CN111622831A - 一种集中处理氮氧化物的独立式scr系统 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种集中处理氮氧化物的独立式SCR系统，其包括控制单元(22)和依次连接的尾气导入部(1)、喷油提温部(2)、整流测量部(3)、催化反应部(4)和反馈测量部(5)，所述控制单元(22)对整个系统进行控制，所述尾气导入部(1)导入多台柴油机的尾气。本发明的集中处理氮氧化物的独立式SCR系统设置有用于导入多台柴油机尾气的尾气导入部，设备上的多台柴油机能够通过一个SCR系统集中进行尾气处理，将传统的多套SCR系统缩减为一套，能够有效减少安装部件的数量，节省安装空间、降低船舶等设备的建造成本，同时能够减轻日常维护和检修的工作量，利于设备的可靠运行。

Description

一种集中处理氮氧化物的独立式SCR系统
技术领域
本发明涉及一种SCR系统，特别涉及一种集中处理氮氧化物的独立式SCR系统。
背景技术
柴油机在工作时会产生大量的氮氧化物(NOx)，氮氧化物是有毒的污染物，需要对其进行控制，因此，柴油机广泛配备有SCR系统。SCR，即选择性催化还原技术，是针对柴油机尾气排放中氮氧化物的一项处理工艺，即在催化剂的作用下，喷入还原剂氨或尿素，把尾气中的氮氧化物还原成N2和H2O。一套完整的SCR系统包含尿素箱、计量泵、DCU(即尿素喷射控制单元)、尿素喷嘴、催化器以及多种传感器等众多部件。SCR系统加入柴油机系统后与对应柴油机存在耦合关系，一方面，SCR系统的DCU必须根据柴油机转速、扭矩等信息才能决定尿素的喷射量；另一方面，SCR系统成为柴油机系统的子系统，直接影响柴油机的工作性能。
目前，一些大型设备通常配备有多台柴油机，以远洋船舶为例，一艘远洋船舶往往装备有2～4台发电用柴油机，1～2台推进用柴油机，现有技术是给每一台柴油机配备一套SCR系统，这种分布式SCR布置形式导致了一艘远洋船舶需要安装多套完整的SCR系统，这不仅大量占用船舶空间，造成尿素箱、计量泵等零部件使用量以及船舶建造成本的增加，而且给尿素的加注以及SCR系统的检修带来了麻烦，特别是船舶上的多台柴油机往往布置于不同舱室，这大大增加了SCR系统日常维护的工作量。检修的麻烦也同时增加了SCR系统检修不到位的几率，一旦装备的SCR系统出现故障，由于现有SCR系统与对应柴油机耦合关系的存在，SCR系统对应的柴油机也将工作异常，增加了柴油机发生故障的几率，不利于设备可靠的运行。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种集中处理氮氧化物的独立式SCR系统，能够减少船舶上安装的SCR系统数量，降低设备建造成本和日常维护工作量，并有利于设备的可靠运行。
为实现上述发明目的，本发明提出了一种集中处理氮氧化物的独立式SCR系统，其包括控制单元和依次连接的尾气导入部、喷油提温部、整流测量部、催化反应部和反馈测量部，所述控制单元对整个系统进行控制，所述尾气导入部导入多台柴油机的尾气。
此外，本发明还提出如下附属技术方案：
所述尾气导入部包括多个支管，所述支管与所述柴油机的尾气排放管路相连。
所述支管上设置有阀门，所述支管对应的柴油机工作时，所述阀门的开度为100％，所述支管对应的柴油机停机时，所述阀门的开度为0％。
所述喷油提温部包括提温腔和柴油供给系统，所述柴油供给系统通过向所述提温腔内喷射柴油并点燃来提升所述提温腔内气体的温度，所述柴油供给系统与所述控制单元通信连接。
所述控制单元根据所述整流测量部中气体温度、压力、氮氧化物浓度和氧浓度的测量值控制所述柴油供给系统喷射柴油。
所述整流测量部包括与所述喷油提温部相连的连接管以及分别测量所述连接管内气体温度、压力、氮氧化物浓度和氧浓度的第一温度传感器、压力传感器、第一氮氧化物传感器和氧传感器，所述第一温度传感器、压力传感器、第一氮氧化物传感器和氧传感器与所述控制单元通信连接。
所述整流测量部还包括位于所述连接管入口处的整流网。
所述催化反应部包括尿素供应系统、尿素喷射系统和催化器，所述尿素供应系统通过所述尿素喷射系统向所述催化器内喷射尿素水溶液。
所述反馈测量部包括分别测量从所述催化反应部排出的气体的温度、氮氧化物浓度和氨气浓度的第二温度传感器、第二氮氧化物传感器和氨气传感器，所述第二温度传感器、第二氮氧化物传感器和氨气传感器与所述控制单元通信连接。
所述控制单元结合所述整流测量部中温度、压力、氮氧化物浓度和氧浓度的测量值以及所述反馈测量部中的氮氧化物和氨气浓度值采用闭环控制的方法最终确定尿素的喷射量。
相比于现有技术，本发明的优点在于：
1.本发明的集中处理氮氧化物的独立式SCR系统设置有用于导入多台柴油机尾气的尾气导入部，设备上的多台柴油机能够通过一个SCR系统集中进行尾气处理，将传统的多套SCR系统缩减为一套，能够有效减少安装部件的数量，节省安装空间、降低船舶等设备的建造成本；
2.本发明的集中处理氮氧化物的独立式SCR系统能够对多台柴油机的尾气集中处理，只需对一套SCR系统进行检修和维护即可，十分方便，大幅降低了日常检修和维护的工作量；同时，对一套SCR系统进行检修和维护，能够有效的减少检修不到位的几率，降低了SCR系统和柴油机出现故障的几率，设备运行更为可靠；
3.本发明的集中处理氮氧化物的独立式SCR系统与各柴油机不存在耦合关系，无需根据柴油机的转速、扭矩等信息决定尿素的喷射量，直接根据整流测量部的温度、压力和氮氧化物浓度值等参数，以及反馈测量部的氮氧化物和氨气浓度值等参数，采用闭环控制方法确定尿素的喷射量，即使有柴油机出现故障也不会影响SCR系统的独立、可靠运行。
附图说明
图1是本发明的集中处理氮氧化物的独立式SCR系统的示意图。
具体实施方式
以下结合较佳实施例及其附图对本发明技术方案作进一步非限制性的详细说明。
如图1所示，对应于本发明一种较佳实施例的集中处理氮氧化物的独立式SCR系统，其包括尾气导入部1、喷油提温部2、整流测量部3、催化反应部4、反馈测量部5和控制单元22。
尾气导入部1、喷油提温部2、整流测量部3、催化反应部4和反馈测量部5依次相连，控制单元22对整个系统进行控制。
上述尾气导入部1包括进气管24和与进气管24相连的多个支管6。支管6的数量与船舶上安装柴油机数量相等，其与柴油机的尾气排放管路相连，用于将各柴油机的尾气导入到进气管24中。在每根支管6上安装有一个阀门7，阀门7优选为电动或气动蝶阀，能够通过电动控制或气动控制其开闭。阀门7的开度可设置为两档：0％开度和100％开度，阀门7的开关逻辑设置为：当支管6所对应的柴油机工作时阀门开度设置为100％，当支管6所对应的柴油机停机时阀门开度设置为0％。
上述喷油提温部2包含与进气管24相连通的提温腔25和一套柴油供给系统8，柴油供给系统8包括设置在提温腔25内的柴油喷嘴9和点火装置，通过柴油喷嘴9往提温腔25的尾气中喷射柴油，并通过点火装置点燃柴油进行燃烧，提高提温腔25内尾气的温度，由于催化反应部4中催化剂的起活温度和最佳工作温度相对较高，本发明通过设置喷油提温部2提高尾气的温度，能够使尾气移动至催化反应部4时处于催化效率最高或较高的温度，从而提高催化效率，以免因尾气温度会下降至催化剂活性温度以下而影响催化效率。通过燃烧柴油提升温度，产生的污染物与柴油机排放的尾气基本一致，不会引入新的污染物。柴油供给系统8与控制单元22通信连接，由控制单元22进行控制。
上述整流测量部3包括与提温腔25相连的连接管26，连接管26优选为直管结构，包含整流段10和测量段11，整流段10位于测量段11前方。在整流段10入口处设置有整流网12，用于对喷油提温部2的来流进行整流并促进混合，优选的，整流网12采用不锈钢丝网；测量段11上安装有第一温度传感器13、压力传感器14、第一氮氧化物传感器15和氧传感器23，用于对来流的温度、压力、氮氧化物浓度和氧浓度进行测量。第一温度传感器13、压力传感器14、第一氮氧化物传感器15和氧传感器23与控制单元22通信连接，将检测值传输给控制单元22。
上述催化反应部4包括尿素供应系统16、尿素喷射系统17和催化器18。催化器18与连接管26相连，尿素供应系统16与尿素喷射系统17相连，尿素喷射系统17布置在催化器18前方，其包括安装在催化器18入口处的尿素喷嘴28，通过尿素喷嘴28往管中喷射尿素水溶液。尾气在催化器18内催化还原，得到净化，催化器18的尺寸，根据船舶正常工作时所开启各个柴油机最大排气量的总和来决定。尿素供应系统16设置有加热装置，能够对尿素进行加热。尿素供应系统16、尿素喷射系统17均与控制单元22通信连接，受控制单元22的控制。
上述反馈测量部5包括与催化器18相连的排气管27以及安装在排气管27上的第二温度传感器19、第二氮氧化物传感器20和氨气传感器21，用于测量经过催化反应部4后尾气中的污染物含量，第二温度传感器19、第二氮氧化物传感器20和氨气传感器21分别检测气体的温度、氮氧化物浓度和氨气浓度值，其与控制单元22通信连接，能够将测量值传输给控制单元22。
上述控制单元22主要用于接收、处理各传感器发送的数据并实现对喷油提温部2中柴油喷射的控制、对催化反应部4中尿素喷射的控制以及对尿素供应系统16的加热控制。
控制单元22对喷油提温部2中柴油喷射的控制方法为：根据整流测量部3中气体温度、压力、氮氧化物浓度和氧浓度的测量值判断喷油提温部2是否进行柴油喷射以及柴油的喷射量。通常尾气温度决定了是否需要喷射柴油，当尾气温度高于催化反应部4中催化剂的起活温度时，柴油喷射量为0，即不需要喷射柴油；当尾气温度低于催化剂起活温度时，这时需要喷射柴油进行燃烧来提高尾气温度，柴油的喷射量需要根据尾气温度和压力来进行计算得出，一般尾气温度比催化剂起活温度低的越多，那么需要喷射的柴油量越大。尾气中氮氧化物浓度和氧浓度对柴油的实际喷射量具有修正作用。
控制单元22对催化反应部4中尿素喷射的控制方法为：首先，根据整流测量部3中温度、压力和氮氧化物浓度的测量值计算尾气中的氮氧化物含量，初步确定尿素喷射量，再根据反馈测量部5中给出的氮氧化物和氨气浓度值采用闭环控制的方法最终确定尿素的喷射量。
具体而言，反馈测量部5中的氮氧化物和氨气浓度值能够对尿素喷射量进行闭环修正：经过催化反应部4后，反馈测量部5中氮氧化物应该被降低，如果反馈测量部5中的氮氧化物未低于目标值，则需要进一步加大尿素喷射量，如果已低于目标值，则表明尿素喷射量是够用或者是多余的，这时就需要通过氨气浓度值来进行判断，当氨气浓度值较高时，说明尿素喷射量过多，则需要降低尿素的喷射量。
控制单元22对尿素供应系统16加热的控制方法为，当检测到尿素溶液温度低于限值时，接通加热电路，对尿素溶液和供应管路进行加热，以防止尿素溶液在低温下会结晶或者凝固，进而造成管路和喷嘴的堵塞。
本发明的集中处理氮氧化物的独立式SCR系统至少包括如下优点：
1.本发明的集中处理氮氧化物的独立式SCR系统设置有用于导入多台柴油机尾气的尾气导入部，设备上的多台柴油机能够通过一个SCR系统集中进行尾气处理，将传统的多套SCR系统缩减为一套，能够有效减少安装部件的数量，节省安装空间、降低船舶等设备的建造成本；
2.本发明的集中处理氮氧化物的独立式SCR系统能够对多台柴油机的尾气集中处理，只需对一套SCR系统进行检修和维护即可，十分方便，大幅降低了日常检修和维护的工作量；同时，对一套SCR系统进行检修和维护，能够有效的减少检修不到位的几率，降低了SCR系统和柴油机出现故障的几率，设备运行更为可靠；
3.本发明的集中处理氮氧化物的独立式SCR系统与各柴油机不存在耦合关系，无需根据柴油机的转速、扭矩等信息决定尿素的喷射量，直接根据整流测量部的温度、压力和氮氧化物浓度值等参数，以及反馈测量部的氮氧化物和氨气浓度值等参数，采用闭环控制方法确定尿素的喷射量，即使有柴油机出现故障也不会影响SCR系统的独立、可靠运行。
需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集中处理氮氧化物的独立式SCR系统，其特征在于：其包括控制单元(22)和依次连接的尾气导入部(1)、喷油提温部(2)、整流测量部(3)、催化反应部(4)和反馈测量部(5)，所述控制单元(22)对整个系统进行控制，所述尾气导入部(1)导入多台柴油机的尾气。
2.按照权利要求1所述集中处理氮氧化物的独立式SCR系统，其特征在于：所述尾气导入部(1)包括多个支管(6)，所述支管(6)与所述柴油机的尾气排放管路相连。
3.按照权利要求2所述集中处理氮氧化物的独立式SCR系统，其特征在于：所述支管(6)上设置有阀门(7)，所述支管(6)对应的柴油机工作时，所述阀门(7)的开度为100％，所述支管(6)对应的柴油机停机时，所述阀门(7)的开度为0％。
4.按照权利要求1所述集中处理氮氧化物的独立式SCR系统，其特征在于：所述喷油提温部(2)包括提温腔(25)和柴油供给系统(8)，所述柴油供给系统(8)通过向所述提温腔(25)内喷射柴油并点燃来提升所述提温腔(25)内气体的温度，所述柴油供给系统(8)与所述控制单元(22)通信连接。
5.按照权利要求4所述集中处理氮氧化物的独立式SCR系统，其特征在于：所述控制单元(22)根据所述整流测量部(3)中气体温度、压力、氮氧化物浓度和氧浓度的测量值控制所述柴油供给系统(8)喷射柴油。
6.按照权利要求1所述集中处理氮氧化物的独立式SCR系统，其特征在于：所述整流测量部(3)包括与所述喷油提温部(2)相连的连接管(26)以及分别测量所述连接管(26)内气体温度、压力、氮氧化物浓度和氧浓度的第一温度传感器(13)、压力传感器(14)、第一氮氧化物传感器(15)和氧传感器(23)，所述第一温度传感器(13)、压力传感器(14)、第一氮氧化物传感器(15)和氧传感器(23)与所述控制单元(22)通信连接。
7.按照权利要求6所述集中处理氮氧化物的独立式SCR系统，其特征在于：所述整流测量部(3)还包括位于所述连接管(26)入口处的整流网(12)。
8.按照权利要求1所述集中处理氮氧化物的独立式SCR系统，其特征在于：所述催化反应部(4)包括尿素供应系统(16)、尿素喷射系统(17)和催化器(18)，所述尿素供应系统(16)通过所述尿素喷射系统(17)向所述催化器(18)内喷射尿素水溶液。
9.按照权利要求1所述集中处理氮氧化物的独立式SCR系统，其特征在于：所述反馈测量部(5)包括分别测量从所述催化反应部(4)排出的气体的温度、氮氧化物浓度和氨气浓度的第二温度传感器(19)、第二氮氧化物传感器(20)和氨气传感器(21)，所述第二温度传感器(19)、第二氮氧化物传感器(20)和氨气传感器(21)与所述控制单元(22)通信连接。
10.按照权利要求9所述集中处理氮氧化物的独立式SCR系统，其特征在于：所述控制单元(22)结合所述整流测量部(3)中温度、压力、氮氧化物浓度和氧浓度的测量值以及所述反馈测量部(5)中的氮氧化物和氨气浓度值采用闭环控制的方法最终确定尿素的喷射量。
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