CN109173725A - 一种具有催化脱硝功能的船用低速柴油机废气集气箱 - Google Patents
一种具有催化脱硝功能的船用低速柴油机废气集气箱 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种具有催化脱硝功能的船用低速柴油机废气集气箱,包括集气箱和设置在集气箱内的催化脱硝模块,集气箱的废气入口连接柴油机各缸的排气歧管,集气箱的废气出口连接涡轮,所述催化脱硝模块包括尿素喷射头、静态混合器和双层催化剂模块;废气与尿素溶液混合之后经过静态混合器和双层催化剂模块,本发明采用上置式的集气箱,结构简单、易于布置,提高了集气箱系统紧凑性;废气流之后安装挡板,可以有效的防止反应气倒流到气缸中,同时可以利用废气的高温预热催化脱硝模块,提高废气残余热量利用率,并在高温高压的条件下,废气从下腔折流进入上腔,会降低其线速度,实现高效脱除废气中NOx的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种低速柴油机废气集气箱,尤其涉及一种具有催化脱硝功能的船用低速柴油机废气集气箱。
背景技术
由于船舶污染物对大气和海洋环境造成了严重的破坏,世界各国和国际组织(IMO)相继制定了法规来限制污染物的排放。国际海事组织规定在2016年以后,低速柴油机NOx的排放限值在指定排放控制区(ECA)降为3.4g/(KW·h)。与此同时,我国交通运输部也将珠三角、长三角、环渤海(京津冀)水域设立为船舶设立船舶大气污染物排放控制区,以控制我国船舶污染物的排放。
目前,比较成熟的后处理技术主要有废气再循环洗涤(EGR)技术和选择性催化还原(SCR)技术。EGR技术能够大幅度降低NOx排放,但同时其油耗和微粒排放都将增加,经济性代价较高。SCR脱硝技术是国际海事组织公认的唯一可用于各类船舶发动机和船型的NOx减排技术,理论上能够满足IMO Tier III或更严格排放标准。按照SCR系统安装位置不同,可以分为低压SCR系统和高压SCR系统。低压SCR系统涡后排气温度仅有210~240℃,而SCR系统中最佳反应温度为350~400℃,温度过低会降低脱硝效率并且会生成其他副产物。因而,对于低压SCR系统需要额外增加供热装置来提高排气温度。相反,高压SCR系统涡前排气温度为280~420℃,高压SCR系统具有很好的脱硝效率。
由于SCR反应器的布置和尺寸受到排气流量、排气温度和脱硝效率的影响,因此SCR反应器是为特定安装条件定制的。其次考虑到排气管、混合器和SCR反应器所占的空间位置大小,应使系统结构更加紧凑,以便于维护和操作。现有的脱硝系统可位于涡轮前后,但没有充分利用残余热量,结构也较复杂。
在申请号为201510957139.X的专利《一种适用于多增压器船用柴油机NOx减排装置SCR系统》中采用每个增压器都有一套独立的SCR系统,每个SCR装置体积更小,布置更灵活,且可共享尿素泵站及计量装置、尿素溶液存储装置。虽然可以根据柴油机的工况需要,随时停用其中任何一个SCR装置,满足更多的工况范围,降低成本。但使催化脱硝系统结构复杂化,不便于操作和维护,管理起来也十分困难,同时残余热量利用率并不高。
在申请号为201520894417.7的专利《船用柴油机NOX减排装置SCR系统反应器的启动加热装置》中采用电加热装置安装在SCR系统反应器上,对催化剂进行加热,使SCR系统反应器达到正常工作的需要,从而满足船用柴油机NOX减排的法定要求。但这种做法会导致额外能量的消耗,经济性不高,同时残余热量利用率不高。
综上所述,现有的船用低速柴油机废气排放在实际应用中存在诸多问题,迫切需要开发高效,便于管理维护,结构紧凑且能够满足相关排放标准的技术。
发明内容
本发明的目的是为了提供高紧凑性、高废热利用率、高脱硝效率、沉积物易于处理的一种具有催化脱硝功能的船用低速柴油机废气集气箱。
本发明的目的是这样实现的:
一种具有催化脱硝功能的船用低速柴油机废气集气箱,包括集气箱和设置在集气箱内的催化脱硝模块,集气箱的废气入口连接柴油机各缸的排气歧管,集气箱的废气出口连接涡轮,所述催化脱硝模块包括尿素喷射头、静态混合器和双层催化剂模块;废气与尿素溶液混合之后经过静态混合器和双层催化剂模块。
本发明还包括这样一些特征:
1.所述催化脱硝模块上置于集气箱,集气箱采用方形结构且内部有上下两腔,下腔依次设置废气入口和尿素喷射头,上腔入口端依次设置静态混合器、吹灰系统、双层催化剂模块、清灰箱和废气出口;
2.所述催化脱硝模块旁置于集气箱,所述催化脱硝模块旁置于集气箱具体为:集气箱采用左右两腔结构,左腔依次设置废气入口和尿素喷射头,右腔入口端依次设置静态混合器、吹灰系统、第一催化剂模块、清灰箱、第二催化剂模块、废气出口;所述吹灰系统和废气出口设置在右腔的上方,清灰箱设置在右腔的底部,第一催化剂模块和第二催化剂模块中间设置有挡板;
3.所述催化脱硝模块环形嵌入集气箱,集气箱采用圆环形结构且内部有内圆管道和外圆管道,所述内圆管道设置在集气箱的中心,废气入口设置在内圆管道底部,外圆管道的入口端依次设置尿素喷射头、静态混合器、吹灰系统、双层催化剂模块、废气出口;
4.所述尿素喷射头前端设置上下挡板;
5.所述尿素喷射头前端设置上下挡板;
6.还设置有吹灰系统和清灰箱,吹灰系统设置在静态混合器和双层催化剂模块中间,清灰箱设置在废气出口端且与吹灰系统相对应;
7.所述废气出口的开口向上。
本发明一种适用于具有催化脱硝功能的船用低速柴油机废气集气箱,包括排气歧管、尿素喷射头、静态混合器、嵌入式催化剂、吹灰系统、挡板或弯管、螺栓、清灰箱和各缸排气口连接集气箱一端,挡板或弯管后喷射尿素溶液,废气出口连接涡轮;其实现方式之一特征在于:方形两腔式集气箱,下腔接通排气歧管,防止反应气倒流的挡板,双层催化剂模块嵌入于上腔;其实现方式之二特征在于:左右两腔式集气箱,左腔接通排气歧管,防止反应气倒流的挡板,折形嵌入双层催化剂;其实现方式之三特征在于:环形两腔式集气箱,内圆管道中心布置且接通排气歧管,尾端为弯管结构的内圆管道,外圆管道环形嵌入双层催化剂模块。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明采用三种方式将催化脱硝模块嵌入于排集气箱内,以提高系统的紧凑性,便于管理和维护。其次,能充分利用集气箱内的脉冲能量更好的混合废气和反应气,同时排气箱处于高温高压的环境,更有利于脱硝反应的进行,废气残余热量也得到了较好的利用。
本发明采用上置式的集气箱,结构简单、易于布置,提高了集气箱系统紧凑性;废气流之后安装挡板,可以有效的防止反应气倒流到气缸中,同时可以利用废气的高温预热催化脱硝模块,提高废气残余热量利用率,并在高温高压的条件下,废气从下腔折流进入上腔,会降低其线速度,实现高效脱除废气中NOx的效果。
本发明采用旁置式的集气箱,充分考虑了集气箱的空间利用位置,提高了系统的紧凑性;废气流之后安装挡板,可以有效的防止反应气倒流到气缸中,利用高温高压的环境,同时催化剂模块采用折流式,提高了脱硝效率。吹灰系统布置在催化剂模块上方,清灰处布置在下方,有利于沉积物的清理。
本发明采用环置式的集气箱,内圆管道中心布置于集气箱内,并连接排气歧管,外圆管道环状式布置催化剂,提高了系统的紧凑性,同时可以利用废气加热催化剂模块,提高了废气残余热量利用和脱硝效率;通过弯管结构,可以改变气流流向,使气流撞击外圆管道内部,发生离心运动,颗粒物沉积到底部,减少了废气流中的颗粒进入脱硝模块,也防止了反应气倒流到气缸中。
附图说明
图1是本发明的催化剂模块上置于集气箱结构示意图;
图2是本发明的催化剂模块旁置于集气箱结构示意图;
图3是本发明的模块催化剂环置于集气箱结构示意图1;
图4是本发明的催化剂模块环置于集气箱结构示意图2。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明的目的在于提供一种具有催化脱硝功能的船用低速柴油机废气集气箱,包括废气入口1、尿素喷射头2、静态混合器7、双层催化剂模块9、吹灰系统8、上挡板4、下挡板5或弯管13、螺栓11。
通过将脱硝催化剂模块上置于集气箱、右置于集气箱和环形嵌入于集气箱内三种方式,以提高系统的紧凑性,同时充分利用废气残余热量。
本发明是一种具有催化脱硝功能的船用低速柴油机废气集气箱,并采用三种方式增强系统的紧凑性,便于安装和管理。由于船用低速柴油机排气温度低,且间歇式排气方式往往导致排气箱内的气流相互交叉扰流产生的脉冲能量,因排气箱的扩大而损失殆尽。为了利用这部分能量,提高残余热量利用率,进而提高脱硝效率。其次,废气脉冲能量压力波的扰动可以初步混合废气和反应气,可以提高对NOx的去除效果。最后,因集气箱处于高温高压的环境,有利于脱硝反应。
(1)柴油机废气从各缸排气歧管流入,经由挡板或弯管13,与由尿素喷射头2引入的高压尿素溶液接触,在脉冲能量扰动下初步混合,并发生尿素分解反应,其化学反应:
NH2CONH2·xH2O→NH2CONH2+xH2O
NH2CONH2→NH3+HNCO
HNCO+H2O→NH3+CO2
(2)而后混合气流经静态混合器7,废气扰动增强,部分未分解尿素溶液、氨气与废气再次充分混合。再经由双层催化剂模块9,在催化剂的作用下发生脱硝反应,其化学反应为:
4NH3+2NO+2NO2→4N2+6H2O
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
8NH3+6NO2→7N2+12H2O
(3)脱硝反应后的洁净废气流出双层催化剂模块9,并通过清灰箱12流入废气出口,进入柴油机涡轮中。此外,整个脱硝反应过程中,还会发生以下副反应:
2NH3+2NO2→N2+NH4NO3+H2O
SO3+H2O+2NH3→(NH4)2SO4
(NH4)2SO4→NH4HSO4+NH3
在较低的反应温度下,生成大量NH4NO3,严重时会堵塞催化剂孔道,降低催化剂活性。硫含量较高时也会有相应的硫酸盐生成。当催化剂模块表面及孔道内部存在铵盐结晶物、沉积物,会堵塞催化剂通道,降低系统脱硝效率。此时,吹灰系统顺着气流的方向进行吹灰,将沉积物吹入吹灰箱12,通过打开清灰箱底部的螺栓11连接进行沉积物处理。
实施例1
如图1所示:上置式的集气箱采用方形结构,通过板件3焊接在集气箱内而分为上下两腔。下腔底部废气入口1接通各缸排气歧管,流通废气,并在其右侧依次安装防止反应气倒流的上挡板5、下挡板4和尿素喷射头2,尿素喷射头2与尿素喷射系统连接,上腔布置静态混合器7,并安装双层催化脱硝模块9,左侧朝上的废气出口10接通涡轮,废气出口的下端设置吹灰箱12。
实施例2
如图2所示:旁置式的集气箱,左腔采用方形结构,底部废气入口1接通各缸排气歧管,流通废气,并在其右侧依次安装防止反应气倒流的上挡板5、下挡板4和尿素喷射头2;右腔也采用方形结构,入口布置静态混合器7,其后布置双层催化剂模块9,双层催化剂模块9通过板件3分为两块,使废气折流,提高脱硝效率。接通涡轮的废气出口10和吹灰系统8布置在右腔上方,吹灰箱12布置在右腔的下方。
实施例3
如图3-4所示:环置式的集气箱采用圆环形结构,内圆管道14布置在集气箱中心,其底部与各缸排气歧管相接,内圆管道14的尾端采用弯管13结构,将废气通入外圆管道15。尿素喷射头2和静态混合器7依次安装于内圆管道14废气流出口之后;外圆管道15布置环形的脱硝模块。外圆管道15废气流出口开口向上,以避免流出废气夹带杂物进入涡轮;吹灰系统8布置在脱硝模块上层,可以定期进行清灰处理。
综上所述:本发明的目的在于提供一种具有催化脱硝功能的船用低速柴油机废气集气箱,包括排气歧管、尿素喷射头2、静态混合器7、嵌入式双层催化剂模块9、吹灰系统8。废气集气箱一端连接各缸排气口,不同歧管的废气相互交叉扰流,产生的脉冲压力波形成扰动,使得与进入的尿素溶液初步混合,并结合静态反应器7均匀混合。尿素喷射头2和静态混合器7依次安装于废气流之后,通过挡板或弯管13保证反应气不倒流到气缸内;废气集气箱末端连接涡轮,废气出口10开口向上以避免流出废气夹带杂物进入涡轮;集气箱内部嵌入双层催化剂模块9,充分利用废气残余热量,在较高的温度和压力下,并降低催化反应线速度,提高脱硝效率。本发明采用三种方式将催化剂模块嵌入于集气箱内,以提高系统的紧凑性,并充分利用集气箱内的脉冲能量更好的混合废气和反应气,提高脱硝效率,同时有效利用废气残余热量。
Claims (10)
1.一种具有催化脱硝功能的船用低速柴油机废气集气箱,其特征是,包括集气箱和设置在集气箱内的催化脱硝模块,集气箱的废气入口连接柴油机各缸的排气歧管,集气箱的废气出口连接涡轮,所述催化脱硝模块包括尿素喷射头、静态混合器和双层催化剂模块;废气与尿素溶液混合之后经过静态混合器和双层催化剂模块。
2.根据权利要求1所述的具有催化脱硝功能的船用低速柴油机废气集气箱,其特征是,所述催化脱硝模块上置于集气箱,集气箱采用方形结构且内部有上下两腔,下腔依次设置废气入口和尿素喷射喷头,上腔入口端依次设置静态混合器、吹灰系统、双层催化剂模块、清灰箱和废气出口。
3.根据权利要求1所述的具有催化脱硝功能的船用低速柴油机废气集气箱,其特征是,所述催化脱硝模块旁置于集气箱,所述催化脱硝模块旁置于集气箱具体为:集气箱采用左右两腔结构,左腔依次设置废气入口和尿素喷射头,右腔入口端依次设置静态混合器、吹灰系统、第一催化剂模块、清灰箱、第二催化剂模块、废气出口;所述吹灰系统和废气出口设置在右腔的上方,清灰箱设置在右腔的底部,第一催化剂模块和第二催化剂模块中间设置有挡板。
4.根据权利要求1所述的具有催化脱硝功能的船用低速柴油机废气集气箱,其特征是,所述催化脱硝模块环形嵌入集气箱,集气箱采用圆环形结构且内部有内圆管道和外圆管道,所述内圆管道设置在集气箱的中心,废气入口设置在内圆管道底部,外圆管道的入口端依次设置尿素喷射头、静态混合器、吹灰系统、双层催化剂模块、废气出口。
5.根据权利要求2所述的催化脱硝功能的船用低速柴油机废气集气箱,其特征是,所述尿素喷射头前端设置上下挡板。
6.根据权利要求3所述的催化脱硝功能的船用低速柴油机废气集气箱,其特征是,所述尿素喷射头前端设置上下挡板。
7.根据权利要求4所述的催化脱硝功能的船用低速柴油机废气集气箱,其特征是,所述内圆管道尾端采用弯管结构且设置在尿素喷射头的前端。
8.根据权利要求1-7所述的催化脱硝功能的船用低速柴油机废气集气箱,其特征是,还设置有吹灰系统和清灰箱,吹灰系统设置在静态混合器和双层催化剂模块中间,清灰箱设置在废气出口端且与吹灰系统相对应。
9.根据权利要求1-7所述的催化脱硝功能的船用低速柴油机废气集气箱,其特征是,所述废气出口的开口向上。
10.根据权利要求8所述的催化脱硝功能的船用低速柴油机废气集气箱,其特征是,所述废气出口的开口向上。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190111 |