输送压缩空气以对该催化剂层进行吹扫，该第一阀门关闭、第二阀门开启，等离子体反应装置通过该等离子体管路向该吹灰器输送等离子体以对该催化剂层进行再生。
进一步的，该喷嘴装置包括圆环状进气管体与至少一组喷嘴，该至少一组喷嘴间隔设置在该进气管体上。
进一步的，每组喷嘴的喷嘴个数为3个，每组喷嘴中各喷嘴在垂直该进气管体的平面上沿该进气管体的周向均匀间隔设置，各喷嘴的轴线经过该进气管体的截面圆心。
进一步的，该压缩空气管路包括压缩空气母管与至少一压缩空气分路管，该至少一压缩空气分路管与该至少一喷嘴装置一一对应连接。
进一步的，该压缩空气母管沿气体流动方向依次设有压力表与该第一阀门，该至少一压缩空气分路管分别设有一第三阀门。
进一步的，该第三阀门与该第一阀门的其中之一为快速反应阀门。
进一步的，该等离子体管路包括等离子体母管与至少一等离子体分路管，该至少一等离子体分路管与该至少一喷嘴装置一一对应连接。
进一步的，该等离子体母管沿气体流动方向依次设有压力表与该第二阀门，该至少一等离子体分路管分别设有一第四阀门。
进一步的，该喷嘴装置的数量与该催化剂层的数量相等，该喷嘴装置与该催化剂层一一对应设置且位于该催化剂层的上方。
进一步的，该脱硝反应器的进口与出口之间设有压差计，该脱硝反应器的内部设有温度感应器。
本发明的实施例中，将吹灰器分别与压缩空气供应装置、等离子体反应装置连接，采用压缩空气与等离子体相配合的方式，根据脱硝反应器的工作状态分别对催化剂层进行吹扫和再生，即，通过压缩空气进行吹扫，清除碳烟颗粒以及硫酸氢铵等，通过等离子体将催化剂层表面粘结的碳烟颗粒氧化成二氧化碳，并将氨气和废气中的SO3氧化以破坏硫酸氢铵(ABS)的生成条件进行再生，从而解决催化剂堵塞问题，提高催化剂的催化效率与使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例中脱硝反应器的吹灰系统的组成框图。
图2为图1中喷嘴装置在一组喷嘴处的截面示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
首先需要说明的是，本说明书中“之前”与“之后”是以气体在管路中的流动方向作为参考方向，“之后”即指位于气体流动方向的下游。
请参阅图1，本发明实施例的脱硝反应器的吹灰系统，用于对脱硝反应器20中的催化剂层21进行吹灰与再生，该吹灰系统包括吹灰器10、压缩空气供应装置12与等离子体反应装置13，压缩空气供应装置12向吹灰器10输送压缩空气以对催化剂层21进行吹扫，等离子体反应装置13向吹灰器10输送等离子体以对催化剂层21进行再生。
吹灰器10位于脱硝反应器20内。吹灰器10包括至少一喷嘴装置11，喷嘴装置11包括进气管体111与至少一组喷嘴112，该至少一组喷嘴112间隔设置在进气管体111上。在本实施例中，进气管体111为一个直径为1.5m的圆环，进气管体111上均匀间隔设置有8组喷嘴112，每组喷嘴112的喷嘴个数为3个。请参图2，每组喷嘴112中各喷嘴在垂直进气管体111的平面上沿进气管体111的周向均匀间隔设置，各喷嘴的轴线经过进气管体111的截面圆心，也即，各喷嘴之间的夹角为120°。进一步的，本实施例中喷嘴装置11的数量与催化剂层21的数量相等，喷嘴装置11与催化剂层21一一对应设置且位于催化剂层21的上方，喷嘴装置11与催化剂层21上表面之间的距离为200mm。
本发明实施例在脱硝反应器20中设置吹灰器10，并将吹灰器10的喷嘴装置11设置在每层催化剂层21的上方，通过在环状的进气管体111上设置多组喷嘴112，且每组喷嘴112中各喷嘴之间的夹角为120°，使得吹灰器10可同时对催化剂层21的上下表面进行吹扫，吹扫覆盖面积广，并可避免吹扫死角。
请继续参见图1，压缩空气供应装置12通过压缩空气管路14与吹灰器10连接。压缩空气管路14包括压缩空气母管141与至少一压缩空气分路管142，该至少一压缩空气分路管142与所述至少一喷嘴装置11一一对应连接，并与喷嘴装置11的进气管体111连通。压缩空气母管141沿气体流动方向依次设有压力表144与第一阀门143，压缩空气分路管142设有第三阀门145。其中，压力表144用于检测压缩空气管路14中的气体压力是否处于正常范围，第一阀门143用于控制压缩空气管路14上的气源，当吹灰器10发生故障时，第一阀门143关闭，切断气源，第三阀门145用于控制压缩空气分路管142的气源，从而控制喷嘴装置11的开启个数。在本实施例中，第三阀门145为快速反应阀门，该快速反应阀门的响应时间为450ns，该响应时间是指第三阀门145根据信号执行一次开启动作与关闭动作所需的时间。可以理解，在本发明的另一实施例中，也可以是第一阀门143采用快速反应阀门，也就是说，在本发明中，第一阀门143与第三阀门145的其中之一为快速反应阀门。
本发明实施例将吹灰器10与压缩空气供应装置12连接，可通过设置压缩空气供应装置12的气源压力，并利用快速反应阀门的快速响应实现泄压爆发释放技术，使吹灰器10利用压缩空气瞬间产生的超音速流体激波能量，清除结渣性强、粘度大的碳烟颗粒以及硫酸氢铵等，解决催化剂堵塞问题。
特别的，吹灰系统的吹扫频率可根据脱硝反应器20的进口22与出口23之间的压力差进行调整，该压力差可通过压差计(图未示)进行检测，脱硝反应器20的进口22与出口23之间的压力差反应了催化剂层21的堵塞严重程度，压力差越大，吹扫频率也越大。可以理解，吹灰系统的吹扫频率也可设置为固定频率而不根据压力差进行调整。
请继续参见图1，等离子体反应装置13通过等离子体管路15与吹灰器10连接。等离子体管路15包括等离子体母管151与至少一等离子体分路管152，该至少一等离子体分路管152与所述至少一喷嘴装置11一一对应连接，并与喷嘴装置11的进气管体111连通。等离子体母管151沿气体流动方向依次设有压力表154与第二阀门153，等离子体分路管152设有第四阀门155。其中，压力表154用于检测等离子体管路15中的气体压力是否处于正常范围，第二阀门153用于控制压缩空气管路14上的气源，当吹灰器10发生故障时，第二阀门153关闭，切断气源，第四阀门155用于控制等离子体分路管152的气源，从而控制喷嘴装置11的开启个数。
本发明实施例通过等离子体反应装置13产生的大量O、N、OH、O2和HO2等具有强氧化性的自由基，该自由基是一种强氧化的物质，能够将催化剂层21表面粘结的碳烟颗粒氧化成二氧化碳，并将氨气和废气中的SO3氧化以破坏硫酸氢铵(ABS)的生成条件，从而能够在催化剂层21原位将结渣性强、粘度大的碳烟颗粒去除，阻止随温度降低而生成的ABS在催化剂层21凝结。
特别的，脱硝反应器20内可设有温度感应器(图未示)，等离子体反应装置13可在脱硝反应器20关闭后，且脱硝反应器20内温度降低到200℃时开启，从而在催化剂层21原位将结渣性强、粘度大的碳烟颗粒以及硫酸氢铵等造成堵塞的物质去除。可以理解，等离子体反应装置13也可在脱硝反应器20关闭时即开启，从而可将氨气和废气中的SO3氧化以破坏硫酸氢铵的生成条件。
在本实施例中，第一阀门143、第二阀门153与第三阀门145优选为气动阀门。可理解的，第一阀门143、第二阀门153与第三阀门145也可为其他类型的阀门，如液压阀或电动阀门等可实现气源开关功能的阀门。
本发明的脱硝反应器的吹灰系统的工作流程说明如下。
当船舶在排放限制区域(ECA)行驶时，关闭第二阀门153与第四阀门155，根据压差信号顺次开启第一阀门143、第三阀门145，利用压缩空气供应装置12的气源压力与第三阀门145(快速反应阀门)的快速响应，使吹灰器10利用压缩空气瞬间产生的超音速流体激波能量对催化剂层21进行吹扫。
当船舶驶出ECA区域时，旁通脱硝反应器20(即脱硝反应器20停止工作)，关闭第一阀门142与第三阀门145，根据温度信号顺次开启第二阀门153、第四阀门155，通过吹灰器10向催化剂层21的表面吹扫等离子体反应装置13产生的大量O、N、OH、O2和HO2等具有强氧化性的自由基，使催化剂层21再生。
综上所述，本发明的脱硝反应器的吹灰系统至少包括如下优点：
(1)采用压缩空气与等离子体相配合的方式，根据脱硝反应器的工作状态分别对催化剂层进行吹扫和再生，提高催化剂的催化效率与使用寿命；
(2)利用泄压爆发释放技术，使吹灰器利用压缩空气瞬间产生的超音速流体激波能量，清除碳烟颗粒以及硫酸氢铵等，解决催化剂堵塞问题，提高催化剂的催化效率与使用寿命；
(3)通过等离子体将催化剂层表面粘结的碳烟颗粒氧化成二氧化碳，并将氨气和废气中的SO3氧化以破坏硫酸氢铵(ABS)的生成条件，提高催化剂的催化效率与使用寿命；
(4)将吹灰器的喷嘴装置设置在每层催化剂层的上方，通过在环状的进气管体上设置多组喷嘴，且每组喷嘴中各喷嘴之间的夹角为120°，使得吹灰器可同时对催化剂层的上下表面进行吹扫，吹扫覆盖面积广，并可避免吹扫死角。
最后，本发明以具体的实施例来说明其所达到的效果：
实施例一：
在一艘350000DWT的集装箱船上装有船舶废气SCR系统，配套应用本发明的吹灰系统，该船主机功率为9786KW。
在船舶废气SCR系统运行过程中，根据脱硝反应器20进出口的压差信号，顺次开启第一阀门143、第三阀门145。压缩空气供应装置12提供的气源压力设置为15bar。当脱硝反应器20进出口压差小于2200Pa时，每隔6小时启动上述过程一次，对催化剂层21进行吹扫；压差在2200Pa和3000Pa之间时，每隔5小时启动一次；压差大于3000Pa时，每隔4小时启动一次。当该船舶驶出ECA区域，需要旁通SCR系统，脱硝反应器20内温度降到200℃时，顺次开启第二阀门153、第四阀门155，通过吹灰器10向脱硝反应器20内催化剂层21表面吹扫等离子体反应装置13产生的大量O、N、OH、O2和HO2等具有强氧化性的自由基，从上层催化剂到下层催化剂依次进行吹扫，每层催化剂的吹扫时间为5min。
在应用过程中，脱硝反应器20内的催化剂层21未出现堵塞现象，脱硝反应器20进出口检测到的总压降未超过10000Pa，催化剂层21的表面和孔道内没有发现碳烟颗粒和ABS堵塞问题。
实施例二：
在一艘160000DWT的散货船上装有船舶废气SCR系统，配套应用本发明的吹灰系统，该船主机功率为6830KW。
在船舶废气SCR系统运行过程中，根据脱硝反应器20进出口的压力差信号，顺次开启第一阀门143、第三阀门145。压缩空气供应装置12提供的气源压力设置为13.5bar。当脱硝反应器20进出口压差小于2000Pa时，每隔6小时启动上述过程一次；压差在2000Pa和3000Pa之间时，每隔5小时启动一次；压差大于3000Pa时，每隔4小时启动一次。当该船舶驶出ECA区域，需要旁通SCR系统，脱硝反应器20内温度降到200℃时，顺次开启第二阀门153、第四阀门155，通过吹灰器10向脱硝反应器20内催化剂层21表面吹扫等离子体反应装置13产生的大量O、N、OH、O2和HO2等具有强氧化性的自由基，从上层催化剂层21到下层催化剂层21依次进行吹扫，每层催化剂的吹扫时间为5min。
在应用过程中，实船监测记录显示脱硝反应器20内的催化剂层21未出现堵塞现象，脱硝反应器20进出口检测到的总压降未超过10000Pa，该吹灰系统运行稳定。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种脱硝反应器的吹灰系统，该脱硝反应器(20)内设有催化剂层(21)，其特征在于：该吹灰系统包括
吹灰器(10)，位于该脱硝反应器(20)内，该吹灰器(10)包括至少一喷嘴装置(11)；
压缩空气供应装置(12)，通过压缩空气管路(14)与该吹灰器(10)连接，该压缩空气管路(14)设有第一阀门(143)；
等离子体反应装置(13)，通过等离子体管路(15)与该吹灰器(10)连接，该等离子体管路(15)设有第二阀门(153)；
该脱硝反应器(20)的进口(22)与出口(23)之间设有压差计，该脱硝反应器(20)的内部设有温度感应器；其中，
在该脱硝反应器(20)工作时，关闭该第二阀门(153)并根据该压差计的压差信号开启该第一阀门(143)，该压缩空气供应装置(12)通过该压缩空气管路(14)向该吹灰器(10)输送压缩空气以对该催化剂层(21)进行吹扫；在该脱硝反应器(20)关闭时即关闭该第一阀门(143)并开启该第二阀门(153)，或者，在该脱硝反应器(20)关闭时，关闭该第一阀门(143)并根据该温度感应器的温度信号开启该第二阀门(153)，该温度信号为该脱硝反应器(20)内的温度降低到200℃，等离子体反应装置(13)通过该等离子体管路(15)向该吹灰器(10)输送等离子体以对该催化剂层(21)进行再生。
2.如权利要求1所述的脱硝反应器的吹灰系统，其特征在于：该喷嘴装置(11)包括圆环状进气管体(111)与至少一组喷嘴(112)，该至少一组喷嘴(112)间隔设置在该进气管体(111)上。
3.如权利要求2所述的脱硝反应器的吹灰系统，其特征在于：每组喷嘴(112)的喷嘴个数为3个，每组喷嘴(112)中各喷嘴在垂直该进气管体(111)的平面上沿该进气管体(111)的周向均匀间隔设置，各喷嘴的轴线经过该进气管体(111)的截面圆心。
4.如权利要求1所述的脱硝反应器的吹灰系统，其特征在于：该压缩空气管路(14)包括压缩空气母管(141)与至少一压缩空气分路管(142)，该至少一压缩空气分路管(142)与该至少一喷嘴装置(11)一一对应连接。
5.如权利要求4所述的脱硝反应器的吹灰系统，其特征在于：该压缩空气母管(141)沿气体流动方向依次设有压力表(144)与该第一阀门(143)，该至少一压缩空气分路管(142)分别设有一第三阀门(145)。
6.如权利要求5所述的脱硝反应器的吹灰系统，其特征在于：该第三阀门(145)与该第一阀门(143)的其中之一为快速反应阀门。
7.如权利要求1所述的脱硝反应器的吹灰系统，其特征在于：该等离子体管路(15)包括等离子体母管(151)与至少一等离子体分路管(152)，该至少一等离子体分路管(152)与该至少一喷嘴(112)装置(11)一一对应连接。
8.如权利要求7所述的脱硝反应器的吹灰系统，其特征在于：该等离子体母管(151)沿气体流动方向依次设有压力表(154)与该第二阀门(153)，该至少一等离子体分路管(152)分别设有一第四阀门(155)。
9.如权利要求1所述的脱硝反应器的吹灰系统，其特征在于：该喷嘴装置(11)的数量与该催化剂层(21)的数量相等，该喷嘴装置(11)与该催化剂层(21)一一对应设置且位于该催化剂层(21)的上方。
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