CN109209592B - 一种大型船舶柴油发电机废气集成处理装置 - Google Patents

一种大型船舶柴油发电机废气集成处理装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及柴油发电机废气排放控制技术领域，其公开了一种大型船舶柴油发电机废气集成处理装置，包括若干数量的柴油发电机、连接在每一个所述柴油发电机上的排气管道，各个所述排气管道的废气出口端连接至同一个辅机集气管，所述辅机集气管的废气出口端按照废气的处理流程依次连接至尿素喷射单元、不锈钢混合管、脱硝装置，净化气输出管道，所述净化气输出管道的净化气出口处设置有若干数量的有害气体含量检测传感器，所述排气管道上设置有用于调节废气输出量的排气风闸。本发明实现废气了处理装置的集成化和结构紧凑化，同时实现了良好的废气处理效果、达到排放标准。

Description

一种大型船舶柴油发电机废气集成处理装置
技术领域
本发明涉及柴油发电机废气排放控制技术领域，具体涉及一种大型船舶柴油发电机废气集成处理装置。
背景技术
船舶柴油发电机在运行中会产生废气，对海洋大气和港口环境会造成严重的危害，因此有必要对于废气进行处理，以严格控制硫氧化物(SOx)、(NOx)氮氧化物和和颗粒物的排放，并达到相关排放标准(例如Tier 3排放标准)。
对于大型船舶来说，由于动力的需要较大，因此会在船舶内布置多个数量的柴油发电机。现有技术中对于柴油发电机废气的处理方式通常是每台柴油发电机配置一套废气处理装置，导致其占用了较大的船舶空间。鉴于船舶空间资源的紧张，有必要改进现有技术，设计出一种紧凑型的废气集成处理装置，同时实现良好的废气处理效果、达到相关排放标准。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种大型船舶柴油发电机废气集成处理装置，旨在实现废气处理装置的集成化和结构紧凑化，同时实现良好的废气处理效果、达到排放标准。具体的技术方案如下：
一种大型船舶柴油发电机废气集成处理装置，包括若干数量的柴油发电机、连接在每一个所述柴油发电机上的排气管道，各个所述排气管道的废气出口端连接至同一个辅机集气管，所述辅机集气管的废气出口端按照废气的处理流程依次连接至尿素喷射单元、不锈钢混合管、脱硝装置，净化气输出管道，所述净化气输出管道的净化气出口处设置有若干数量的有害气体含量检测传感器，所述排气管道上设置有用于调节废气输出量的排气风闸。
工作时，由柴油发电机产生的高温废气通过排气管道汇集到辅机集气管中，然后进入尿素喷射单元，尿素喷射单元喷出的雾化尿素蒸汽与废气初步混合，并经过不锈钢混合管进一步混合和反应，进入脱硝装置，废气中的硫氧化物(NOx)、氮氧化物(SOx)被去除，实现净化气的排放。
上述技术方案中，通过设置辅机集气管实现了多台柴油发电机废气的汇集，使得废气的处理只需要一套装置，从而实现了废气集成处理装置的紧凑型化，一方面节省了宝贵的船舶空间资源，同时又能够实现良好的废气处理效果、达到排放标准。
作为本发明的优选方案之一，所述排气风闸上连接有用于对所述排气风闸进行积碳吹除的鼓风机。
通过采用鼓风机对排气风闸进行积碳吹除，使得排气风闸的工作更可靠。
作为本发明的优选方案之二，所述不锈钢混合管与脱硝装置之间连接有三通阀，所述三通阀包括一个气体输入端和两个气体输出端，所述三通阀的气体输入端连接不锈钢混合管的气体出口，所述三通阀的其中一个气体输出端连接脱硝装置的气体入口，所述三通阀的其中另一个气体输出端通过旁通管连接至所述净化气输出管道。
通过设置三通阀和旁通管，可以使得废气集成处理装置的控制系统根据柴油发电机运行情况优化选择废气处理的方式，即在经过尿素喷射单元后如果废气到达排放标准直接通过旁通管进行排放，排放不达标时则进一步经过脱硝装置二级处理、达标后排放，因此具有较好的经济性。
本发明中，所述净化气输出管道上设置有辅机消音器。
其中，所述辅机消音器为带有火花熄灭功能的消音器。
为了有利于废气与尿素蒸汽的充分混合和反应，所述不锈钢混合管的长度尺寸与内径尺寸的比值大于4。
作为本发明的优选方案之三，所述净化气输出管道上设置有热交换器。
更优选的，所述热交换器包括净化气输出管道上的一段管壁，所述的一段管壁为由内管壁和外管壁组成的双层管壁，且所述内管壁与外管壁之间形成热交换的腔体，所述腔体上连接有用于热交换的进液管和出液管，所述内管壁的外圆上设置有用于增强热交换效果的外螺纹。
优选的，所述外管壁为焊接外管壁，所述外管壁的外圆上包裹绝热材料层。
本发明中的热交换器所得到的热量被连接到船舶供热设备上，实现了净化气余热资源的充分利用。同时，采用双层管壁及带有外螺纹的内管壁，能够进一步提高热交换器的效率。
作为本发明的优选方案之四，所述不锈钢混合管的内部沿轴向间隔分布有若干数量固定设置的用于形成旋转气流的正向旋流叶片和反向旋流叶片，且所述正向旋流叶片、反向旋流叶片依次交替分布。
由于在不锈钢混合管的内部设置了交替布置的正向旋流叶片和反向旋流叶片，废气和尿素蒸汽进入不锈钢混合管中会形成一股旋流，该旋流在不锈钢混合管内不断交替反向旋转并向前推进，从而使得废气和尿素蒸汽的混合和反应更加充分，从而进一步提高了废气净化的效果。
优选的，所述正向旋流叶片、反向旋流叶片上的旋流通道为扩张式旋流通道。其中，所述扩张式旋流通道是指从气体进入叶片到气体从叶片中旋流出来的通道逐步增大。
本发明的一种大型船舶柴油发电机废气集成处理装置还包括控制系统，所述柴油发电机、排气风闸、鼓风机、有害气体含量检测传感、尿素喷射单元、脱硝装置分别连接所述控制系统。
其中，所述有害气体含量检测传感器包括氮氧化物检测传感器、硫氧化物检测传感器。
本发明中，排气风闸采用压缩空气控制。
本发明中，控制系统可以根据有害气体含量检测传感器的检测结果，通过控制排气风闸来控制废气的处理量，同时优化控制柴油发电机的输出功率使得其废气的排出量与额定的废气处理量相匹配。控制系统也可以优化选择采用对废气进行尿素喷射单元一级处理，或者采用尿素喷射单元一级处理和脱硝装置二级处理。
本发明的有益效果是：
第一，本发明的一种大型船舶柴油发电机废气集成处理装置，通过设置辅机集气管实现了多台柴油发电机废气的汇集，使得废气的处理只需要一套装置，从而实现了废气集成处理装置的紧凑型化，一方面节省了宝贵的船舶空间资源，同时又能够实现良好的废气处理效果、达到排放标准。
第二，本发明的一种大型船舶柴油发电机废气集成处理装置，通过采用鼓风机对排气风闸进行积碳吹除，使得排气风闸的工作更可靠。
第三，本发明的一种大型船舶柴油发电机废气集成处理装置，通过设置三通阀和旁通管，可以使得废气集成处理装置的控制系统根据柴油发电机运行情况优化选择废气处理的方式，即在经过尿素喷射单元后如果废气到达排放标准直接通过旁通管进行排放，排放不达标时则进一步经过脱硝装置二级处理、达标后排放，因此具有较好的经济性。
第四，本发明的一种大型船舶柴油发电机废气集成处理装置，热交换器所得到的热量被连接到船舶供热设备上，实现了净化气余热资源的充分利用。同时，采用双层管壁及带有外螺纹的内管壁，能够进一步提高热交换器的效率。
第五，本发明的一种大型船舶柴油发电机废气集成处理装置，由于在不锈钢混合管的内部设置了交替布置的正向旋流叶片和反向旋流叶片，废气和尿素蒸汽进入不锈钢混合管中会形成一股旋流，该旋流在不锈钢混合管内不断交替反向旋转并向前推进，从而使得废气和尿素蒸汽的混合和反应更加充分，从而进一步提高了废气净化的效果。
附图说明
图1是本发明的一种大型船舶柴油发电机废气集成处理装置的结构示意图；
图2是热交换器的结构示意图；
图3是在图1中的不锈钢混合管内设置正向旋流叶片和反向旋流叶片的结构示意图；
图4是图3中的正向旋流叶片的P向视图及反向旋流叶片的Q向视图。
图中：1、柴油发电机，2、排气管道，3、辅机集气管，4、尿素喷射单元，5、不锈钢混合管，6、脱硝装置，7、净化气输出管道，8、有害气体含量检测传感器，9、排气风闸，10、鼓风机，11、三通阀，12、旁通管，13、辅机消音器，14、热交换器，15、进液管，16、出液管，17、内管壁，18、外管壁，19、外螺纹，20、正向旋流叶片，21、反向旋流叶片。
图中：G为废气在不锈钢混合管内的流动方向，A、B为废气的旋流方向。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：
如图1至4所示为本发明的一种大型船舶柴油发电机废气集成处理装置的实施例，包括若干数量的柴油发电机1、连接在每一个所述柴油发电机1上的排气管道2，各个所述排气管道2的废气出口端连接至同一个辅机集气管3，所述辅机集气管3的废气出口端按照废气的处理流程依次连接至尿素喷射单元4、不锈钢混合管5、脱硝装置6，净化气输出管道7，所述净化气输出管道7的净化气出口处设置有若干数量的有害气体含量检测传感器8，所述排气管道2上设置有用于调节废气输出量的排气风闸9。
工作时，由柴油发电机1产生的高温废气通过排气管道2汇集到辅机集气管3中，然后进入尿素喷射单元4，尿素喷射单元4喷出的雾化尿素蒸汽与废气初步混合，并经过不锈钢混合管5进一步混合和反应，进入脱硝装置6，废气中的硫氧化物(NOx)、氮氧化物(SOx)被去除，实现净化气的排放。
上述技术方案中，通过设置辅机集气管3实现了多台柴油发电机1废气的汇集，使得废气的处理只需要一套装置，从而实现了废气集成处理装置的紧凑型化，一方面节省了宝贵的船舶空间资源，同时又能够实现良好的废气处理效果、达到排放标准。
作为本实施例的优选方案之一，所述排气风闸9上连接有用于对所述排气风闸9进行积碳吹除的鼓风机10。
通过采用鼓风机10对排气风闸9进行积碳吹除，使得排气风闸9的工作更可靠。
作为本实施例的优选方案之二，所述不锈钢混合管5与脱硝装置6之间连接有三通阀11，所述三通阀11包括一个气体输入端和两个气体输出端，所述三通阀11的气体输入端连接不锈钢混合管5的气体出口，所述三通阀11的其中一个气体输出端连接脱硝装置6的气体入口，所述三通阀11的其中另一个气体输出端通过旁通管12连接至所述净化气输出管道。
通过设置三通阀11和旁通管12，可以使得废气集成处理装置的控制系统根据柴油发电机1运行情况优化选择废气处理的方式，即在经过尿素喷射单元4后如果废气到达排放标准直接通过旁通管12进行排放，排放不达标时则进一步经过脱硝装置6二级处理、达标后排放，因此具有较好的经济性。
本实施例中，所述净化气输出管道7上设置有辅机消音器13。
其中，所述辅机消音器13为带有火花熄灭功能的消音器。
为了有利于废气与尿素蒸汽的充分混合和反应，所述不锈钢混合管5的长度尺寸与内径尺寸的比值大于4。
作为本实施例的优选方案之三，所述净化气输出管道7上设置有热交换器14。
更优选的，所述热交换器14包括净化气输出管道7上的一段管壁，所述的一段管壁为由内管壁17和外管壁18组成的双层管壁，且所述内管壁17与外管壁18之间形成热交换的腔体，所述腔体上连接有用于热交换的进液管15和出液管16，所述内管壁17的外圆上设置有用于增强热交换效果的外螺纹19。
优选的，所述外管壁18为焊接外管壁，所述外管壁18的外圆上包裹绝热材料层。
本实施例中的热交换器14所得到的热量被连接到船舶供热设备上，实现了净化气余热资源的充分利用。同时，采用双层管壁及带有外螺纹19的内管壁17，能够进一步提高热交换器的效率。
作为本实施例的优选方案之四，所述不锈钢混合管5的内部沿轴向间隔分布有若干数量固定设置的用于形成旋转气流的正向旋流叶片20和反向旋流叶片21，且所述正向旋流叶片20、反向旋流叶片21依次交替分布。
由于在不锈钢混合管5的内部设置了交替布置的正向旋流叶片20和反向旋流叶片21，废气和尿素蒸汽进入不锈钢混合管5中会形成一股旋流，该旋流在不锈钢混合管5内不断交替反向旋转并向前推进，从而使得废气和尿素蒸汽的混合和反应更加充分，从而进一步提高了废气净化的效果。
优选的，所述正向旋流叶片20、反向旋流叶片21上的旋流通道为扩张式旋流通道。其中，所述扩张式旋流通道是指从气体进入旋流叶片到气体从旋流叶片中旋流出来的通道逐步增大。
本实施例的一种大型船舶柴油发电机废气集成处理装置还包括控制系统，所述柴油发电机1、排气风闸9、鼓风机10、有害气体含量检测传感8、尿素喷射单元4、脱硝装置6分别连接所述控制系统。
其中，所述有害气体含量检测传感器8包括氮氧化物检测传感器、硫氧化物检测传感器。
本实施例中，排气风闸9采用压缩空气控制。
本实施例中，控制系统可以根据有害气体含量检测传感器8的检测结果，通过控制排气风闸9来控制废气的处理量，同时优化控制柴油发电机1的输出功率使得其废气的排出量与额定的废气处理量相匹配。控制系统也可以优化选择采用对废气进行尿素喷射单元4一级处理，或者采用尿素喷射单元4一级处理和脱硝装置6二级处理。
实施例2：
如图1所示，本实施例为18600吨化学品船，船上设置四台柴油发电机1，四台柴油发电机1排气开始为独立排气，在每根排气管道2上装有一个排气风闸9，排气风闸9由压缩空气自动控制，并自带排气鼓风机10。四根排气管道2合并进入一根DN700的辅机集气管3，合并之后进入尿素喷射单元4，进入尿素喷射单元4的废气排放不达标时，向管内喷射尿素溶液，使其产生化学反应达到tier 3排放要求。因化学反映腐蚀性较强，在尿素喷射单元后用了一段2500的不锈钢混合管5，之后废气进入脱硝装置6进一步处理。脱硝装置6设有旁通管12，排放不达标时经过脱硝装置6进一步处理，达标时则直接进入旁通管12和净化气输出管道7，净化气输出管道7上设置有一个带有火化熄灭功能的辅机消音器13，处理后的气体最后排放至大气。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种大型船舶柴油发电机废气集成处理装置，其特征在于，包括若干数量的柴油发电机、连接在每一个所述柴油发电机上的排气管道，各个所述排气管道的废气出口端连接至同一个辅机集气管，所述辅机集气管的废气出口端按照废气的处理流程依次连接至尿素喷射单元、不锈钢混合管、脱硝装置，净化气输出管道，所述净化气输出管道的净化气出口处设置有若干数量的有害气体含量检测传感器，所述排气管道上设置有用于调节废气输出量的排气风闸；所述不锈钢混合管的内部沿轴向间隔分布有若干数量固定设置的用于形成旋转气流的正向旋流叶片和反向旋流叶片，且所述正向旋流叶片、反向旋流叶片依次交替分布；所述正向旋流叶片、反向旋流叶片上的旋流通道为扩张式旋流通道；其中，所述扩张式旋流通道是指从气体进入叶片到气体从叶片中旋流出来的通道逐步增大。
2.根据权利要求1所述的一种大型船舶柴油发电机废气集成处理装置，其特征在于，所述排气风闸上连接有用于对所述排气风闸进行积碳吹除的鼓风机。
3.根据权利要求1所述的一种大型船舶柴油发电机废气集成处理装置，其特征在于，所述不锈钢混合管与脱硝装置之间连接有三通阀，所述三通阀包括一个气体输入端和两个气体输出端，所述三通阀的气体输入端连接不锈钢混合管的气体出口，所述三通阀的其中一个气体输出端连接脱硝装置的气体入口，所述三通阀的其中另一个气体输出端通过旁通管连接至所述净化气输出管道。
4.根据权利要求1所述的一种大型船舶柴油发电机废气集成处理装置，其特征在于，所述净化气输出管道上设置有辅机消音器。
5.根据权利要求1所述的一种大型船舶柴油发电机废气集成处理装置，其特征在于，所述不锈钢混合管的长度尺寸与内径尺寸的比值大于4。
6.根据权利要求1所述的一种大型船舶柴油发电机废气集成处理装置，其特征在于，所述净化气输出管道上设置有热交换器。
7.根据权利要求6所述的一种大型船舶柴油发电机废气集成处理装置，其特征在于，所述热交换器包括净化气输出管道上的一段管壁，所述的一段管壁为由内管壁和外管壁组成的双层管壁，且所述内管壁与外管壁之间形成热交换的腔体，所述腔体上连接有用于热交换的进液管和出液管，所述内管壁的外圆上设置有用于增强热交换效果的外螺纹。
8.根据权利要求1所述的一种大型船舶柴油发电机废气集成处理装置，其特征在于，还包括控制系统，所述柴油发电机、排气风闸、鼓风机、有害气体含量检测传感、尿素喷射单元、脱硝装置分别连接所述控制系统。
9.根据权利要求1所述的一种大型船舶柴油发电机废气集成处理装置，其特征在于，所述有害气体含量检测传感器包括氮氧化物检测传感器、硫氧化物检测传感器。
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