CN106640291A - 船舶废气脱硝系统 - Google Patents
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Abstract
一种船舶废气脱硝系统，包括废气直排管路，通过第一阀门与废气集气箱的排气口连接；废气脱硝管路，通过第二阀门与废气集气箱的排气口连接；脱硝反应器，连接在废气脱硝管路中，包括尿素蒸发室、混合器与反应室，尿素蒸发室设有尿素溶液喷枪，混合器连接尿素蒸发室与反应室；其中，第一阀门开启、第二阀门关闭，废气经废气直排管路排出；第一阀门关闭、第二阀门开启，废气经废气脱硝管路进入脱硝反应器的尿素蒸发室后，与尿素混合并经混合器进入反应器进行脱硝后排出。本发明的船舶废气脱硝系统中尿素蒸发室、混合器与反应室合并在脱硝反应器中，结构更加紧凑。
Description
技术领域
本发明涉及大气环境保护领域，特别是关于一种船舶废气脱硝系统。
背景技术
为了控制船用废气集气箱NOx的排放，国际海事组织通过了《MARPOL 73/78公约》附则VI《防止船舶造成空气污染规则》的修订案，该修订案规定从2016年1月1日起在排放控制区(Emission ControlArea，ECA区域)实行Tier III排放标准。该标准确定了更低的氮氧化物排放值，这就需要对船舶废气进行脱硝处理。目前，应用最广泛的船舶废气集气箱废气脱硝处理技术是选择性催化还原(Selective CatalyticReduction，SCR)。
采用选择性催化还原技术对废气进行脱硝处理时，首先向温度为170～550℃的废气中喷入还原剂，还原剂可以是纯氨气、氨水或尿素溶液，由于尿素便于存储和运输，一般作为还原剂的首选，尿素经过喷枪的雾化，热解或水解为氨气。随后，氨气和废气的混合物一起通过催化剂发生催化反应，使氮氧化物转变为氮气和水蒸气后排出，从而降低了排气中NOx的含量。
目前，实现上述选择性催化还原技术的脱硝设备主要包括尿素供应系统、催化反应系统和压缩空气系统等，尿素供应系统主要包括尿素罐、尿素计量泵和尿素溶液喷枪，催化反应系统主要包括反应器和蒸发混合器，压缩空气系统主要包括吹灰、通风和设备吹扫等。然而，现有的脱硝设备结构复杂，所需占用的空间较大，影响了船上人员的活动空间及其他设备的排布。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构紧凑的船舶废气脱硝系统。
本发明提供的船舶废气脱硝系统，包括：
废气直排管路，该废气直排管路通过第一阀门与废气集气箱的排气口连接；
废气脱硝管路，该废气脱硝管路通过第二阀门与废气集气箱的排气口连接；
脱硝反应器，该脱硝反应器连接在该废气脱硝管路中，包括尿素蒸发室、混合器与反应室，该尿素蒸发室设有尿素溶液喷枪，该混合器连接该尿素蒸发室与该反应室；其中，
该第一阀门开启、第二阀门关闭，废气经该废气直排管路排出；该第一阀门关闭、第二阀门开启，废气经该废气脱硝管路进入该脱硝反应器的尿素蒸发室后，与尿素混合并经该混合器进入该反应器进行脱硝后排出。
进一步的，该脱硝反应器包括相对的第一端与第二端，该脱硝反应器的进气口与排气口位于该第一端，该尿素蒸发室与该进气口连接，该反应室与该排气口连接，该尿素蒸发室由该脱硝反应器的第一端延伸至第二端并沿该第二端的侧壁设置，该尿素蒸发室的出口位于远离该第二端的侧壁的一侧，该混合器连接该尿素蒸发室的出口与该反应室的入口。
进一步的，该尿素蒸发室在靠近该第二端的侧壁处设有导流板。
进一步的，该船舶废气脱硝系统还包括废气氧化支路，该废气氧化支路与该废气脱硝管路连接且位于该脱硝反应器与该第二阀门之间，该废气氧化支路依次设有第三阀门与气体氧化器。
进一步的，该尿素溶液喷枪与尿素供应装置连接，该尿素供应装置包括尿素管路、尿素罐、空气管路与空压机，该尿素罐通过该尿素管路与该尿素溶液喷枪连接，该尿素管路上依次设有计量泵与第四阀门，该空压机通过第五阀门与该尿素管路的出口端连接。
进一步的，该船舶废气脱硝系统还包括尿素清洗管路，该尿素清洗管路包括热水管路与冷水管路，该热水管路设置在废热锅炉的外壁上，该热水管路通过第六阀门与该尿素管路连接，该冷水管路通过第七阀门与该尿素管路连接，该第六阀门、第七阀门与该尿素管路的连接点位于该计量泵与该尿素罐之间。
进一步的，该废气脱硝管路的排气端通过第八阀门与该废气直排管路的排气端连接，该废气直排管路的排气端与该废气脱硝管路的排气端均与该废热锅炉连接。
进一步的，该废气直排管路的排气端和该废气脱硝管路的排气端与该废热锅炉的进气口之间设有涡轮增压器。
进一步的，该废热锅炉的排气口设有消音器。
进一步的，各阀门为自动控制阀门。
本发明的实施例中，船舶废气脱硝系统的尿素蒸发室、混合器与反应室合并在脱硝反应器中，与尿素蒸发室、混合器、反应室沿废气脱硝管路串联设置的方式相比，缩短了管路的长度，减少了连接件的设置，使得船舶废气脱硝系统的结构更加紧凑。
附图说明
图1为本发明实施例中船舶废气脱硝系统的结构示意图。
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。
图1为本发明实施例中船舶废气脱硝系统的结构示意图。如图1所示，本发明实施例的船舶废气脱硝系统包括废气集气箱50、废气直排管路10、废气脱硝管路20、脱硝反应器30、涡轮增压器90与废热锅炉80，其中，脱硝反应器30连接在废气脱硝管路20中，废气直排管路10与废气脱硝管路20连接在废气集气箱50与废热锅炉80之间，废气直排管路10通过第一阀门11与废气集气箱50的排气口连接，废气脱硝管路20通过第二阀门21与废气集气箱50的排气口连接，废气脱硝管路20的排气端通过第八阀门22与废气直排管路10的排气端连接，涡轮增压器90连接在废气直排管路10和废气脱硝管路20的排气端与废热锅炉80之间，废热锅炉80的排气口设有消音器81。
根据船舶所在区域的排放要求，可控制废气集气箱50中的废气通过废气直排管路10或废气脱硝管路20排出。具体的，在非ECA区，第一阀门11开启、第二阀门21与第八阀门22关闭，废气集气箱50中的废气经废气直排管路10排入废热锅炉80后排出，在ECA区，第一阀门11关闭、第二阀门21与第八阀门22开启，废气集气箱50中的废气经废气脱硝管路10进入脱硝反应器30进行脱硝后排入废热锅炉80再排出。
脱硝反应器30包括尿素蒸发室31、混合器32与反应室33，尿素蒸发室31设有尿素溶液喷枪35与导流板34，混合器32连接尿素蒸发室31与反应室33。具体的，脱硝反应器30包括位于脱硝反应器30两端的第一端36与第二端37，脱硝反应器30的进气口与排气口位于第一端36，尿素蒸发室31与脱硝反应器30的进气口连接，反应室33与脱硝反应器30的排气口连接，尿素蒸发室31由脱硝反应器30的第一端36延伸至第二端37并沿第二端37的侧壁设置，尿素蒸发室31的出口位于远离第二端37的侧壁的一侧，混合器32连接尿素蒸发室31的出口与反应室33的入口，如此，尿素蒸发室31沿脱硝反应器30的侧壁绕至混合器32的入口，形成具有转角的气体通道，导流板34设置在尿素蒸发室31内靠近第二端37的侧壁处，也即位于尿素蒸发室31的转角处。
在本实施例中，通过将脱硝反应器30的进气口与排气口设置在脱硝反应器30的同一端，使得尿素蒸发室31可设置成具有转角的气体通道，并在气体通道的转角处设置导流板34，如此，废气进入尿素蒸发室31后，可对反应室33进行预热并与尿素分解生成的氨气进行充分混合，混合后的气体再次进入混合器32中旋转混合以提高混合均匀性，可有效提高脱硝效率。同时，本发明实施例将尿素蒸发室31、混合器32与反应室33合并在脱硝反应器30中，与尿素蒸发室31、混合器32、反应室33沿废气脱硝管路20串联设置的方式相比，缩短了管路的长度，减少了连接件的设置，使得船舶废气脱硝系统的结构更加紧凑。
接上述，尿素溶液喷枪35与尿素供应装置60连接，尿素供应装置60包括尿素管路62、尿素罐61、空气管路67与空压机66，尿素罐61通过尿素管路62与尿素溶液喷枪35连接，尿素管路62上依次设有计量泵64与第四阀门63，空压机66通过第五阀门68与尿素管路62的出口端连接。
进一步的，本实施例的船舶废气脱硝系统还包括废气氧化支路40，废气氧化支路40与废气脱硝管路20连接且位于脱硝反应器30与第二阀门21之间，废气氧化支路40依次设有第三阀门41与气体氧化器42。
由于柴油机废气中NO的含量在NOx中占大部分(90％以上)，因而反应室33中通常主要发生标准反应：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O。然而，NO2的存在会使反应室33中发生快速反应：2NH3+NO+NO2→2N2+3H2O，催化反应的速率较标准反应更快。本发明实施例利用NO在有氧气的条件下即能被氧化为NO2的不稳定性，从废气脱硝管路20中引出一定比例的废气(调节第三阀门41的开度)进入气体氧化器42内氧化，通过在气体氧化器42内连续注入空气，NO被空气中的O2氧化成NO2，氧化后的气体重新注入到废气脱硝管路20中，与未氧化的废气一起进入脱硝反应器30，从而增加了NOx中NO2的比例，使低温下的NOx催化转化效率显著提高，可有效提高脱硝效率，从而减少氨逃逸。
进一步的，本实施例的船舶废气脱硝系统还包括尿素清洗管路70，尿素清洗管路70包括热水管路71与冷水管路72，热水管路71设置在废热锅炉80的外壁上，热水管路71通过第六阀门73与尿素管路62连接，冷水管路72通过第七阀门74与尿素管路62连接，第六阀门73、第七阀门74与尿素管路62的连接点位于计量泵64与尿素罐61之间，通过调节第六阀门73与第七阀门74的开度可调节冲洗水的温度。
在船舶进入非ECA区时，第一阀门11开启、第二阀门21与第八阀门22关闭，无需尿素溶液供应，此时需要冲洗尿素管路62以避免尿素结晶堵塞管路。具体的，由船舱内的水箱提供冲洗水，热水管路71中的冲洗水与废热锅炉80换热，水温增加后与冷水管路72中的冲洗水混合以提高水温，而适当提高冲洗水的温度，能有效改善冲洗水对尿素管路62和尿素溶液喷枪35内尿素溶液或尿素结晶体的冲洗效果。通过利用废热锅炉80对冲洗水进行加热，无需另外设置加热装置，结构紧凑，且有效改善了冲洗效果。
优选的，以上所述的各阀门均为自动控制阀门。
综上所述，本发明的船舶废气脱硝系统至少包括如下优点：
(1)将尿素蒸发室、混合器与反应室合并在脱硝反应器中，与尿素蒸发室、混合器、反应室沿废气脱硝管路串联设置的方式相比，缩短了管路的长度，减少了连接件的设置，使得船舶废气脱硝系统的结构更加紧凑；
(2)通过将脱硝反应器的进气口与排气口设置在脱硝反应器的同一端，使得尿素蒸发室可设置成具有转角的气体通道，并在气体通道的转角处设置导流板，如此，废气进入尿素蒸发室后可对反应室进行预热并与尿素分解生成的氨气进行充分混合，混合后的气体再次进入混合器中旋转混合以提高混合均匀性，可有效提高脱硝效率；
(3)通过设置气体氧化器，将废气脱硝管路中一定比例的废气引入气体氧化器内氧化，增加了NOx中NO2的比例，使低温下的NOx催化转化效率显著提高，可有效提高脱硝效率，从而减少氨逃逸；
(4)利用废热锅炉对尿素管路的冲洗水进行加热，无需另外设置加热装置，结构紧凑，且有效改善了冲洗效果。
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：
对型号A的柴油机进行废气脱硝处理：废气由柴油机排出到废气集气箱，从废气脱硝管路中引出1/4的废气进行氧化后排入脱硝反应器，此时，尿素溶液在计量泵的作用下进入到尿素蒸发室中分解为氨气，混合气体在导流板的作用下侧向进入混合器中进行旋转混合，混合后的气体进入到反应室中发生催化还原反应，反应后的气体进入涡轮增压器，随之进入废热锅炉和消音器，最后排放到大气中。
脱硝过程结束后，冲洗水进入到与废热锅炉相连的热水管路中，水被加热，并通过调节第六阀门改变进入冷水管路中热水的流量，热水和冷水混合后，整体的水温得到提高，温度提高后的冲洗水进入到尿素管路中，冲洗后的水通过尿素溶液喷枪排入到尿素蒸发室内。测试脱硝效率较不使用气体氧化器提高了5％。
实施例二：
对型号A的柴油机进行废气脱硝处理：废气由柴油机排出到废气集气箱，从废气脱硝管路中引出1/2的废气进行氧化后排入脱硝反应器，此时，尿素溶液在计量泵的作用下进入到尿素蒸发室中分解为氨气，混合气体在导流板的作用下侧向进入混合器中进行旋转混合，混合后的气体进入到反应室中发生催化还原反应，反应后的气体进入涡轮增压器，随之进入废热锅炉和消音器，最后排放到大气中。
脱硝过程结束后，冲洗水进入到与废热锅炉相连的热水管路中，水被加热，并通过调节第六阀门改变进入冷水管路中热水的流量，热水和冷水混合后，整体的水温得到提高，温度提高后的水进入到尿素管路中，冲洗后的水通过尿素溶液喷枪排入到尿素蒸发室内。测试脱硝效率较不使用气体氧化器提高了10％。
实施例三：
对型号A的柴油机进行废气脱硝处理：废气由柴油机排出到废气集气箱，从废气脱硝管路中引出1/8的废气进行氧化后排入脱硝反应器，此时，尿素溶液在计量泵的作用下进入到尿素蒸发室中分解为氨气，混合气体在导流板的作用下侧向进入混合器中进行旋转混合，混合后的气体进入到反应室中发生催化还原反应，反应后的气体进入涡轮增压器，随之进入废热锅炉和消音器，最后排放到大气中。
脱硝过程结束后，冲洗水进入到与废热锅炉相连的热水管路中，水被加热，并通过调节第六阀门改变进入冷水管路中热水的流量，热水和冷水混合后，整体的水温得到提高，温度提高后的水进入到尿素管路中，冲洗后的水通过尿素溶液喷枪排入到尿素蒸发室内。测试脱硝效率较不使用气体氧化器提高了2％。
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 (10)
1.一种船舶废气脱硝系统，其特征在于：包括
废气直排管路(10)，该废气直排管路(10)通过第一阀门(11)与废气集气箱(50)的排气口连接；
废气脱硝管路(20)，该废气脱硝管路(20)通过第二阀门(21)与废气集气箱(50)的排气口连接；
脱硝反应器(30)，该脱硝反应器(30)连接在该废气脱硝管路(20)中，包括尿素蒸发室(31)、混合器(32)与反应室(33)，该尿素蒸发室(31)设有尿素溶液喷枪(35)，该混合器(32)连接该尿素蒸发室(31)与该反应室(33)；其中，
该第一阀门(11)开启、第二阀门(21)关闭，废气经该废气直排管路(10)排出；该第一阀门(11)关闭、第二阀门(21)开启，废气经该废气脱硝管路(20)进入该脱硝反应器(30)的尿素蒸发室(31)后，与尿素混合并经该混合器(32)进入该反应室(33)进行脱硝后排出。
2.如权利要求1所述的船舶废气脱硝系统，其特征在于：该脱硝反应器(30)包括相对的第一端(36)与第二端(37)，该脱硝反应器(30)的进气口与排气口位于该第一端(36)，该尿素蒸发室(31)与该进气口连接，该反应室(33)与该排气口连接，该尿素蒸发室(31)由该脱硝反应器(30)的第一端(36)延伸至第二端(37)并沿该第二端(37)的侧壁设置，该尿素蒸发室(31)的出口位于远离该第二端(37)的侧壁的一侧，该混合器(32)连接该尿素蒸发室(31)的出口与该反应室(33)的入口。
3.如权利要求2所述的船舶废气脱硝系统，其特征在于：该尿素蒸发室(31)在靠近该第二端(37)的侧壁处设有导流板(34)。
4.如权利要求1所述的船舶废气脱硝系统，其特征在于：该船舶废气脱硝系统还包括废气氧化支路(40)，该废气氧化支路(40)与该废气脱硝管路(20)连接且位于该脱硝反应器(30)与该第二阀门(21)之间，该废气氧化支路(40)依次设有第三阀门(41)与气体氧化器(42)。
5.如权利要求1所述的船舶废气脱硝系统，其特征在于：该尿素溶液喷枪(35)与尿素供应装置(60)连接，该尿素供应装置(60)包括尿素管路(62)、尿素罐(61)、空气管路(67)与空压机(66)，该尿素罐(61)通过该尿素管路(62)与该尿素溶液喷枪(35)连接，该尿素管路(62)上依次设有计量泵(64)与第四阀门(63)，该空压机(66)通过第五阀门(68)与该尿素管路(62)的出口端连接。
6.如权利要求5所述的船舶废气脱硝系统，其特征在于：该船舶废气脱硝系统还包括尿素清洗管路(70)，该尿素清洗管路(70)包括热水管路(71)与冷水管路(72)，该热水管路(71)设置在废热锅炉(80)的外壁上，该热水管路(71)通过第六阀门(73)与该尿素管路(62)连接，该冷水管路(72)通过第七阀门(74)与该尿素管路(62)连接，该第六阀门(73)、第七阀门(74)与该尿素管路(62)的连接点位于该计量泵(64)与该尿素罐(61)之间。
7.如权利要求6所述的船舶废气脱硝系统，其特征在于：该废气脱硝管路(20)的排气端通过第八阀门(22)与该废气直排管路(10)的排气端连接，该废气直排管路(10)的排气端与该废气脱硝管路(20)的排气端均与该废热锅炉(80)连接。
8.如权利要求7所述的船舶废气脱硝系统，其特征在于：该废气直排管路(10)的排气端和该废气脱硝管路(20)的排气端与该废热锅炉(80)的进气口之间设有涡轮增压器(90)。
9.如权利要求7所述的船舶废气脱硝系统，其特征在于：该废热锅炉(80)的排气口设有消音器(81)。
10.如权利要求1-9中任一项所述的船舶废气脱硝系统，其特征在于：各阀门为自动控制阀门。
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