CN109395581B - 船舶废气脱硝系统 - Google Patents
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Abstract
一种船舶废气脱硝系统，包括脱硝反应器、废气脱硝管路及尿素溶液供应装置，脱硝反应器包括入口管路、混合器、蒸发混合室、反应室及出口管路，混合器设置在脱硝反应器的入口，入口管路连接混合器的入口与废气脱硝管路，入口管路中设有尿素溶液喷枪，尿素溶液喷枪与尿素溶液供应装置连接，混合器的出口与蒸发混合室连通，蒸发混合室设置在反应室的外围，蒸发混合室与反应室之间的连通处位于远离脱硝反应器的入口的一侧，出口管路连通反应室及脱硝反应器的出口。本发明的船舶废气脱硝系统结构紧凑、脱硝效率高。
Description
技术领域
本发明涉及大气污染防治技术领域，特别是关于一种船舶废气脱硝系统。
背景技术
为了控制船用废气集气箱NOx的排放，国际海事组织通过了《MARPOL 73/78公约》附则VI《防止船舶造成空气污染规则》的修订案，该修订案规定从2016年1月1日起在排放控制区(Emission Control Area，ECA区域)实行Tier III排放标准。该标准确定了更低的氮氧化物排放值，这就需要对船舶废气进行脱硝处理。目前，应用最广泛的船舶废气集气箱废气脱硝处理技术是选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction，SCR)。
采用选择性催化还原技术对废气进行脱硝处理时，首先向温度为170～550℃的废气中喷入还原剂，还原剂可以是纯氨气、氨水或尿素溶液，由于尿素便于存储和运输，一般作为还原剂的首选，尿素经过喷枪的雾化，热解或水解为氨气。随后，氨气和废气的混合物一起通过催化剂发生催化反应，使氮氧化物转变为氮气和水蒸气后排出，从而降低了排气中NOx的含量。
然而，现有的脱硝设备结构复杂，所需占用的空间较大，影响了船上人员的活动空间及其他设备的排布，并且无法在具有结构紧凑的同时保证较高的处理效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种船舶废气脱硝系统，结构紧凑且脱硝效率高。
本发明提供一种船舶废气脱硝系统，包括脱硝反应器、废气脱硝管路及尿素溶液供应装置，所述脱硝反应器包括入口管路、混合器、蒸发混合室、反应室及出口管路，所述混合器设置在所述脱硝反应器的入口，所述入口管路连接所述混合器的入口与所述废气脱硝管路，所述入口管路中设有尿素溶液喷枪，所述尿素溶液喷枪与所述尿素溶液供应装置连接，所述混合器的出口与所述蒸发混合室连通，所述蒸发混合室设置在所述反应室的外围，所述蒸发混合室与所述反应室之间的连通处位于远离所述脱硝反应器的入口的一侧，所述出口管路连通所述反应室及所述脱硝反应器的出口。
其中，所述尿素溶液供应装置包括尿素溶液储罐、压缩空气储罐、第一空气管路及尿素供应管路，所述第一空气管路连接所述压缩空气储罐与所述尿素溶液喷枪，所述尿素供应管路连接所述尿素溶液储罐与所述尿素溶液喷枪。
其中，还包括第二空气管路，所述第二空气管路连接所述压缩空气储罐与所述尿素供应管路，所述第一空气管路中设有第一阀门，所述第二空气管路中设有第二阀门，所述第一阀门在供应尿素溶液时打开，所述第二阀门在清洗所述尿素溶液喷枪时打开。
其中，所述尿素供应管路在所述第二空气管路的接入处与所述尿素溶液储罐的出口之间设置有第三阀门与计量泵。
其中，所述脱硝反应器包括反应器主体、接口法兰及封头，所述封头通过所述接口法兰可拆卸地连接在所述反应器主体的开口端以封闭所述反应器主体。
其中，所述蒸发混合室与所述反应室之间的连通处和所述反应器主体的开口端位置对应，所述脱硝反应器的入口与所述脱硝反应器的出口位于所述脱硝反应器的同一端。
其中，所述蒸发混合室为所述脱硝反应器的内壁与所述反应室的外壁之间限定形成的气体流道，所述反应室与所述脱硝反应器同轴。
其中，所述反应室通过支撑板固定在所述脱硝反应器中。
其中，还包括废气集气箱、涡轮增压器、废气直排管路与脱硝废气管路，所述废气直排管路连接所述涡轮增压器的废气入口与所述废气集气箱的废气出口，所述脱硝废气管路连接所述涡轮增压器的废气入口与所述脱硝反应器的出口，所述废气脱硝管路的入口与所述废气集气箱的废气出口连接，所述废气直排管路中设有第四阀门，所述脱硝废气管路中设有第五阀门，所述废气脱硝管路中设有第六阀门。
其中，所述涡轮增压器的废气出口与废热锅炉连接。
本发明的船舶废气脱硝系统，包括脱硝反应器、废气脱硝管路及尿素溶液供应装置，脱硝反应器包括入口管路、混合器、蒸发混合室、反应室及出口管路，混合器设置在脱硝反应器的入口，入口管路连接混合器的入口与废气脱硝管路，入口管路中设有尿素溶液喷枪，尿素溶液喷枪与尿素溶液供应装置连接，混合器的出口与蒸发混合室连通，蒸发混合室设置在反应室的外围，蒸发混合室与反应室之间的连通处位于远离脱硝反应器的入口的一侧，出口管路连通反应室及脱硝反应器的出口。通过上述方式，本发明的船舶废气脱硝系统结构紧凑、脱硝效率高。
附图说明
图1为本发明一个实施例中船舶废气脱硝系统的结构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
图1为本发明一个实施例中船舶废气脱硝系统的结构示意图。如图1所示，本实施例的船舶废气脱硝系统，包括脱硝反应器1、废气脱硝管路2、尿素溶液供应装置3、废气集气箱4、涡轮增压器5、废气直排管路6与脱硝废气管路7，尿素溶液供应装置3用于向脱硝反应器1供应尿素溶液，废气直排管路6连接涡轮增压器5的废气入口与废气集气箱4的废气出口，脱硝废气管路7连接涡轮增压器5的废气入口与脱硝反应器1的出口，废气脱硝管路2连接废气集气箱4的废气出口与脱硝反应器1的入口，废气直排管路6中设有第四阀门61，脱硝废气管路7中设有第五阀门71，废气脱硝管路2中设有第六阀门21。
当第五阀门71、第六阀门21打开且第四阀门61关闭时，废气从废气集气箱4经废气脱硝管路2进入脱硝反应器1进行脱硝处理，脱硝后的废气经脱硝废气管路7进入涡轮增压器5，接着排放到大气中。当第五阀门71、第六阀门21关闭且第四阀门61打开时，废气从废气集气箱4经废气直排管路6直接进入涡轮增压器5，接着排放到大气中。实际实现时，涡轮增压器5的废气出口与废热锅炉、消音器连接，从涡轮增压器5排出的废气通过废热锅炉、消音器后，再排放到大气中。
请继续参考图1，脱硝反应器1包括入口管路11、混合器12、蒸发混合室13、反应室14及出口管路15，混合器12设置在脱硝反应器1的入口，入口管路11连接混合器12的入口与废气脱硝管路2，入口管路11中设有尿素溶液喷枪8，尿素溶液喷枪8与尿素溶液供应装置3连接，混合器12的出口与蒸发混合室13连通，蒸发混合室13设置在反应室14的外围，蒸发混合室13与反应室14之间的连通处位于远离脱硝反应器1的入口的一侧，反应室14内设有催化剂层，出口管路15连通反应室14及脱硝反应器1的出口。在本实施例中，脱硝反应器1的入口与脱硝反应器1的出口位于脱硝反应器1的同一端，以使得气体在脱硝反应器1内具有较长的通过路径。
在一实施方式中，脱硝反应器1呈圆筒状，蒸发混合室13为脱硝反应器1的内壁与反应室14的外壁之间限定形成的气体流道，反应室14与脱硝反应器1同轴，反应室14通过支撑板19固定在脱硝反应器1中，通过这种结构，蒸发混合室13均匀分布在反应室14的外围，使得蒸发混合室13的空间较大且气体路径相对较长，雾化后的尿素能够在蒸发混合室13中充分进行分解生成氨气，同时高温废气在进入蒸发混合室13后具有充分的空间与氨气进行混合并有充分的时间对反应室14进行预热，在废气与氨气的混合气体进入反应室14时，气体的混合程度较佳且反应室14具有提供催化反应的合适温度，从而大大提高脱硝的效率。
传统的蒸发混合器为单独的管道，与脱硝反应器串联在管路中，存在管路长，连接件多、结构复杂等缺点，而本实施例将蒸发混合器和脱硝反应器整合为一体，缩短了系统管路的长度，减少了蒸发混合器和脱硝反应器之间的连接件，使得系统结构紧凑，同时还具有预热效果并提供了更大的蒸发混合空间，脱硝效率更高。在本实施例的脱硝反应器1中，废气先经过反应室14外围空间，能给反应室14预热，为下一步的催化反应提供准备，同时，废气在混合器12的作用下，发生旋转混合，尿素在反应室14外围相对较大的空间内发生蒸发并更好地使废气与氨气混合，提高了混合均匀性。
请继续参考图1，在本实施例中，脱硝反应器1包括反应器主体16、接口法兰17及封头18，封头18通过接口法兰17可拆卸地连接在反应器主体16的开口端以封闭反应器主体16，其中，蒸发混合室13与反应室14之间的连通处和反应器主体16的开口端位置对应。
通过上述方式，本实施例通过法兰形式将封头18与反应器主体16进行连接，有双重作用：第一，便于反应室14内的催化剂层的安装，操作时通过接口法兰17打开封头18，便能进行催化剂层的安装；第二，便于催化剂层的检修，利用法兰连接的封头18替代人孔门，方便维修人员进入脱硝反应器1内部进行检修，这样便无需再设置人孔门。
请继续参考图1，尿素溶液供应装置3包括尿素溶液储罐31、压缩空气储罐32、第一空气管路35及尿素供应管路33，第一空气管路35连接压缩空气储罐32与尿素溶液喷枪8，尿素供应管路33连接尿素溶液储罐31与尿素溶液喷枪8，尿素溶液喷枪8为双流体喷枪，内部具有空气管路与尿素溶液管路，尿素供应管路33设置有第三阀门38与计量泵39，第一空气管路35中设有第一阀门37。在对废气进行脱硝时，同时打开第一阀门37与第三阀门38，尿素溶液储罐31中的尿素溶液通过计量泵39进入尿素溶液喷枪8，在通过第一空气管路35进入尿素溶液喷枪8的压缩空气的作用下从尿素溶液喷枪8喷出雾化。
在一实施方式中，系统还包括第二空气管路34，第二空气管路34连接压缩空气储罐32与尿素供应管路33，使压缩空气可以进入尿素溶液喷枪8的尿素溶液管道中，第三阀门38与计量泵39设置在尿素供应管路33的位于第二空气管路34的接入处与尿素溶液储罐31的出口之间的部分，第二空气管路34中设有第二阀门36，第一阀门37在供应尿素溶液时打开，使压缩空气进入尿素溶液喷枪8的空气管路中，第二阀门36在清洗尿素溶液喷枪8时打开，使压缩空气经尿素供应管路33进入尿素溶液喷枪8的尿素溶液管路，利用高压状态的空气对易发生堵塞的管道及喷枪进行冲击，达到清洗目的。实际实现时，用于向第二空气管路34供应压缩空气的压缩空气储罐也可以不使用尿素溶液供应装置3中的压缩空气储罐32，例如可以使用催化剂层的吹灰装置的压缩空气储罐，从而可以在对催化剂层进行吹灰的同时对尿素溶液喷枪8进行清洗。
传统的冲洗过程采用冷水冲洗管路及喷枪，水从储水罐排出进入到冲洗管路，需要消耗船上的淡水资源，并且流动水对尿素进行溶解的效果有限，清洗效率低且效果较差。本发明采用压缩空气直接对易发生堵塞的喷枪进行冲击，无需溶解尿素且高压冲击的清除效果好，同时无需消耗船上的淡水水源，在船舶上的应用前景更好。
接下来，对本实施例的船舶废气脱硝系统的工作过程进行详细说明如下。
船舶进入ECA区时，第五阀门71、第六阀门21打开，第四阀门61关闭，废气由废气集气箱4排出，通过废气脱硝管路2进入脱硝反应器1的入口管路11，同时，第一阀门37与第三阀门38打开，第二阀门36关闭，尿素溶液在计量泵39及第一空气管路35的压缩空气的作用下，由尿素溶液喷枪8雾化进入脱硝反应器1的入口管路11，与废气经混合器12进入蒸发混合室13中，尿素发生分解，反应方程式为：
(NH2)2CO+H2O→2NH3+CO2
尿素分解产生的氨气和废气在混合器12及蒸发混合室13的作用下，进行充分的混合并对反应室14进行预热，混合均匀的废气和氨气进入到反应室14中，在催化剂层的作用下发生催化还原反应，反应方程式为：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
6NO2+8NH3→7N2+12H2O
脱硝反应后，废气经脱硝反应器1的出口管路15进入脱硝废气管路7，进而进入涡轮增压器5，最后通过废热锅炉和消音器，排放到大气中。
船舶在非ECA区时，第五阀门71、第六阀门21关闭，第四阀门61打开，无需尿素溶液供应，第一阀门37与第三阀门38关闭，此时，需要冲洗尿素溶液喷枪8，第二阀门36打开，压缩空气从压缩空气储罐32排出进入尿素供应管路33中，对管路及尿素溶液喷枪8进行冲击清洗。同时，柴油机废气直接由废气集气箱4经废气直排管路6排出进入涡轮增压器5，最后通过废热锅炉和消音器，排放到大气中。
本发明的船舶废气脱硝系统，包括脱硝反应器、废气脱硝管路及尿素溶液供应装置，脱硝反应器包括入口管路、混合器、蒸发混合室、反应室及出口管路，混合器设置在脱硝反应器的入口，入口管路连接混合器的入口与废气脱硝管路，入口管路中设有尿素溶液喷枪，尿素溶液喷枪与尿素溶液供应装置连接，混合器的出口与蒸发混合室连通，蒸发混合室设置在反应室的外围，蒸发混合室与反应室之间的连通处位于远离脱硝反应器的入口的一侧，出口管路连通反应室及脱硝反应器的出口。通过上述方式，本发明的船舶废气脱硝系统结构紧凑、脱硝效率高。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种船舶废气脱硝系统，其特征在于，包括脱硝反应器、废气脱硝管路及尿素溶液供应装置，所述脱硝反应器包括入口管路、混合器、蒸发混合室、反应室及出口管路，所述混合器设置在所述脱硝反应器的入口，所述入口管路连接所述混合器的入口与所述废气脱硝管路，所述入口管路中设有尿素溶液喷枪，所述尿素溶液喷枪与所述尿素溶液供应装置连接，所述混合器的出口与所述蒸发混合室连通，所述蒸发混合室设置在所述反应室的外围，所述蒸发混合室与所述反应室之间的连通处位于远离所述脱硝反应器的入口的一侧，所述出口管路连通所述反应室及所述脱硝反应器的出口；所述蒸发混合室为所述脱硝反应器的内壁与所述反应室的外壁之间限定形成的气体流道，所述反应室与所述脱硝反应器同轴。
2.如权利要求1所述的船舶废气脱硝系统，其特征在于，所述尿素溶液供应装置包括尿素溶液储罐、压缩空气储罐、第一空气管路及尿素供应管路，所述第一空气管路连接所述压缩空气储罐与所述尿素溶液喷枪，所述尿素供应管路连接所述尿素溶液储罐与所述尿素溶液喷枪。
3.如权利要求2所述的船舶废气脱硝系统，其特征在于，还包括第二空气管路，所述第二空气管路连接所述压缩空气储罐与所述尿素供应管路，所述第一空气管路中设有第一阀门，所述第二空气管路中设有第二阀门，所述第一阀门在供应尿素溶液时打开，所述第二阀门在清洗所述尿素溶液喷枪时打开。
4.如权利要求3所述的船舶废气脱硝系统，其特征在于，所述尿素供应管路在所述第二空气管路的接入处与所述尿素溶液储罐的出口之间设置有第三阀门与计量泵。
5.如权利要求1所述的船舶废气脱硝系统，其特征在于，所述脱硝反应器包括反应器主体、接口法兰及封头，所述封头通过所述接口法兰可拆卸地连接在所述反应器主体的开口端以封闭所述反应器主体。
6.如权利要求5所述的船舶废气脱硝系统，其特征在于，所述蒸发混合室与所述反应室之间的连通处和所述反应器主体的开口端位置对应，所述脱硝反应器的入口与所述脱硝反应器的出口位于所述脱硝反应器的同一端。
7.如权利要求1所述的船舶废气脱硝系统，其特征在于，所述反应室通过支撑板固定在所述脱硝反应器中。
8.如权利要求1所述的船舶废气脱硝系统，其特征在于，还包括废气集气箱、涡轮增压器、废气直排管路与脱硝废气管路，所述废气直排管路连接所述涡轮增压器的废气入口与所述废气集气箱的废气出口，所述脱硝废气管路连接所述涡轮增压器的废气入口与所述脱硝反应器的出口，所述废气脱硝管路的入口与所述废气集气箱的废气出口连接，所述废气直排管路中设有第四阀门，所述脱硝废气管路中设有第五阀门，所述废气脱硝管路中设有第六阀门。
9.如权利要求8所述的船舶废气脱硝系统，其特征在于，所述涡轮增压器的废气出口与废热锅炉连接。
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