CN106762047A - 船用柴油机选择性催化还原尿素喷射系统 - Google Patents

船用柴油机选择性催化还原尿素喷射系统 Download PDF

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Abstract

一种船用柴油机选择性催化还原尿素喷射系统，包含泵组单元、空气单元和计量单元，该系统能够自动控制尿素喷射量及喷射压力，使尿素溶液充分地与氮氧化物混合，实现还原剂与催化剂的充分反应。保证船用柴油机的氮氧化物NOX减排系统的反应器正常工作。使管道中尿素溶液的压力维持恒定，保证柴油机在不同工况条件下SCR系统运行的稳定性。在SCR系统停止运行时，可以吹扫尿素喷射系统，防止管路及喷嘴的堵塞，延长喷射系统的使用寿命。

Description

船用柴油机选择性催化还原尿素喷射系统
技术领域
本发明涉及船用柴油机，特别是一种船用柴油机NOX减排装置选择性催化还原(Selective Catalyst Reduction，以下简称SCR)系统中的尿素喷射系统。
背景技术
IMO明确船用柴油机2016年起需严格执行Tier III的排放法规，因而船用柴油机的尾气排放中氮氧化物(NOX)的量在ECA区域须有一定的控制。
选择性催化还原(SCR)是一种可以有效地降低柴油机烟气中的氮氧化物排放的技术，因此应用越来越广泛。
SCR技术主要技术原理是：在富氧条件下，利用尿素通过热解或水解生成的氨气做为还原剂，在催化剂作用下与氮氧化物发生催化还原反应，将氮氧化物转变为氮气和水。尿素作为还原剂来源，一定的喷射压力使其在喷射时能充分雾化，最大限度地产生氨气，且产生的氨气与氮氧化物可以充分的混合，提高反应效率。
SCR系统在运行过程中，需要通过尿素控制系统的调节，使尿素的喷射量及喷射压力随柴油机的负荷及尾气中NOX的量变化而变化，从而使系统在Tier III模式下稳定运行。在SCR系统停止后，尿素喷射系统要能够对喷射系统进行空气吹扫，防止喷嘴堵塞。因此，SCR系统对尿素喷射系统的自动化程度和稳定性要求较高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种船用柴油机选择性催化还原尿素喷射系统，该系统能够自动控制尿素喷射量及喷射压力，使尿素溶液充分的与氮氧化物混合，实现还原剂与催化剂的充分反应。保证船用柴油机的氮氧化物NOX减排系统的反应器正常工作。
本发明的目的是这样实现的：
一种船用柴油机选择性催化还原尿素喷射系统，其特点在于包含泵组单元、空气单元和计量单元：
所述的泵组单元包含：第1手动截止阀、第2手动截止阀、第5手动截止阀、第6手动截止阀、第9手动截止阀、第10手动截止阀、第1单向阀、压力控制阀、第1滤器、第一泵、第1仪表阀、第2仪表阀、第1压力表和第2压力表；
所述的空气单元包含：第11手动截止阀、第12手动截止阀，第1电磁阀、第2电磁阀、第1调压阀、第2调压阀、第3滤器、第3仪表阀、第4仪表阀、第3压力表和第4压力表；
所述的计量单元包含：第13手动截止阀、第14手动截止阀、第15手动截止阀、第16手动截止阀、第17手动截止阀、第3电磁阀、第4电磁阀、第5电磁阀、第3单向阀、第4单向阀、第5单向阀、第4滤器、第5滤器和第3调压阀；
上述元器件的连接关系如下：
自尿素溶液输入管路通过管路依次连接所述的第1手动截止阀、第1滤器、第2手动截止阀、第5手动截止阀、第1泵、第1单向阀、第6手动截止阀、第10手动截止阀后，再与所述的计量单元的第14手动截止阀相连，在所述的第2手动截止阀和所述的第5手动截止阀之间的管路上经所述的第1仪表阀与所述的第1压力表相连；在所述的所述的第5手动截止阀和第1泵之间的管路中连接有压力传感器，在所述的第1泵和第1单向阀之间的管路中连接有压力传感器和温度传感器，在所述的第6手动截止阀和第10手动截止阀之间的管路中经所述的第2仪表阀与所述的第2压力表相连，所述的第6手动截止阀和第10手动截止阀之间的管路还连接有管路，该管路依次经所述的压力控制阀、第9手动截止阀连接至尿素罐；
自压缩空气输入管路通过管路依次连接所述的第11手动截止阀、第3滤器、第1调压阀、第1电磁阀、第12手动截止阀、第2电磁阀与所述的计量单元的第13手动截止阀相连，在所述的第1调压阀和第1电磁阀之间的管路经所述的第3仪表阀与所述的第3压力表相连，在所述的第2电磁阀和进入所述的计量单元的管路中连接有压力传感器；所述的压缩空气管路还分路经第2调压阀与所述的第2电磁阀相连，在所述的第2调压阀与所述的第2电磁阀的管路中通过第4仪表阀与所述的第4压力表相连，
所述的计量单元有两路：
与所述的空气单元相连的一路，由管路依次连接的第13手动截止阀、第4滤器、第3调压阀、第3电磁阀、第14手动截止阀和第5单向阀构成，所述的第5单向阀的输出端经管路与尿素喷嘴相连，在所述的第3调压阀和第3电磁阀的管路上设有压力传感器；
另一路与所述的泵组单元相连，由管路依次连接的第15手动截止阀、第5滤器、第5电磁阀、第16手动截止阀、第17手动截止阀和第4单向阀构成，所述的第4单向阀的输出端经管路与尿素喷嘴相连，在所述的第5电磁阀和第16手动截止阀之间的管路中设有压力传感器；
所述的泵组单元中还有与依次相连的第一手动截止阀、第1滤器、第二手动截止阀管路并联的互为备用管路：该管路由依次相连第3手动截止阀、第2滤器和第4手动截止阀构成。
所述的泵组单元中还有与依次相连的所述的第7手动截止阀、第2泵、第2单向阀和第8手动截止阀的管路与所述的第五手动截止阀、第1泵、第1单向阀和第6手动截止阀依次相连的管路互为备用，在所述的第7手动截止阀和第2泵的管路上设有压力传感器，在所述的第2泵和第2单向阀之间的管路上设有压力传感器和温度传感器。
本发明船用柴油机SCR尿素喷射系统，在SCR系统运行过程中，由SCR控制系统调节尿素喷射系统中尿素泵的输出流量，通过压力控制阀使由泵中流出的尿素溶液保持一定的压力流入计量单元，并使过量的尿素溶液返回尿素罐中。空气单元和计量单元则根据尿素的需求量调节空气的喷射压力，从而保证尿素溶液的充分雾化。在SCR系统停止后，可以通过空气单元和计量单元对本系统的喷射管路进行吹扫，防止喷射系统长时间运行后残余在尿素管路的尿素结晶使管路堵塞。
本发明还可以根据主机废气排量能实时控制尿素的喷射流量，保证废气与尿素溶液在不同工况下充分反应。
本发明的特点：可以根据主机负荷及废气排量自动实时调节尿素喷射量与空气喷射压力，并使管道中尿素溶液的压力维持恒定，保证柴油机在不同工况条件下SCR系统运行的稳定性。在SCR系统停止运行时，可以吹扫尿素喷射系统，防止管路及喷嘴的堵塞，延长喷射系统的使用寿命。
附图说明
图1是本发明船用柴油机NOX减排装置SCR的尿素喷射系统最佳实施例的示意图。
图2是本发明泵组单元最佳实施例的示意图
图3是本发明空气单元最佳实施例的示意图
图4是本发明计量单元最佳实施例的示意图
具体实施方式
下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步说明，以求更为清楚明白的理解本发明的结构和使用过程，但不能以此来限制本发明的保护范围。
图1是本发明船用柴油机NOX减排装置SCR的尿素喷射系统最佳实施例的示意图。由图可见，本发明船用柴油机选择性催化还原尿素喷射系统，包含泵组单元、空气单元和计量单元：
所述的泵组单元包含：第1手动截止阀V01、第2手动截止阀V02、第3手动截止阀V03、第4手动截止阀V04、第5手动截止阀V05、第6手动截止阀V06、第7手动截止阀V07、第8手动截止阀V08、第9手动截止阀V09、第10手动截止阀V10、第1单向阀V13、第2单向阀V14、压力控制阀V15、第1滤器F01、第2滤器F02，第一泵P01、第二泵P02、第1仪表阀V11、第2仪表阀V12、第1压力表B01和第2压力表B02；
所述的空气单元包含：第11手动截止阀V201、第12手动截止阀V202，第1电磁阀V207、第2电磁阀V208，第1调压阀V203、第2调压阀V204、第3滤器F201、第3仪表阀V205、第4仪表阀V206、第3压力表B201和第4压力表B202；
所述的计量单元包含：第13手动截止阀V301、第14手动截止阀V302、第15手动截止阀V303、第16手动截止阀V304、第17手动截止阀V305、第3电磁阀V307、第4电磁阀V308、第5电磁阀V309、第3单向阀V310、第4单向阀V311、第5单向阀V312、第4滤器F301、第5滤器F302和第3调压阀V306；
上述元器件的连接关系如下：
自尿素溶液输入管路通过管路依次连接所述的第1手动截止阀V01、第1滤器F01、第2手动截止阀V02、所述的第5手动截止阀V05、第1泵P01、第1单向阀V13、第6手动截止阀V06、第10手动截止阀V10后，再与所述的计量单元的第14手动截止阀V302相连，在所述的第2手动截止阀V02和所述的第5手动截止阀V05之间的管路上经所述的第1仪表阀V11与所述的第1压力表B01相连；在所述的所述的第5手动截止阀V05和第1泵P01之间的管路中连接有压力传感器，在所述的第1泵P01和第1单向阀V13之间的管路中连接有压力传感器和温度传感器，在所述的第6手动截止阀V06和第10手动截止阀V10之间的管路中经所述的第2仪表阀V12与所述的第2压力表B02相连，在所述的第6手动截止阀V06和第10手动截止阀V10之间的管路还连接有管路，该管路依次经所述的压力控制阀V15、第9手动截止阀V09连接至尿素罐；所述的泵组单元中还有与依次相连的第一手动截止阀V01、第1滤器F01、第二手动截止阀V02管路并联的互为备用管路：该管路由依次相连第3手动截止阀V03、第2滤器F02和第4手动截止阀V04构成。
所述的泵组单元中还有与依次相连的所述的第7手动截止阀V07、第2泵P02、第2单向阀V14和第8手动截止阀V08的管路与所述的第五手动截止阀V05、第1泵P01、第1单向阀V13和第6手动截止阀V06依次相连的管路互为备用，在所述的第7手动截止阀V07和第2泵P02的管路上设有压力传感器，在所述的第2泵P02和第2单向阀V14之间的管路上设有压力传感器和温度传感器。
自压缩空气输入管路通过管路依次连接所述的第11手动截止阀V201、第3滤器F201、第1调压阀V203、第1电磁阀V207、第12手动截止阀V202、第2电磁阀V208，再与所述的计量单元的第13手动截止阀V301相连，所述的第1调压阀V203和第1电磁阀V207之间的管路经所述的第3仪表阀V205与所述的第3压力表B201相连，在所述的第2电磁阀V208和进入所述的计量单元的管路中连接有压力传感器；所述的压缩空气管路还有分管路，该分管路经第2调压阀V204与所述的第2电磁阀V208相连，在所述的第2调压阀V204与所述的第2电磁阀V208的管路中通过第4仪表阀V206与所述的第4压力表B202相连，
所述的计量单元有两路：
与所述的空气单元相连的一路，由管路依次连接的第13手动截止阀V301、第4滤器F301、第3调压阀V306、第3电磁阀V307、第14手动截止阀V302和第5单向阀V311构成，所述的第5单向阀V311的输出端经管路与尿素喷嘴相连，在所述的第3调压阀V306和第3电磁阀V307的管路上设有压力传感器；
另一路与所述的泵组单元相连，由管路依次连接的第15手动截止阀V303、第5滤器F302、第5电磁阀V309、第16手动截止阀V304、第17手动截止阀V305和第4单向阀V312构成，所述的第4单向阀V312的输出端经管路与尿素喷嘴相连，在所述的第5电磁阀V309和第16手动截止阀V304之间的管路中设有压力传感器；
系统工作情况如下：
整个尿素喷射系统分为两路，一路为压缩空气，一路为尿素溶液。
压缩空气由空气单元进入，通过计量单元流入喷嘴中
尿素溶液由泵组单元流入，通过计量单元进入喷嘴，同时流入的压缩空气使尿素溶液在喷嘴中形成雾化效果。
1，压缩空气一路的工作过程：
A，尿素喷射在工作状态时，V201和V202是打开的，V207、V208、V307由控制系统开启，但V308是关闭状态。压缩空气经过滤器F201(过滤水分)和调压阀V203(粗调)流入计量单元。
B，压力表B201测量调压阀后的压力，V205起到保护作用，防止压力过大损害压力表。
C，由空气单元流出的压缩空气经F301、调压阀V306(细调)和单向阀V311(防止压缩空气回流)流入喷嘴。
D，在尿素喷射工作之前和停止工作之后，SCR控制系统使V207、V307关闭，而打开V308，此时，空气由V204一路流入计量单元，然后通过单向阀V310流入喷嘴，实现对喷嘴的清扫功能，防止喷嘴结晶堵塞。
2，尿素溶液一路工作过程：
A，工作时，V01、V02、V05、V06、V09、V10、V303、V304、V305和V309是打开状态。尿素溶液由过滤器F01过滤后进入泵中，经过单向阀V13流入计量单元。
B，压力表B01测量进入泵之前的压力，B02测量泵之后的压力，V11和V12起到保护作用，防止压力过大损害压力表。
C，当B02中显示压力超过限定值时，V15自动打开，分流以降低过量的压力，使多余的尿素溶液流回尿素储存罐中。
D，由泵组单元流出的尿素溶液经过滤器F302,电磁阀V309(由控制系统控制)和单向阀V312(防止尿素溶液回流)进入喷嘴。
E，泵P01接收SCR控制系统信号，调节功率来控制尿素溶液的流量。
F，当泵组单元中泵P01出故障，则启动P02，F02和P02作为备用线路。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。实验表明，本发明可以根据主机负荷及废气排量自动实时调节尿素喷射量与空气喷射压力，并使管道中尿素溶液的压力维持恒定，保证柴油机在不同工况条件下SCR系统运行的稳定性。在SCR系统停止运行时，可以吹扫尿素喷射系统，防止管路及喷嘴的堵塞，延长喷射系统的使用寿命。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种调整、变化和改进，这些调整、变化和改进在不偏离本发明的基本原理和主要特征的情况下都应该落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书限定。

Claims (3)

1.一种船用柴油机选择性催化还原尿素喷射系统，其特征在于包含泵组单元、空气单元和计量单元：
所述的泵组单元包含：第1手动截止阀(V01)、第2手动截止阀(V02)、第5手动截止阀(V05)、第6手动截止阀(V06)、第9手动截止阀(V09)、第10手动截止阀(V10)、第1单向阀(V13)、压力控制阀(V15)、第1滤器(F01)、第一泵(P01)、第1仪表阀(V11)、第2仪表阀(V12)、第1压力表(B01)和第2压力表(B02)；
所述的空气单元包含：第11手动截止阀(V201)、第12手动截止阀(V202)，第1电磁阀(V207)、第2电磁阀(V208)，第1调压阀(V203)、第2调压阀(V204)、第3滤器(F201)、第3仪表阀(V205)、第4仪表阀(V206)、第3压力表(B201)和第4压力表(B202)；
所述的计量单元包含：第13手动截止阀(V301)、第14手动截止阀(V302)、第15手动截止阀(V303)、第16手动截止阀(V304)、第17手动截止阀(V305)、第3电磁阀(V307)、第4电磁阀(V308)、第5电磁阀(V309)、第3单向阀(V310)、第4单向阀(V311)、第5单向阀(V312)、第4滤器(F301)、第5滤器(F302)和第3调压阀(V306)；
上述元器件的连接关系如下：
自尿素溶液输入管路通过管路依次连接所述的第1手动截止阀(V01)、第1滤器(F01)、第2手动截止阀(V02)、所述的第5手动截止阀(V05)、第1泵(P01)、第1单向阀(V13)、第6手动截止阀(V06)、第10手动截止阀(V10)后，再与所述的计量单元的第14手动截止阀(V302)相连，在所述的第2手动截止阀(V02)和所述的第5手动截止阀(V05)之间的管路上经所述的第1仪表阀(V11)与所述的第1压力表(B01)相连；在所述的所述的第5手动截止阀(V05)和第1泵(P01)之间的管路中连接有压力传感器，在所述的第1泵(P01)和第1单向阀(V13)之间的管路中连接有压力传感器和温度传感器，在所述的第6手动截止阀(V06)和第10手动截止阀(V10)之间的管路中经所述的第2仪表阀(V12)与所述的第2压力表(B02)相连，在所述的第6手动截止阀(V06)和第10手动截止阀(V10)之间的管路还连接有管路，该管路依次经所述的压力控制阀(V15)、第9手动截止阀(V09)连接至尿素罐；
自压缩空气输入管路通过管路依次连接所述的第11手动截止阀(V201)、第3滤器(F201)、第1调压阀(V203)、第1电磁阀(V207)、第12手动截止阀(V202)、第2电磁阀(V208)，再与所述的计量单元的第13手动截止阀(V301)相连，所述的第1调压阀(V203)和第1电磁阀(V207)之间的管路经所述的第3仪表阀(V205)与所述的第3压力表(B201)相连，在所述的第2电磁阀(V208)和进入所述的计量单元的管路中连接有压力传感器；所述的压缩空气管路还有分管路，该分管路经第2调压阀(V204)与所述的第2电磁阀(V208)相连，在所述的第2调压阀(V204)与所述的第2电磁阀(V208)的管路中通过第4仪表阀(V206)与所述的第4压力表(B202)相连，
所述的计量单元有两路：
与所述的空气单元相连的一路，由管路依次连接的第13手动截止阀(V301)、第4滤器(F301)、第3调压阀(V306)、第3电磁阀(V307)、第14手动截止阀(V302)和第5单向阀(V311)构成，所述的第5单向阀(V311)的输出端经管路与尿素喷嘴相连，在所述的第3调压阀(V306)和第3电磁阀(V307)的管路上设有压力传感器；
另一路与所述的泵组单元相连，由管路依次连接的第15手动截止阀(V303)、第5滤器(F302)、第5电磁阀(V309)、第16手动截止阀(V304)、第17手动截止阀(V305)和第4单向阀(V312)构成，所述的第4单向阀(V312)的输出端经管路与尿素喷嘴相连，在所述的第5电磁阀(V309)和第16手动截止阀(V304)之间的管路中设有压力传感器。
2.根据强烈要求1所述的船用柴油机选择性催化还原尿素喷射系统，其特征在于所述的泵组单元中还有与依次相连的第一手动截止阀(V01)、第1滤器(F01)、第二手动截止阀(V02)管路并联的互为备用管路：该管路由依次相连第3手动截止阀(V03)、第2滤器(F02)和第4手动截止阀(V04)构成。
3.根据强烈要求1或2所述的尿素喷射系统，其特征在于所述的泵组单元中还有与依次相连的所述的第7手动截止阀(V07)、第2泵(P02)、第2单向阀(V14)和第8手动截止阀(V08)的管路与所述的第五手动截止阀(V05)、第1泵(P01)、第1单向阀(V13)和第6手动截止阀(V06)依次相连的管路互为备用，在所述的第7手动截止阀(V07)和第2泵(P02)的管路上设有压力传感器，在所述的第2泵(P02)和第2单向阀(V14)之间的管路上设有压力传感器和温度传感器。
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