CN110617129A - 一种固定源轮船废气净化监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固定源轮船废气净化监控系统，涉及柴油机废气净化技术领域。本发明包括柴油发电机组尾气净化系统、柴油发电机组尾气过滤器监控控制系统；柴油发电机组尾气净化系统清除尾气中的一氧化碳、碳氢化合物，柴油发电机组尾气过滤器监控控制系统用于实时采集系统的温度和背压信息。本发明通过电控单元发出相应的脉宽调制信号给定量喷射阀，喷射阀根据信号对尿素进行计量，从而保证精确的尿素喷射到排气管；通过对系统烟气量和SCR反应器入、出口NOX和温度的分析确定供应尿素量的多少，在背压过高的情况下控制相应的旁通阀打开，使净化器稳定安全的运行，提高尾气净化率。

Description

一种固定源轮船废气净化监控系统
技术领域
本发明属于柴油机废气净化技术领域，特别是涉及一种固定源轮船废气净化监控系统。
背景技术
随着航运业发展，船舶规模和数量不断扩大，船舶污染正紧随工厂废气、汽车尾气之后成为第三大气污染源。柴油发电机在使用过程中，柴油不能充分燃烧利用，燃烧后必有尾气外排，船舶的大气污染物主要为二氧化硫(SO2)、碳氢化合物 (HC)、氮氧化合物(NOX)、颗粒状物质(PM)和一氧化碳(CO)，柴油机对大气环境的污染主要是碳烟微粒，即为常见的黑烟，它在空中可浮游数小时甚至数年，危害人们的健康。
目前市场上的柴油发电机尾气处理技术产品都很难达到使用的要求，为减少温室气体等有害气体排放，改善环境，提供一种固定源轮船废气净化监控系统，有效清除柴油机尾气中的一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）还原安全的二氧化碳（C02）与水(H20)，实时了解柴油机尾气净化器的实时运行状态和了解设备的工作时长，便于维护管理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种固定源轮船废气净化监控系统，通过柴油发电机组尾气净化系统有效清除柴油发电机组尾气中的一氧化碳、碳氢化合物，通过柴油发电机组尾气过滤器监控控制系统完成对柴油发电机组尾气净化系统的实时温度和背压的采集，以及在背压过高的情况下控制相应的旁通阀打开，使净化器稳定安全的运行，提高尾气净化率。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种固定源轮船废气净化监控系统，包括柴油发电机组尾气净化系统、柴油发电机组尾气过滤器监控控制系统；所述柴油发电机组尾气净化系统包括电控单元、空气压缩机；其中，所述电控单元通过CAN总线驱动控制尿素泵，所述尿素泵通过尿素供应管道、尿素回流管道与尿素罐连接；所述尿素泵将抽出的尿素加压、过滤后通过尿素喷射管道传输至计量喷射单元；所述空气压缩机通过空气管道与空气罐连接，压缩空气经电控单元调压后传输至计量喷射单元；所述计量喷射单元的定量喷射阀打开，所述尿素在压缩空气的引射作用下射出，与压缩空气混合后经喷嘴喷入排气管，所述喷嘴后设置有一静态混合器；所述排气管后方安装有一SCR反应器连接，尿素在排气管混合区遇高温分解成氨气和水，与排气充分混合后进入SCR反应器，在催化反应区NO3和NOX反应生成氮气和水, 排到大气中；所述柴油发电机组尾气过滤器监控控制系统用于实时采集柴油发电机组尾气净化系统的温度和背压信息，并驱动控制相应的旁通阀，所述柴油发电机组尾气过滤器监控控制系统包括电控单元、压差传感器、温度传感器、显示器、风阀控制器、声光报警器；其中，所述压差传感器、温度传感器分别通过传感器线束与电控单元连接，所述电控单元驱动控制显示器、风阀控制器、声光报警器，风阀控制器驱动控制相应的旁通阀。
进一步地，所述电控单元根据柴油发电机的工况、SCR反应器的温度和大气状况计算出所需的尿素喷射量，发出相应的脉宽调制信号驱动控制定量喷射阀。
进一步地，所述静态混合器内部由多个不同方向的倒流片焊接而成，混合气体在通过静态混合器时会产生混流，使得混合气体得以充分混合。
进一步地，所述静态混合器与SCR反应器之间安装有一烟气导流板，烟气通过烟气导流板后均匀分布并流过SCR反应器内的催化剂床层，在催化剂的作用下，NH3与NOX发生还原反应，生成无二次污染的N2 和H2O。
进一步地，所述SCR反应器的烟道入口、烟道出口均安装有压差传感器、温度传感器；所述压差传感器、温度传感器检测SCR反应器烟气反应前和反应后的压差、温度信息，并将信息传输至电控单元，通过对系统烟气量和SCR反应器入、出口NOX和温度的分析确定供应尿素量的多少，达到对柴油发电机组尾气净化系统的有效控制。
进一步地，所述柴油发电机组尾气净化系统包括初始化状态、泵停止状态、装填状态、喷射状态、清洁状态和诊断状态。
进一步地，所述尿素罐上安装有温度传感器、液位传感器，所述温度传感器、液位传感器采集尿素罐的温度信息、液位信息，并将采集的信息传输至电控单元。
进一步地，所述电控单元根据接收的信息通过显示器、风阀控制器、声光报警器进行不同等级的预警提示，预警等级根据背压值分为五个等级。
进一步地，所述显示器用于显示柴油发电机组尾气净化系统的温度信息、背压值，并显示设备的累积运行时间，通过设置功能可完成对背压报警值的设置；通过“手动”或者“自动”触点完成手动到自动的来回切换，当从手动状态切换到自动状态设备首先会使风阀打到关闭状态。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过电控单元根据柴油发电机组的工况、SCR反应器的温度和大气状况计算出所需的尿素喷射量，发出相应的脉宽调制信号给定量喷射阀，喷射阀根据信号对尿素进行计量，从而保证精确的尿素喷射到排气管；在SCR反应器入口烟道设置有温度和NOX监测点，用来测量烟气中的温度和NOX浓度；通过对系统烟气量和SCR反应器入、出口NOX 和温度的分析确定供应尿素量的多少，达到脱硝系统的有效控制，在背压过高的情况下控制相应的旁通阀打开，使净化器稳定安全的运行，提高尾气净化率。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明固定源轮船废气净化监控系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，本发明为一种固定源轮船废气净化监控系统，包括柴油发电机组尾气净化系统、柴油发电机组尾气过滤器监控控制系统；柴油发电机组尾气净化系统有效清除柴油发电机组尾气中的一氧化碳、碳氢化合物，还原为安全的二氧化碳与水，柴油发电机组尾气过滤器监控控制系统用于实时采集柴油发电机组尾气净化系统的温度和背压信息，并驱动控制相应的旁通阀打开，使净化器稳定安全的运行，减少运行人员，提高运行水平。
其中，柴油发电机组尾气净化系统包括电控单元、空气压缩机；柴油发电机组尾气净化系统工作原理为：工作时电控单元通过CAN总线驱动控制尿素泵将尿素从尿素罐抽出；尿素泵将抽出的尿素加压、过滤后通过尿素喷射管道传输至计量喷射单元；压缩空气经电控单元调压后传输至计量喷射单元；计量喷射单元的定量喷射阀打开，尿素在压缩空气的引射作用下射出，与压缩空气混合后经喷嘴喷入排气管，通过空气压缩机加压后的高压气体将尿素泵输送来的尿素加压喷入到SCR反应器前端，尿素在高温的废气下反应生成氨气，这样使得烟气中的NOX 与氨气充分混合，电控单元根据柴油发电机组的工况、SCR反应器的温度和大气状况计算出所需的尿素喷射量, 发出相应的脉宽调制信号给定量喷射阀, 喷射阀根据信号对尿素进行计量, 从而保证时刻精确的尿素喷射到排气管。尿素在排气管混合区遇高温分解成氨气和水，与排气充分混合后进入SCR反应器，在催化反应区NO3和NOX反应生成氮气和水, 排到大气中，烟道短捷，满足防火、防爆的要求。
其中，尿素水溶液分解如下：(NH2)CO + H2O = 2NH3 + CO2，尿素经热解、水解生成氨气，为反应提供原料，SCR反应器中发生反应如下：
标准反应：；
慢速反应：；
快速反应：。
其中，柴油发电机组尾气过滤器监控控制系统包括电控单元、压差传感器、温度传感器、显示器、风阀控制器、声光报警器；压差传感器压差范围：0kPa～85kPa，压差精度：±2%Vcc；温度传感器温度范围：- 40℃～+850℃，温度精度：±2.5℃（-40℃～+280℃）；其中，压差传感器、温度传感器分别通过传感器线束与电控单元连接，电控单元驱动控制显示器、风阀控制器、声光报警器，风阀控制器驱动控制相应的旁通阀。
其中，对于短距离的烟道，为了保证其有效的混合，在喷嘴后设置了静态混合器，静态混合器内部由多个不同方向的倒流片焊接而成，混合气体在通过静态混合器时会产生混流，使得混合气体得以充分混合。
其中，为了保证烟气能垂直的通过SCR反应器床层，在静态混合器与SCR反应器之间安装有一烟气导流板，烟气通过烟气导流板后均匀分布并流过SCR反应器内的催化剂床层，在催化剂的作用下，NH3与NOX发生还原反应，生成无二次污染的N2 和H2O。
其中，SCR反应器的烟道入口、烟道出口均安装有压差传感器、温度传感器；压差传感器、温度传感器检测SCR反应器烟气反应前和反应后的压差、温度信息，并将信息传输至电控单元，通过对系统烟气量和SCR反应器入、出口NOX和温度的分析确定供应尿素量的多少，达到对柴油发电机组尾气净化系统的有效控制。
其中，柴油发电机组尾气净化系统包括初始化状态、泵停止状态、装填状态、喷射状态、清洁状态和诊断状态。
初始化状态：尿素泵通电后，柴油发电机组尾气净化系统处于初始化状态，尿素泵进行相关的初始化工作，如从EEPEOM中读取数据等；泵停止状态：初始化完成后，尿素泵自动进入停止状态，只有当电控单元发送其他状态命令或者断电，尿素泵才离开停止状态。一旦断电，尿素泵会存储相关参数；装填状态：尿素泵处于停止状态时，电控单元发送装填命令可以使柴油发电机组尾气净化系统进入装填状态，在该状态尿素泵会测试助力空气及尿素溶液吸入回流是否正常，经过30秒后，如一切正常，尿素泵自动进入喷射状态；如不正常，会继续测试；喷射状态：电控单元将计算得到的当前尿素喷射速率通过CAN总线发送给尿素泵，尿素泵控制执行机构实现尿素喷射速率；清洁状态：处于清洁状态时，尿素泵向喷射管道吹入空气，为下一个工作循环做好准备；诊断状态：任何状态都可以进入诊断状态，一旦进入诊断状态，其他的工作都将停止，在诊断状态可以手动测试泵和空气电磁阀工作是否正常。
其中，尿素罐上安装有温度传感器、液位传感器，温度传感器、液位传感器采集尿素罐的温度信息、液位信息，并将采集的信息传输至电控单元，通过对烟气反应前和反应后的NOX、温度进行检测，将信号传送给电控单元，对尿素喷入量进行精确控制，达到全智能型闭环控制，使烟气净化达到最佳状态，减少运行人员，提高运行水平，每次上电设备会使风阀打到关闭状态，“风阀关闭”开关，常按会完成旁通的手动打开和手动关闭，当背压值超过设定值，会进行声光报警，电控单元根据接收的信息通过显示器、风阀控制器、声光报警器进行不同等级的预警提示，预警等级根据背压值分为五个等级，如下表所示：
其中，显示器用于显示柴油发电机组尾气净化系统的温度信息、背压值，并显示设备的累积运行时间，通过设置功能可完成对背压报警值的设置；通过“手动”或者“自动”触点完成手动到自动的来回切换，当从手动状态切换到自动状态设备首先会使风阀打到关闭状态。
一种固定源轮船废气净化监控系统，通过电控单元根据柴油发电机组的工况、SCR反应器的温度和大气状况计算出所需的尿素喷射量，发出相应的脉宽调制信号给定量喷射阀，喷射阀根据信号对尿素进行计量，从而保证精确的尿素喷射到排气管；在SCR反应器入口烟道设置有温度和NOX 监测点，用来测量烟气中的温度和NOX浓度；通过对系统烟气量和SCR反应器入、出口NOX 和温度的分析确定供应尿素量的多少，达到脱硝系统的有效控制，在背压过高的情况下控制相应的旁通阀打开，使净化器稳定安全的运行，提高尾气净化率，系统安装在轮船柴油发电机组排气管后方适当位置，利用尾气温度加强SCR反应效率，温度低于200℃时催化剂无法反应，会生成不利于NOx降解的副反应，甚至会硫化催化剂载体；设备最佳工作温度为：250℃～450℃，温度过高时，会烧结催化剂，降低脱硝效率。可加弯管，将设备和柴油机并排布置，减少尺寸；可根据要求设计整个系统的尺寸。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种固定源轮船废气净化监控系统，其特征在于，包括柴油发电机组尾气净化系统、柴油发电机组尾气过滤器监控控制系统；
所述柴油发电机组尾气净化系统包括电控单元、空气压缩机；
其中，所述电控单元通过CAN总线驱动控制尿素泵，所述尿素泵通过尿素供应管道、尿素回流管道与尿素罐连接；所述尿素泵将抽出的尿素加压、过滤后通过尿素喷射管道传输至计量喷射单元；
所述空气压缩机通过空气管道与空气罐连接，压缩空气经电控单元调压后传输至计量喷射单元；
所述计量喷射单元的定量喷射阀打开，尿素在压缩空气的引射作用下射出，与压缩空气混合后经喷嘴喷入排气管，所述喷嘴后设置有一静态混合器；
所述排气管后方安装有一SCR反应器连接；
所述柴油发电机组尾气过滤器监控控制系统用于实时采集柴油发电机组尾气净化系统的温度和背压信息，并驱动控制相应的旁通阀；所述柴油发电机组尾气过滤器监控控制系统包括电控单元、压差传感器、温度传感器、显示器、风阀控制器、声光报警器；
其中，所述压差传感器、温度传感器分别通过传感器线束与电控单元连接，所述电控单元驱动控制显示器、风阀控制器、声光报警器。
2.根据权利要求1所述的一种固定源轮船废气净化监控系统，其特征在于，所述电控单元通过脉宽调制信号驱动控制定量喷射阀。
3.根据权利要求1所述的一种固定源轮船废气净化监控系统，其特征在于，所述静态混合器内部由多个不同方向的倒流片焊接而成。
4.根据权利要求1所述的一种固定源轮船废气净化监控系统，其特征在于，所述静态混合器与SCR反应器之间安装有一烟气导流板。
5.根据权利要求1所述的一种固定源轮船废气净化监控系统，其特征在于：
所述SCR反应器的烟道入口、烟道出口均安装有压差传感器、温度传感器；
所述压差传感器、温度传感器检测SCR反应器烟气反应前和反应后的压差、温度信息，并将信息传输至电控单元。
6.根据权利要求1所述的一种固定源轮船废气净化监控系统，其特征在于，所述柴油发电机组尾气净化系统包括初始化状态、泵停止状态、装填状态、喷射状态、清洁状态和诊断状态。
7.根据权利要求1所述的一种固定源轮船废气净化监控系统，其特征在于，所述尿素罐上安装有温度传感器、液位传感器，所述温度传感器、液位传感器采集尿素罐的温度信息、液位信息，并将采集的信息传输至电控单元。
8.根据权利要求1所述的一种固定源轮船废气净化监控系统，其特征在于，所述电控单元根据接收的信息通过显示器、风阀控制器、声光报警器进行不同等级的预警提示，预警等级分为五个等级。
9.根据权利要求1所述的一种固定源轮船废气净化监控系统，其特征在于，所述显示器用于显示柴油发电机组尾气净化系统的温度信息、背压值，并显示设备的累积运行时间。
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