CN108757124A - 一种适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置，包括排气管进口支管、静态混合器和排气管主管；所述排气管进口支管下端与柴油机的排气管连接，所述进气管上端与静态混合器下端连接，所述静态混合器上端与排气管主管连接；所述排气管进口支管侧壁上设置有尿素喷嘴；所述排气管主管内沿着气流流动方向依次设置有螺旋导流板、扩流板和催化剂载体，其中螺旋导流板正对静态混合器上端出口设置，而扩流板呈锥形扩散状从螺旋导流板指向催化剂载体。本发明取消SCR反应器，利用现有的排气管进行脱硝处理，不仅节约了成本，同时也大大节省了安装空间，解决SCR系统空间受限的问题。

Description

一种适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置
技术领域
本发明涉及船舶排污处理技术领域，尤其涉及一种适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置。
背景技术
目前，船舶已成为我国沿海、沿河地区主要的大气污染源。根据国家环境保护部监控中心的数据，2013年在中国港口靠泊的船舶共排放二氧化硫58.8万吨，约占全国排放总量的8.4％，港口船舶氮氧化物排放量27.8万吨，约占全国排放总量的11.3％。国际海事组织IMO颁布的《MARPOL 73/78》公约，自2016年1月1日起在排放控制区内的船舶排放要求达到TierⅢ排放标准，对船舶废气中有害成分排放进行了严格限制，因此开展船舶大气污染控制技术迫在眉睫。根据目前的技术水平，仅仅依靠柴油机自身的减排技术已经很难满足TierⅢ的标准，这就意味着柴油机必须通过后处理技术来实现这一目标。在NOx后处理技术中，SCR被公认为最成熟、有效的措施，已得到国际社会的广泛认可。
船用SCR系统中一般都要使用尿素柜储存尿素水溶液，船舶所使用的SCR反应器和尿素柜体积较大，据了解，SCR系统尺寸与柴油机都需要较大的空间，而船上所能为柴油机和SCR反应器提供的空间十分有限，这就导致了SCR系统的安装困难，大大限制了SCR系统的应用。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置，其取代了SCR反应器，改装为排气管路，且在排气管路内部安装螺旋导流板、扩流板及钒基催化剂载体，如此以来在排气管路内部就能进行选择性催化还原反应，其在保证能进行正常反应的条件下，还提高了反应效率，减小了装置占用的空间，节约了成本。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置，包括排气管进口支管、静态混合器和排气管主管；其中
排气管进口支管下端与柴油机的排气管连接，而进气管上端与静态混合器下端连接，静态混合器上端与排气管主管连接；
所述排气管进口支管侧壁上设置有尿素喷嘴；
所述排气管主管内沿着气流流动方向依次设置有螺旋导流板、扩流板和催化剂载体，其中螺旋导流板正对静态混合器上端出口设置，而扩流板呈锥形扩散状从螺旋导流板指向催化剂载体。
优选地，所述排气管进口支管设置有多组，对应地静态混合器也设置有多组，而每组静态混合器在排气管主管内对应设置有一组螺旋导流板、扩流板和催化剂载体。
优选地，所述尿素喷嘴通过管道与尿素柜相连，所述尿素喷嘴与尿素柜之间配有尿素控制单元，所述排气管主管内安装有NOx传感器，所述NOx传感器通过线路与尿素控制单元相连。
优选地，所述NOx传感器在排气管主管内沿气流流动方向设置有多组，例如对应静态混合器的组数一一配置。
优选地，所述催化剂载体选用陶瓷材料，其耐高温，且对于选择性催化还原反应具有一定的促进作用。
优选地，所述排气管主管的尾部连接涡轮，所述涡轮与气压机连接，在此，排气管主管排出的尾气提供涡轮动力使其旋转，涡轮旋转带动气压机工作，压缩空气。
优选地，所述排气管主管配置有清洁系统，所述清洁系统包括风机，所述风机通过管路与排气管主管内的催化剂载体相连。
本发明提供的适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置，取消SCR反应器，利用现有的排气管进行脱硝处理，不仅节约了成本，同时也大大节省了安装空间，解决SCR系统空间受限的问题。此外，螺旋导流板和扩流板的安装使得废气中的NOx与NH3混合更加均匀，更有利于反应的进行,提高了反应的脱硝效率。具体地，螺旋导流板的设置延长了混合气的流动路径，使混合气中的NOx能与尿素水溶液分解出的NH3达到充分混合；扩流板的设置使混合气能够均匀分布在催化剂载体横截面各处，保证混合气与钒基催化剂充分接触，使得催化还原反应更彻底；催化剂载体设置有多组，当前一组进入的混合气经过前一组钒基催化剂后未完全反应时可以与后一组进入的混合气再次混合后穿过螺旋导流板和扩流板进行扩流，未反应的NH3再次接触钒基催化剂后继续发生反应，NOx传感器会时刻检测排气管主管内各处NOx的浓度并向尿素控制单元传递信号，尿素控制单元接收信号后会实时调整尿素的喷射量，从而使NOx与NH3达到最佳催化还原反应配比，同时还可防止NH3过量而随尾气排出造成泄露增加成本。
附图说明
图1是本发明适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置的结构示意图。
其中：1-尿素柜；2-尿素控制单元；3-尿素喷嘴；4-排气管进口支管；5-静态混合器；6-排气管主管；7-螺旋导流板；8-扩流板；9-催化剂载体；10-钒基催化剂；11-NOx传感器；12-风机；13-涡轮；14-压气机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，一种适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置，包括排气管进口支管4、静态混合器5和排气管主管6；其中
排气管进口支管4下端与柴油机的排气管连接，而进气管4上端与静态混合器6下端连接，静态混合器6上端与排气管主管6连接；
所述排气管进口支管4侧壁上设置有尿素喷嘴3；
所述排气管主管6内沿着气流流动方向依次设置有螺旋导流板7、扩流板8和催化剂载体9，其中螺旋导流板7正对静态混合器6上端出口设置，而扩流板8呈锥形扩散状从螺旋导流板7指向催化剂载体9。
优选地，所述排气管进口支管4设置有多组，对应地静态混合器6也设置有多组，而每组静态混合器6在排气管主管6内对应设置有一组螺旋导流板7、扩流板8和催化剂载体9，即对应地螺旋导流板7、扩流板8和催化剂载体9也设置有多组。
优选地，所述尿素喷嘴3通过管道与尿素柜1相连，所述尿素喷嘴3与尿素柜1之间配有尿素控制单元2，所述排气管主管6内安装有NOx传感器11，所述NOx传感器11通过线路与尿素控制单元2相连。
优选地，所述NOx传感器11在排气管主管6内沿气流流动方向设置有多组，例如对应静态混合器6的组数一一配置。
优选地，所述催化剂载体10选用陶瓷材料，其耐高温，且对于选择性催化还原反应具有一定的促进作用。
优选地，所述排气管主管6的尾部连接涡轮13，所述涡轮13与气压机14连接，在此，排气管主管6排出的尾气提供涡轮13动力使其旋转，涡轮13旋转带动气压机14工作，压缩空气。
优选地，所述排气管主管6配置有清洁系统，所述清洁系统包括风机12，所述风机12通过管路与排气管主管6内的催化剂载体9相连。
本发明提供的适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置，工作时：
在尿素控制单元2的控制作用下来自尿素柜1的尿素水溶液从尿素喷嘴3喷入排气管进口支管4内，而来自柴油机排气管的高温废气从排气管进口支管4下端排入排气管进口支管4内，此时尿素水溶液的喷射方向与高温废气的来流方向大致呈90度分布，可以充分接触混合，即实现两者的预混合；
尿素水溶液在高温废气的热传导作用下，流经静态混合器6时充分混合并发生水解，产生NH3；在此静态混合器具有的特殊结构单元使得高温废气的扰动程度得到了加强，进而使高温废气中的NOx与NH3气体互相混合；
混合气经过静态混合器6后到达排气管主管6内并依次经过螺旋导流板7和扩流板8后在催化剂载体9处与蜂窝状的钒基催化剂10接触并在废气高温作用下发生催化还原反应，在此，螺旋导流板7延长了混合气的流动路径，使混合气中的NOx能与尿素水溶液分解出的NH3达到充分混合；扩流板8使混合气能够均匀分布在催化剂载体9横截面各处，保证混合气与钒基催化剂10充分接触，使得催化还原反应更彻底；排气管主管6内废气温度(250℃～400℃)较高，满足反应所需条件，这样混合气在排气管主管6内流动就可以发生选择性催化还原反应，将混合气中的NOx还原为N2和水；催化剂载体9设置有多组，当前一组进入的混合气经过前一组钒基催化剂10后未完全反应时可以与后一组进入的混合气再次混合后穿过螺旋导流板7和扩流板8进行扩流，未反应的NH3再次接触钒基催化剂后继续发生反应，NOx传感器11会时刻检测排气管主管6内各处NOx的浓度并向尿素控制单元2传递信号，尿素控制单元2接收信号后会实时调整尿素的喷射量，从而使NOx与NH3达到最佳催化还原反应配比，同时还可防止NH3过量而随尾气排出造成泄露增加成本；
反应后的尾气经排气管主管6尾部排出后进入涡轮13并提供涡轮13动力使其转动，涡轮13转动进而带动压气机14工作，压气机14压缩空气进入柴油机气缸，促进燃油燃烧，燃烧后的气体进入排气管支管4。
最后，为了保持排气管主管6清洁不被污染，给排气管主管6配置有清洁系统，其可定期运行对排气管主管6进行清理，即通过风机12压缩空气吹动粘附在排气管主管6内催化剂载体9上的烟尘后随排气排出。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“尾”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置，其特征在于，包括排气管进口支管、静态混合器和排气管主管；所述排气管进口支管下端与柴油机的排气管连接，所述进气管上端与静态混合器下端连接，所述静态混合器上端与排气管主管连接；所述排气管进口支管侧壁上设置有尿素喷嘴；所述排气管主管内沿着气流流动方向依次设置有螺旋导流板、扩流板和催化剂载体，其中螺旋导流板正对静态混合器上端出口设置，而扩流板呈锥形扩散状从螺旋导流板指向催化剂载体。
2.如权利要求1所述的适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置，其特征在于，所述排气管进口支管设置有多组，对应地静态混合器也设置有多组，而每组静态混合器在排气管主管内对应设置有一组螺旋导流板、扩流板和催化剂载体。
3.如权利要求1所述的适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置，其特征在于，所述尿素喷嘴通过管道与尿素柜相连，所述尿素喷嘴与尿素柜之间配有尿素控制单元。
4.如权利要求3所述的适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置，其特征在于，所述排气管主管内安装有NOx传感器，所述NOx传感器通过线路与尿素控制单元相连。
5.如权利要求4所述的适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置，其特征在于，所述NOx传感器在排气管主管内沿气流流动方向设置有多组。
6.如权利要求1所述的适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置，其特征在于，所述催化剂载体选用陶瓷材料。
7.如权利要求1所述的适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置，其特征在于，所述排气管主管的尾部连接涡轮，所述涡轮与气压机连接。
8.如权利要求1-7任一项所述的适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置，其特征在于，所述排气管主管配置有清洁系统，所述清洁系统包括风机，所述风机通过管路与排气管主管内的催化剂载体相连。
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