CN108757123B - 船舶多级scr串联系统及其控制方法 - Google Patents

船舶多级scr串联系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种船舶多级SCR串联系统及其控制方法，船舶多级SCR串联系统包括：SCR反应器、换热器、空气加热闭式系统和控制系统；多个SCR反应器相串联；换热器设置在每个SCR反应器入口前；空气加热闭式系统通过加热系统风机输出的空气流分别在各个换热器中对废气进行加热后再回流至加热系统风机；控制系统通过控制器对换热器和空气加热闭式系统进行控制。本公开通过将通常的船舶SCR反应器分解成多个SCR反应器的串联形式，各个反应器在一定程度上解决了在船舶机舱有限空间布置大型的单个反应器的不便，更加便于布置和安装；而且可以在不同反应段的反应器内使用适合于该处的催化剂，同时提高了NOx的转化效率和催化器的使用寿命，降低了维修成本。

Description

船舶多级SCR串联系统及其控制方法
技术领域
本公开涉及船舶大气污染处理技术领域，尤其涉及一种用于船舶柴油机尾气后处理的船舶多级SCR串联系统及其控制方法。
背景技术
全球绝大多数船舶采用柴油机作为推进装置，这是由柴油机热效率、可靠性等特点决定的。而船舶柴油机的废气排放中的氮氧化物(NOx)对环境的危害逐渐被人们所认识。随着国际海事组织对船舶柴油机NOx排放限值的日益严格，选择性催化还原法(SCR)被逐渐应用到船舶中。它是使废气中的NOx在SCR反应器中催化剂的催化作用下与NH3发生还原反应生成N2，从而达到废气处理的目的。该技术对反应温度较为敏感，一般在330～450℃时才能高效反应，温度过高或过低时反应效率较低，而且会造成NH3的排放增加。
SCR技术是在机外进行废气处理，最大的优点是可以减少柴油机80％～95％的NOx排放，是目前唯一能够达到Tier III排放标准的控制技术。使用SCR系统不必对柴油机做较大的改动，可以保留柴油机的优化运行状况。
要在有限的机舱空间中布置SCR反应器，空间成本较高，且船用SCR反应器一般较大，需特别设计布置方案，存在一定麻烦。由于SCR反应需要在一定的温度范围内才能高效进行，这也更加使得其安装位置必须尽可能靠近发动机排气位置，对布置提出了更高的要求。又由于船舶主机特殊的工况，废气温度本不太高，且经过废气涡轮后温度进一步降低，若反应器位置距离发动机排气侧较远，则废气温度更难达到高效反应的温度。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本公开提供了一种船舶多级SCR串联系统及其控制方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。
(二)技术方案
根据本公开的一个方面，提供了一种船舶多级SCR串联系统，包括：串联的n个SCR反应器，其中n≥3；n个换热器，分别设置在每个所述SCR反应器的进口前；空气加热闭式系统，输出的空气流分别在各个所述换热器中对废气进行加热；控制系统，对所述换热器和所述空气加热闭式系统进行控制。
在本公开的一些实施例中，所述空气加热闭式系统包括：加热系统风机；n个加热器，所述加热器一端与所述加热系统风机通过气体管路连接，所述加热器另一端分别通过气体管路与对应的所述换热器一端连接，各所述换热器的另一端通过气体管路汇集并连接至所述加热系统风机。
在本公开的一些实施例中，所述控制系统包括：电磁开关，分别对每个加热器的开闭进行控制；控制器，分别接收每个所述温度传感器获取的所述SCR反应器进口处的废气温度，并对每个所述电磁开关进行控制；温度传感器，用于获取所述SCR反应器进口处的废气温度，并反馈至控制器。
在本公开的一些实施例中，还包括：压力表，所述压力表的个数为2n；所述压力表分别设置在所述SCR反应器的进口处和出口处。
在本公开的一些实施例中，还包括：尿素箱；尿素喷嘴，设置在船舶多级SCR串联系统串联的第一级SCR反应器的进口处；所述尿素喷嘴与所述尿素箱通过输液管和回液管连接；尿素泵，所述尿素泵的入口与所述尿素箱连接；所述尿素泵的出口通过输液管与所述尿素喷嘴连接，用于将所述尿素箱中的尿素溶液输送至所述尿素喷嘴。
在本公开的一些实施例中，所述空气加热闭式系统中的气体管路包覆有隔热材料。
在本公开的一些实施例中，还包括：风机，与船舶多级SCR串联系统串联的最后一级SCR反应器的出口相连。
根据本公开的另一个方面，提供了一种船舶多级SCR串联系统控制方法，包括：步骤A：船舶柴油机启动后，开始给船舶多级SCR串联系统供电；步骤B：启动打开空气加热闭式系统的加热系统风机，启动空气加热闭式系统；步骤C：控制器根据各温度传感器获取进入各级SCR反应器的废气温度；步骤D：控制器判断是否需要接通对应的加热器的电磁开关，以将废气温度维持在设定的范围内。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开船舶多级SCR串联系统及其控制方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
(1)多级SCR反应器串联，在一定程度上解决了在船舶机舱有限空间布置大型的单个反应器的不便，更加便于布置和安装。
(2)空气加热闭式系统与控制系统的结合，根据每级SCR反应器的具体情况进行调控，有利于提高NOx的转化效率。
(3)多级SCR反应器串联，便于在不同反应段的反应器内使用适合的催化剂。
(4)本公开能够提高催化器的使用寿命，降低维修成本。
附图说明
图1为本公开实施例用于船舶柴油机尾气后处理的船舶多级SCR串联系统的示意图。
图2为本公开实施例用于船舶柴油机尾气后处理的船舶多级SCR串联系统控制方法的流程框图。
【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
1、2、3-SCR反应器；
4、5、6-换热器；
7、8、9-加热器；
10-加热系统风机；
11-风机；
12、13、14-电磁开关；
15-控制器；
16-尿素泵；
17-尿素箱；
18-尿素喷嘴；
19、20、21-温度传感器；
22、23、24、25、26、27-压力表。
具体实施方式
本公开提供了一种船舶多级SCR串联系统及其控制方法，船舶多级SCR串联系统包括：SCR反应器、换热器、空气加热闭式系统和控制系统；多个SCR反应器相串联；换热器设置在每个SCR反应器入口前；空气加热闭式系统通过加热系统风机输出的空气流分别在各个换热器中对废气进行加热后再回流至加热系统风机；控制系统通过控制器对换热器和空气加热闭式系统进行控制。本公开通过将通常的船舶SCR反应器分解成多个SCR反应器的串联形式，各个反应器在一定程度上解决了在船舶机舱有限空间布置大型的单个反应器的不便，更加便于布置和安装；而且可以在不同反应段的反应器内使用适合于该处的催化剂，同时提高了NOx的转化效率和催化器的使用寿命，降低了维修成本。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。
在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种船舶多级SCR串联系统，包括：SCR反应器、换热器、空气加热闭式系统和控制系统；SCR反应器的个数为n，其中n≥3；n个SCR反应器相串联。换热器，设置在每个SCR反应器入口前；换热器的个数为n，其中，n≥3。空气加热闭式系统通过加热系统风机输出的空气流分别在各个换热器中对废气进行加热后再回流至加热系统风机；空气加热闭式系统包括：加热系统风机和加热器；加热器个数为n，其中，n≥3；加热器一端与加热系统风机通过气体管路连接，加热器另一端分别通过气体管路与对应的换热器一端连接，各换热器的另一端通过气体管路汇集并连接至加热系统风机。空气加热闭式系统中的气体管路包覆有隔热材料。控制系统通过控制器对换热器和空气加热闭式系统进行温度控制；控制系统包括：控制器、温度传感器和电磁开关；控制器分别接收每个温度传感器获取的SCR反应器进口处的废气温度，并对每个电磁开关进行控制；温度传感器用于获取SCR反应器进口处废气温度，并反馈至控制器；电磁开关分别对每个加热器的开闭进行控制。
船舶多级SCR串联系统还包括：压力表；压力表的个数为2n，其中，n≥3；分别设置在每个SCR反应器的进口和出口处。船舶多级SCR串联系统还包括：尿素喷嘴、尿素箱和尿素泵；尿素喷嘴设置在船舶多级SCR串联系统的第一级SCR反应器的进口处；尿素喷嘴与尿素箱通过输液管和回液管连接；尿素泵的入口与尿素箱连接；尿素泵的出口通过输液管与尿素喷嘴连接，用于将尿素箱中的尿素溶液输送至尿素喷嘴。船舶多级SCR串联系统还包括：风机与船舶多级SCR串联系统串联的最后一级SCR反应器的出口相连。
图1为本公开实施例用于船舶柴油机尾气后处理的船舶多级SCR串联系统的示意图。图中实线为气体管路，虚线为控制信号线。如图1所示，由废气涡轮增压器排出的废气由换热器4前的管路进入船舶多级SCR串联系统，依次连接换热器4、SCR反应器1、换热器5、SCR反应器2、换热器6和SCR反应器3，并在SCR反应器3的出口后设置风机11，降低排气背压，以将废气顺利排至废气锅炉。
在空气加热闭式系统中，由空气作为加热介质，由加热系统风机10作为动力源，排出的空气分流进入各加热换热支路，各加热换热支路分别为加热器7与换热器4串联、加热器8与换热器5串联、加热器9与换热器6串联，经过各加热换热支路后汇合返回加热系统风机10。空气加热闭式系统中的气体管路包覆有隔热材料，以减少散热量、节约能源、保证加热效果。
控制系统中，温度传感器19、温度传感器20、温度传感器21分别获取SCR反应器1、SCR反应器2、SCR反应器3进口处的废气温度，并反馈给控制器15，控制器15分别控制加热器7的电磁开关12、加热器8的电磁开关13、加热器9的电磁开关14的通断，以达到加热并维持废气温度的目的。各级SCR反应器前的废气温度设定值不必要相同。
各级SCR反应器内部可以采用不同种类的催化剂。SCR反应器1进口处设置有尿素喷嘴18喷射尿素，尿素泵16将尿素箱17中的尿素持续供给尿素喷嘴18，供应过量的尿素通过回液管返回尿素箱17。SCR反应器1的进口处设有压力表22、SCR反应器1的出口处设有压力表23；SCR反应器2的进口处设有压力表24、SCR反应器2的出口处设有压力表25；SCR反应器3的进口处设有压力表26、SCR反应器3的出口处设有压力表27。
在本公开的一个示例性实施例中，还提供了一种船舶多级SCR串联系统的控制方法。图2为本公开实施例用于船舶柴油机尾气后处理的船舶多级SCR串联系统控制方法的流程框图。如图2所示，包括：步骤A：船舶柴油机启动后，开始给船舶多级SCR串联系统供电；步骤B：启动空气加热闭式系统的加热系统风机，启动空气加热闭式系统；步骤C：控制器根据各温度传感器获取进入各级SCR反应器的废气温度；步骤D：控制器判断是否需要接通对应的加热器的电磁开关，以将废气温度维持在设定的范围内。
在船舶柴油机启动后，开始给船舶多级SCR串联系统供电，启动空气加热闭式系统的加热系统风机10，启动空气加热闭式系统，控制器15根据温度传感器19、温度传感器20和温度传感器21获取进入各级SCR反应器的废气温度，再根据预先设置好的各级SCR反应器所需的废气温度判断是否需要接通对应的加热器7的电磁开关12、加热器8的电磁开关13以及加热器9的电磁开关14，以将废气温度维持在设定的范围内，保证SCR反应器对废气中的NOx的高效处理。SCR反应器3的出口处设置的风机11将废气鼓入废气锅炉进行余热利用，通过风机11的设置以达到减小发动机排气背压的效果。
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开船舶多级SCR串联系统及其控制方法有了清楚的认识。
综上所述，本公开通过将通常的船舶SCR反应器分解成多个SCR反应器的串联形式，各个反应器在一定程度上解决了在船舶机舱有限空间布置大型的单个反应器的不便，更加便于布置和安装；而且可以在不同反应段的反应器内使用适合于该处的催化剂，便于布置和安装，同时提高了NOx的转化效率和催化器的使用寿命，降低了维修成本。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种船舶多级SCR串联系统，包括：
串联的n个SCR反应器，其中n≥3；n个换热器，分别设置在每个所述SCR反应器的进口前；
空气加热闭式系统，输出的空气流分别在各个所述换热器中对废气进行加热；
控制系统，对所述换热器和所述空气加热闭式系统进行控制；
其中，所述空气加热闭式系统包括：
加热系统风机；
n个加热器，所述加热器一端与所述加热系统风机通过气体管路连接，所述加热器另一端分别通过气体管路与对应的所述换热器一端连接，各所述换热器的另一端通过气体管路汇集并连接至所述加热系统风机；
其中，所述控制系统包括：电磁开关，分别对每个加热器的开闭进行控制；
温度传感器，用于获取所述SCR反应器进口处的废气温度，并反馈至控制器；
控制器，分别接收每个所述温度传感器获取的所述SCR反应器进口处的废气温度，并对每个所述电磁开关进行控制。
2.根据权利要求1所述的船舶多级SCR串联系统，还包括：
压力表，所述压力表的个数为2n；所述压力表分别设置在所述SCR反应器的进口处和出口处。
3.根据权利要求1所述的船舶多级SCR串联系统，还包括：
尿素箱；
尿素喷嘴，设置在船舶多级SCR串联系统串联的第一级SCR反应器的进口处；所述尿素喷嘴与所述尿素箱通过输液管和回液管连接；
尿素泵，所述尿素泵的入口与所述尿素箱连接；所述尿素泵的出口通过输液管与所述尿素喷嘴连接，用于将所述尿素箱中的尿素溶液输送至所述尿素喷嘴。
4.根据权利要求1所述的船舶多级SCR串联系统，所述空气加热闭式系统中的气体管路包覆有隔热材料。
5.根据权利要求1所述的船舶多级SCR串联系统，还包括：风机，与船舶多级SCR串联系统串联的最后一级SCR反应器的出口相连。
6.一种用于权利要求1至5任一项所述的船舶多级SCR串联系统的船舶多级SCR串联系统控制方法，包括：
步骤A：船舶柴油机启动后，开始给船舶多级SCR串联系统供电；
步骤B：启动打开空气加热闭式系统的加热系统风机，启动空气加热闭式系统；
步骤C：控制器根据各温度传感器获取进入各级SCR反应器的废气温度；
步骤D：控制器判断是否需要接通对应的加热器的电磁开关，以将废气温度维持在设定的范围内。
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