CN110420560A - 一种船用scr系统反应器导流装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种船用SCR系统反应器导流装置，装置安装于反应器进口方接圆的扩张腔中，包括空心圆锥台形状的内部导流筒，内部导流筒的外圆锥面上设有多组呈环形阵列分布的内部分流板，内部导流筒与多组内部分流板一体成型，多组内部分流板均呈阶梯状，多组内部分流板上固定套设有与内部导流筒同轴设置的进口导流环、中间导流环和出口导流环。本发明的内部导流筒的侧面和中间具有间隙的导流环的侧面均为同轴锥形面，形成多层曲面结构，可改善气流的径向不均匀性，废气气流呈放射状被均匀扩散；而进出口分流板和内部分流板将多层曲面结构划分为周向的多个等面积的区域，改善因轴向气流的互扰导致的不均匀性。

Description

一种船用SCR系统反应器导流装置
技术领域
本发明属于反应器导流装置，具体涉及一种船用SCR系统反应器导流装置。
背景技术
选择性催化还原技术(SCR)是船用柴油机NOx排放后处理的主流技术，衡量SCR脱硝系统性能的两个重要指标是脱硝效率和NH3的逃逸率。这两个指标受诸多因素的综合影响，其中之一就是从扩张腔进入SCR反应器催化剂层的混合气体的出口速度均匀程度。没有气体导流装置，混合气体相当于经过管径由小变大的过程，这时不同位置的速度会发生变化，如果废气进入催化剂孔道的流速不均匀，那么速度过高的区域会有部分废气来不及反应就被排出，而速度过低区域的催化能力得不到充分利用，从而使反应器的性能下降。因此，反应器前段扩张腔内的气体导流装置至关重要，直接影响到脱硝效率和催化剂的使用寿命。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种船用SCR系统反应器导流装置，该装置出口流速均匀，压力损失小，能在确保SCR系统正常运行基础上，保证混合气体经过管径由小变大的过程，不同位置处的混合气体能速度一致的进入反应器的催化剂层，有效解决了废气进入催化剂孔道的流速不均匀的问题。
技术方案：本发明一种船用SCR系统反应器导流装置，所述装置安装于反应器进口方接圆的扩张腔中，包括空心圆锥台形状的内部导流筒，所述内部导流筒的外圆锥面上设有多组呈环形阵列分布的内部分流板，内部导流筒与多组内部分流板一体成型，多组所述内部分流板均呈阶梯状，多组内部分流板上固定套设有与内部导流筒同轴设置的进口导流环、中间导流环和出口导流环，所述中间导流环分别与进口导流环和出口导流环之间具有一定间隙，所述进口导流环的侧面设有多组与内部分流板位置相对应的进口分流板，所述进口分流板呈环形阵列分布在进口导流环的侧面且进口分流板与进口导流环一体成型，所述出口导流环的侧面设有多组与内部分流板位置相对应的出口分流板，所述出口分流板呈环形阵列分布在出口导流环的侧面且出口分流板与出口导流环一体成型。
进一步的，所述内部导流筒的外圆锥面与进口导流环、中间导流环和出口导流环之间的空间被多组内部分流板分割成多组体积相同的第一区域；所述反应器进口方接圆的扩张腔内壁与进口导流环、中间导流环和出口导流环之间的空间被多组进口分流板和出口分流板分割成多组体积相同的第二区域；所述内部导流筒的空腔为第三区域；多组所述第一区域中任意一个第一区域的进出口面积比、多组第二区域中任意一个第二区域的进出口面积比和第三区域的进出口面积比均相等，且垂直于内部导流筒轴线平面内的多组第一区域中任意一个第一区域的面积、多组第二区域中任意一个第二区域面积和第三区域的面积均相等。进出口分流板和内部分流板将反应器进口方接圆扩张腔划分为周向的多个等面积的区域，等速度混合气体分别进入进出口面积比相等的第一区域、第二区域和第三区域，保证进入方形反应器的废气是均匀等速度的。
进一步的，所述进口导流环和出口导流环分别位于内部分流板的两端，且进口导流环和出口导流环之间的中间导流环数量为一或多个。中间导流环的数量随着导流装置的大小而变化。
进一步的，多个所述中间导流环中相邻的中间导流环之间具有一定间隙。
进一步的，所述进口导流环、中间导流环和出口导流环的尺寸依次逐渐递增，且进口导流环、中间导流环和出口导流环均为锥形曲面结构。锥形曲面结构，同轴布置，有效降低了气流阻力，减小了压力损失；内部导流筒的侧面和中间具有间隙的导流环的侧面均为同轴锥形面，形成多层曲面结构，减小废气气流的扰动，改善气流的径向不均匀性。
进一步的，所述进口分流板的尺寸大于出口分流板的尺寸。
进一步的，多组所述内部分流板均与内部导流筒的外圆锥面垂直设置，多组进口分流板与进口导流环的侧面垂直设置，多组出口分流板与出口导流环的侧面垂直设置。进出口分流板和内部分流板将多层曲面结构划分为周向的多个等面积的区域，减小气流在周向上的相互扰动，改善废气气流的周向不均匀性。
进一步的，所述进口分流板与相对应的内部分流板处于同一平面，所述出口分流板与相对应的内部分流板处于同一平面。
进一步的，多组所述进口分流板与多组出口分流板均一一对应且平行设置。
进一步的，多组所述进口分流板和多组出口分流板均与反应器进口方接圆的扩张腔内壁焊接。
有益效果：本发明中进口导流环、中间导流环和出口导流环均为锥形曲面结构，同轴布置，有效降低了气流阻力，减小了压力损失；内部导流筒的侧面和中间具有间隙的导流环的侧面均为同轴锥形面，形成多层曲面结构，减小废气气流的扰动，改善气流的径向不均匀性；进出口分流板和内部分流板将多层曲面结构划分为周向的多个等面积的区域，减小气流在周向上的相互扰动，改善废气气流的周向不均匀性；等速度混合气体分别进入进出口面积比相等的第一区域、第二区域和第三区域，保证进入方形反应器的废气是均匀等速度的。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明轴视图；
图3为本发明剖视图；
图4为图3主视图；
图5为内部分流板结构示意图；
图6为本发明俯视图；
图7为本发明仰视图；
图8为本发明安装于反应器进口方接圆内示意图。
具体实施例
下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述：
如图1和图2所示，本发明一种船用SCR系统反应器导流装置，该装置安装于反应器进口方接圆11的扩张腔中，装置中各部件尺寸需要与反应器进口方接圆11的扩张腔尺寸来定制，保证导流装置可以针对不同规格反应器使废气出口流速均匀的进入催化剂层，其中该装置包括空心圆锥台形状的内部导流筒1，内部导流筒1的外圆锥面上设有多组呈环形阵列分布的内部分流板2，内部导流筒1与多组内部分流板2一体成型，多组内部分流板2均与内部导流筒1的外圆锥面垂直设置，多组内部分流板2均呈阶梯状，多组内部分流板2上固定套设有与内部导流筒1同轴设置的进口导流环3、中间导流环4和出口导流环5，进口导流环3、中间导流环4和出口导流环5的尺寸依次逐渐递增，且进口导流环3、中间导流环4和出口导流环5均为锥形曲面结构，锥形曲面结构，同轴布置，有效降低了气流阻力，减小了压力损失；
如图3至图5所示，进口导流环3和出口导流环5分别位于内部分流板2的两端，中间导流环4分别与进口导流环3和出口导流环5之间具有一定间隙，且进口导流环3和出口导流环5之间的中间导流环4数量为一或多个，中间导流环4的具体数量随着导流装置的大小而变化，当中间导流环4为多个时，多个中间导流环4中相邻的中间导流环4之间也具有一定间隙，本实施例中中间导流环4数量为一个，其中内部导流筒1的侧面和中间具有间隙的进口导流环3、中间导流环4和出口导流环5的侧面均为同轴锥形面，形成多层曲面结构，可减小废气气流的扰动，改善气流的径向不均匀性；
进口导流环3的侧面设有多组与内部分流板2位置相对应的进口分流板6，多组进口分流板6与进口导流环3的侧面垂直设置，多组进口分流板6呈环形阵列分布在进口导流环3的侧面且进口分流板6与进口导流环3一体成型，进口分流板6与相对应的内部分流板2处于同一平面，出口导流环5的侧面设有多组与内部分流板2位置相对应的出口分流板7，多组出口分流板7与出口导流环5的侧面垂直设置，多组出口分流板7呈环形阵列分布在出口导流环5的侧面且出口分流板7与出口导流环5一体成型，出口分流板7与相对应的内部分流板2处于同一平面，其中进口分流板6的尺寸大于出口分流板7的尺寸，且多组进口分流板6与多组出口分流板7均一一对应且平行设置；进出口分流板和内部分流板2将多层曲面结构划分为周向的多个等面积的区域，减小气流在周向上的相互扰动，改善废气气流的周向不均匀性；
如图6和图7所示，内部导流筒1的外圆锥面与进口导流环3、中间导流环4和出口导流环5之间的空间被多组内部分流板2分割成多组体积相同的第一区域8；反应器进口方接圆11的扩张腔内壁与进口导流环3、中间导流环4和出口导流环5之间的空间被多组进口分流板6和出口分流板7分割成多组体积相同的第二区域9，且多组进口分流板6和多组出口分流板7均与反应器进口方接圆11的扩张腔内壁焊接；内部导流筒1的空腔为第三区域10；多组第一区域8中任意一个第一区域8的进出口面积比、多组第二区域9中任意一个第二区域9的进出口面积比和第三区域10的进出口面积比均相等，且垂直于内部导流筒1轴线平面内的多组第一区域8中任意一个第一区域8的面积、多组第二区域9中任意一个第二区域9面积和第三区域10的面积均相等；进出口分流板和内部分流板2将反应器进口方接圆11扩张腔划分为周向的多个等面积的区域，同时等速度混合气体分别进入进出口面积比相等的第一区域8、第二区域9和第三区域10，保证进入方形反应器的废气是均匀等速度的；
如图8所示，工作原理：某船舶主推动力为额定功率为13200kW，额定转速为111r/min的低速柴油机，其中反应器进口方接圆11的扩张腔入口通过法兰与方接圆间段13和Φ720的DN700法兰12与混合管道连接，反应器进口方接圆11的出口尺寸为1376×1348与反应器方形进口连接，扩张比约为4.56；柴油机废气气流从法兰12和法兰与方接圆间段13进入反应器进口方接圆11的扩张腔中，如果没有本装置，气体相当于经过管径由小变大的过程，这时不同位置的速度会发生变化，从而使反应器的性能下降；
本装置就是保证管径变大，不同位置处的混合气体能速度一致的进入反应器的催化剂层，该装置中的内部导流筒1与进口导流环3、中间导流环4和出口导流环5通过内部分流板2焊接在同轴位置，再用进口分流板6和出口分流板7与反应器进口方接圆11的扩张腔内壁焊接，内部导流筒1的侧面和中间具有间隙的进口导流环3、中间导流环4和出口导流环5的侧面均为同轴锥形面，从而形成多层曲面结构，即将扩张腔腔体呈放射状分割形成多层曲面结构，减小废气气流的扰动，改善气流的径向不均匀性；同时内部分流板2、进口分流板6和出口分流板7将多层曲面结构划分为周向的多个等面积的区域，减小气流在周向上的相互扰动，改善废气气流的周向均匀性；同时等速度混合气体分别进入进出口面积比相等的第一区域8、第二区域9和第三区域10，保证进入方形反应器的废气是均匀等速度的；其类似于将一个大的方接圆切割划分为多个小的等面积的区域，再分为多级扩大，即将气流划分成很多股，保证气体在扩散的过程中互不干扰，均速进入反应器催化剂层，进行催化还原反应。

Claims (10)

1.一种船用SCR系统反应器导流装置，所述装置安装于反应器进口方接圆的扩张腔中，其特征在于：包括空心圆锥台形状的内部导流筒，所述内部导流筒的外圆锥面上设有多组呈环形阵列分布的内部分流板，内部导流筒与多组内部分流板一体成型，多组所述内部分流板均呈阶梯状，多组内部分流板上固定套设有与内部导流筒同轴设置的进口导流环、中间导流环和出口导流环，所述中间导流环分别与进口导流环和出口导流环之间具有一定间隙，所述进口导流环的侧面设有多组与内部分流板位置相对应的进口分流板，所述进口分流板呈环形阵列分布在进口导流环的侧面且进口分流板与进口导流环一体成型，所述出口导流环的侧面设有多组与内部分流板位置相对应的出口分流板，所述出口分流板呈环形阵列分布在出口导流环的侧面且出口分流板与出口导流环一体成型。
2.根据权利要求1所述的一种船用SCR系统反应器导流装置，其特征在于：所述内部导流筒的外圆锥面与进口导流环、中间导流环和出口导流环之间的空间被多组内部分流板分割成多组体积相同的第一区域；所述反应器进口方接圆的扩张腔内壁与进口导流环、中间导流环和出口导流环之间的空间被多组进口分流板和出口分流板分割成多组体积相同的第二区域；所述内部导流筒的空腔为第三区域；多组所述第一区域中任意一个第一区域的进出口面积比、多组第二区域中任意一个第二区域的进出口面积比和第三区域的进出口面积比均相等，且垂直于内部导流筒轴线平面内的多组第一区域中任意一个第一区域的面积、多组第二区域中任意一个第二区域面积和第三区域的面积均相等。
3.根据权利要求1所述的一种船用SCR系统反应器导流装置，其特征在于：所述进口导流环和出口导流环分别位于内部分流板的两端，且进口导流环和出口导流环之间的中间导流环数量为一或多个。
4.根据权利要求3所述的一种船用SCR系统反应器导流装置，其特征在于：多个所述中间导流环中相邻的中间导流环之间具有一定间隙。
5.根据权利要求1所述的一种船用SCR系统反应器导流装置，其特征在于：所述进口导流环、中间导流环和出口导流环的尺寸依次逐渐递增，且进口导流环、中间导流环和出口导流环均为锥形曲面结构。
6.根据权利要求1所述的一种船用SCR系统反应器导流装置，其特征在于：所述进口分流板的尺寸大于出口分流板的尺寸。
7.根据权利要求1所述的一种船用SCR系统反应器导流装置，其特征在于：多组所述内部分流板均与内部导流筒的外圆锥面垂直设置，多组进口分流板与进口导流环的侧面垂直设置，多组出口分流板与出口导流环的侧面垂直设置。
8.根据权利要求7所述的一种船用SCR系统反应器导流装置，其特征在于：所述进口分流板与相对应的内部分流板处于同一平面，所述出口分流板与相对应的内部分流板处于同一平面。
9.根据权利要求7所述的一种船用SCR系统反应器导流装置，其特征在于：多组所述进口分流板与多组出口分流板均一一对应且平行设置。
10.根据权利要求2所述的一种船用SCR系统反应器导流装置，其特征在于：多组所述进口分流板和多组出口分流板均与反应器进口方接圆的扩张腔内壁焊接。
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