CN111852625B - 用于船舶的scr的尿素溶液制造装置和方法 - Google Patents
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Abstract
提供了用于船舶的SCR的尿素溶液制造装置和方法。本发明的用于船舶的SCR的尿素溶液制造装置，包括搅拌罐、尿素供给罐和尿素溶液罐，其中，所述搅拌罐接收尿素粉末以与清水进行混合以生成待供给到设置在船舶上的选择性催化剂还原装置(SCR)的尿素溶液，所述尿素供给罐对所述尿素粉末进行存储并且将定量的尿素粉末输送到所述搅拌罐，并且所述尿素溶液罐从所述搅拌罐接收并存储所述尿素溶液并且将其供给到设置在所述船舶上的选择性催化剂还原装置部，其中，尿素被存储为粉末状态，并且在需要时在船舶内生成尿素溶液并将其供给到SCR。
Description
技术领域
本发明涉及用于船舶的SCR的尿素溶液制造装置和方法，并且更详细地，涉及对尿素粉末和清水进行混合以制造待供给到船舶的选择性催化剂还原装置的尿素溶液的用于船舶的SCR的尿素溶液制造装置和方法。
背景技术
近年来，在对以往在船舶中使用作为各种引擎的燃料的重油、船用柴油(MDO，Marine Diesel Oil)等进行燃烧的情况下，出现了因包含在排放气体中的各种有害物质而导致的环境污染严重的问题，因此加强了对于使用重油等的油作为燃料的船舶的各种引擎的规章。
一般地，在从船舶排出的排放气体成分中受到UN旗下的国际海事组织(International Maritime Organization，IMO)的规章限制的成分为氧化氮(NOx)和氧化硫(SOx)，并且在欧盟(EU，European Union)、加州空气资源委员会(CARB，California AirResources Board)等的各种机构和团体也提出了对于氧化硫(SOx)排放的限制。在1973年制定并且在1978年修正并补充制定的防止海洋污染公约(MARPOL 1973/1978；ThePrevention of Marine Pollution from Ships)议定书也在生效。
在一些机构和团体中规定的氧化硫排放控制地区内航行的船舶被强制要求使用根据适用时机而具有最高不超过0.1％的硫磺含量的低硫燃油(Low Sulphur Marine GasOil)，并且2020年生效的IO的船舶氧化硫排放规章(Global Sulphur Cap 2020)中船舶燃料的氧化硫含量基准从3.5％加强到了0.5％。
对于氧化氮而言，北美和夏威夷沿海地区从2016年开始并且北欧和波罗海地区的排放控制区(ECA，Emission Control Area)从2010年开始适用IMO Tier III。此外，在其它地区中适用Tier II，并且柴油引擎排出的废气中的氧化氮的含量也受到规章限制。
为了满足Tier II或Tier III，作为适用于船舶的引擎的代表性系统可为排放气体再循环(Exhaust Gas Recirculation，EGR)装置和选择性还原催化剂(SelectiveCatalytic Reduction，SCR)装置。
SCR为在供在燃烧燃料后产生的排放气体经过的排气管中设置SCR反应器(reactor)以通过还原反应来减少氧化氮的方式。更具体地，在SCR反应器内部喷射的氨(Ammonia)和NOx在存在有催化剂的情况下进行反应而变化为N2和H2O，从而减少NOx的含量，而其反应式如下。
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
2NO+2NO2+4NH3→4N2+6H2O
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O
为了安全起见，氨以尿素水溶液((NH2)2CO)形态供给到SCR系统，而在该尿素(Urea)水溶液中，尿素通过如下反应分解为氨和二氧化碳。
(NH2)2CO(aq)→(NH2)2CO(5)+×H2O(q)
(NH2)2CO(5)→NH3(g)+HNCO(g)
HNCO(g)+H2O(g)→NH3(g)+CO2(g)
在SCR装置中所流入的排放气体的温度为重要的。SCR的最低要求温度根据燃料的硫磺含量以及根据其的排放气体内的氧化硫的形成而有所变化。在低温中，氧化硫被氨中和，并且作为反应物生成硫酸氢铵(ABS，ammonium bisulphate，NH4HSO4)，而其可容易贴附到SCR反应器内部并被堆积。这种反应通过维持高的温度来在一定程度上防止这种现象。如果燃油内的硫磺含量为0.1以下，则SCR反应器内的温度在310℃下也是充分的。排放气体的压力越低，所需最低要求温度也越低。
与此相反地，在到达过高的温度时，催化剂内部可能生成SO3，而SO3后续与水进行反应而变化为硫酸，并且形成不期望的白色气溶胶。另一不期望的反应因NH3的氧化而在排放气体温度接近500℃时发生，并且在500至550℃的情况下催化剂开始硅酸质化(烧结)，因此SCR操作的最大允许温度考虑这些方面来决定。
为了如上所述地确切的SCR操作，将排放气体的温度维持在适当区域内是重要的。
图1和图2中分别示意性地示出了传统的SCR系统。
图1中所示的SCR系统为设置有组合型蒸发器/混合器单元20和SCR反应器10的高压(HP，High Pressure)SCR系统。在蒸发器20(Vaporizer)中喷射还原剂以使其与排放气体混合之后开始催化反应，并且混合的排放气体流入到SCR反应器。
因为SCR工艺要求相对高的反应温度，因此在二冲程柴油引擎的情况下，有利的是将SCR管道定位在高压侧(Highpressure side)(涡轮增压器(T/C)前端)处。虽然根据引擎50的负荷而有所不同，但是温度比低压侧(Low Pressure Side)(T/C后端)的温度高50至175℃左右。以Tier II mode运行时，关闭反应器密封阀(Reactor Sealing Valve，RSV)和反应器节流阀(Reactor Throttle Valve，RTV)来关断(cut off)SCR系统。此外，打开反应器旁通阀(Reactor Bypass Valve，RBV)来将排放气体直接输送到T/C。SCR系统设置有排放气体旁通阀(Exhaust Gas Bypass Valve，EGB)以提供低负荷排气旁路转向(Low Load EGBturning)。在开放SCR管道的情况下，打开RSV、RTV，并且关闭RBV。
虽然反应器设置在T/C前端，但是在引擎以低负荷运行的情况下，因为排放气体的温度为低的，因此，为了提高排放气体的温度，设置有从扫气机40(Scavenge AirReceiver)到T/C的气缸旁路线(Cylinder Bypass line)，并且通过气缸旁路线来进行控制。当打开旁路阀(Bypass Valve)时，可在没有预期的压力下降的情况下减少流入到气缸内的空气的量，而排放气体的温度上升。该系统可在引擎的前负荷区域中将排放气体的温度维持在要求水准以上。然而，气缸旁路会在一定程度上增加燃料消耗量SFOC(SpecificFuel Oil Consumption)。
因为HP SCR反应器和蒸发器(Vaporizer)具有非常大的热容量，因此可能在T/C与排放气体接收器之间产生热停滞现象，而由此在Tier III期间可能因SCR的热容量而导致引擎和T/C的不稳定性，因此为了减少这种不稳定性，需要通过辅助风机(Auxiliaryblower)附加地供给增压空气(Charge Air)来使系统稳定。
图2中所示的SCR系统作为LP(Low Pressure)SCR系统，当燃油的硫磺含油量限制为0.1％或其以下时设置LP SCR。LP SCR管道可设置在T/C后端部处以在设置位置中可具有柔性。
如图2中所示，LP SCR系统包括三个主要构成要素，而该三个主要构成要素为SCR反应器10(SCR Reactor)、混合器(Ammonia Injection Grid，AIG)和分解单元(Decomposition Unit，DCU)。DCU定位在反应器出口与混合器入口之间，并且由风机22、加热器21(Burner)和蒸发器20(Vaporizer)构成。还原剂被喷射到蒸发器20(Vaporizer)内以形成氨蒸汽的混合物，并且在流入到混合器(AIG)之后通过风机输送到SCR反应器10。即使使用低硫燃料，在引擎以低负荷运行或者外机温度低的情况下，排气温度可为低的，并且在这种情况下，为了提高排气的温度，可通过打开排放气体迂回管道的阀(EGB)来使高压侧(High pressure side)的排放气体迂回涡轮增压器(T/C)，而在这种过程中SFOC的预定部分可增加。
发明内容
要解决的技术问题
在SCR装置中可使用无水氨(NH3)、NH3水溶液(25％NH3)或尿素水溶液(32.5％或40％水溶液)等作为还原剂。其中，由于无水氨作为有毒物质而存在有危险性，并且氨水溶液具有强腐蚀性和对于人体和环境的有害性，因此在船舶中优选地使用尿素。
在图3中示意性地将传统的船舶的SCR装置示出为用于供给尿素的尿素供给系统的一实例。
如图3中所示，尿素(即，尿素溶液)存储在存储罐(Urea Tank)中，并且经由包括泵P的供给单元SU输送到蒸发器/混合器20(蒸发器(Vaporizer)/mixer)。尿素的注入量和供给到蒸发器/混合器内的压缩空气的量通过控制部(未示出)来进行控制。在SCR工艺关断(Shutdown)的情况下，在供给单元中使用存储在罐中的水来清洗(Purging)尿素注入喷嘴IU等以防止尿素注入喷嘴被堵塞。
在这种传统的尿素供给系统的情况下，因为从陆地上接收并存储尿素溶液并将其供给到SCR装置，因此用于存储其的罐的大小变大，而在适用现有的IMO Tier II规定时，因为无需设置这种罐，因此难以在船舶内的限定空间中进行设计以确保设置罐的附加空间。此外，在满足船舶制造基准的同时考虑到与在存储尿素溶液时分解并产生的氨的反应性等，存储罐的材质限定为不锈钢等的一部分，并且也可在罐内部适用特殊涂装，因此还存在着存储罐和相关管道制造成本高昂的问题。
此外，在以尿素溶液状态存储时，还存在着使用寿命随着时间的流逝持续缩短的问题，并且对于存储温度而言使用寿命会变化，而考虑到船舶航行一次时平均会消耗30天左右，需要将温度维持在35℃以下，并且为了在存储罐内部防止尿素溶液的冻结，需要维持在1℃以上，因此需要加热装置和冷却装置这两者来调节温度，进而还存在着与这些的设置空间和设置成本相关的问题。
本发明旨在解决这种问题以提出能够减少罐、管道和相关装置等的设置成本和设置空间并且供给尿素溶液的装置。
解决问题的手段
根据用于解决上述技术问题的本发明的一方面，提供用于船舶的SCR的尿素溶液制造装置，包括搅拌罐、尿素供给罐和尿素溶液罐，其中，所述搅拌罐接收尿素粉末以与清水进行混合以生成待供给到设置在船舶上的选择性催化剂还原装置(SCR)的尿素溶液，
所述尿素供给罐对所述尿素粉末进行存储并且将定量的尿素粉末输送到所述搅拌罐，
并且所述尿素溶液罐从所述搅拌罐接收并存储所述尿素溶液并且将其供给到设置在所述船舶上的选择性催化剂还原装置部，
其中，尿素被存储为粉末状态，并且在需要时在船舶内生成尿素溶液并将其供给到SCR。
优选地，还可包括尿素存储罐部、喷射装置和控制板，其中，所述尿素存储罐部设置在船舶上并且对尿素粉末进行存储并供给到所述尿素供给罐，所述喷射装置朝着所述搅拌罐下部喷射气体以生成用于对所述尿素粉末和清水进行混合的气泡，并且所述控制板对从所述尿素存储罐部和所述尿素供给罐的尿素输送以及所述搅拌罐中的尿素溶液的生成进行控制。
优选地，所述尿素存储罐部可包括存储罐、井、料斗和第一喷射器，其中，所述存储罐对所述尿素粉末进行存储，所述井设置在所述存储罐上部以将所述尿素粉末投入到所述存储罐中，所述料斗设置在所述存储罐的下部并且供给有待输送到所述尿素供给罐的所述尿素粉末，并且所述第一喷射器设置在所述料斗的下部，其中，由所述第一喷射器喷射气体并且将所述尿素粉末供给到所述第一喷射器的吸入部，以将所述尿素粉末输送到所述尿素供给罐。
优选地，装置还可包括余量检测器和第一排气线，其中，所述余量检测器对存储在所述尿素供给罐中的所述尿素粉末的重量进行检测，并且所述第一排气线从所述尿素供给罐排放气体以防止所述尿素供给罐的超压，其中，根据在所述余量检测器中检测到的所述尿素粉末的量，在所述控制板中对待从所述尿素存储罐部输送到所述尿素供给罐的所述尿素粉末的量进行控制。
优选地，所述尿素供给罐可构成为朝着下部逐渐变窄的漏斗形状，并且所述尿素供给罐的内部可设置有由电机驱动的一个以上的螺旋形供给装置(spiral feeder)以朝向下部输送所述尿素粉末。
优选地，装置还可包括清水供给线、加热器、第一温度传感器和第一液位传感器，其中，所述清水供给线将清水供给到所述搅拌罐，所述加热器设置在所述搅拌罐中并且在生成所述尿素溶液时供给用于防止过冷的热能，所述第一温度传感器对所述搅拌罐的温度进行感测，并且所述第一液位传感器对所述搅拌罐的液位进行感测，其中，在所述控制板中根据在所述第一液位传感器中感测到的液位值来对待供给到所述搅拌罐的清水的量进行调节，并且根据在所述第一温度传感器中感测到的温度值来对所述加热器进行控制。
优选地，装置还可包括去离子过滤器、第一气体供给线、浓度检测装置和第二喷射器，其中，所述去离子过滤器设置在所述清水供给线中，所述第一气体供给线与所述喷射装置连接以输送待供给到所述搅拌罐内部的所述气体，所述浓度检测装置对在所述搅拌罐中生成的所述尿素溶液的浓度进行检测，并且所述第二喷射器与所述第一气体供给线连接，其中，将通过所述浓度检测装置的液体供给到所述第二喷射器的吸入口，以使其与通过所述第一气体供给线供给的所述气体一同流入到所述搅拌罐。
优选地，装置还可包括还原剂供给线、第二液位传感器和第二温度传感器，其中，所述还原剂供给线将所述尿素溶液从所述尿素溶液罐供给到所述选择性催化剂还原装置部，所述第二液位传感器对所述尿素溶液罐的液位进行感测，并且所述第二温度传感器对所述尿素溶液罐的温度进行感测。
优选地，装置还可包括第二气体供给线，其中，所述第二气体供给线将所述气体供给到所述第一喷射器，其中，通过所述第一气体供给线和所述第二气体供给线供给的所述气体可为氮、控制气体(Control Air)、服务气体(Service Air)中的任一种。
优选地，装置还可包括第三气体供给线和第二排气线，其中，所述第三气体供给线从所述第一气体供给线和所述第二气体供给线分支并连接到所述存储罐，并且
所述第二排气线设置在所述存储罐中以解除所述存储罐的超压和负压，
其中，通过所述第三气体供给线将所述气体供给到所述存储罐以防止所述尿素粉末的凝固，并且使得所述尿素粉末以预定间隔从所述存储罐输送到所述料斗。
优选地，在所述控制板中可通过：
1)决定待从所述存储罐供给到所述尿素供给罐的所述尿素粉末的量的步骤；
2)由所述第一喷射器喷射气体以用在所述步骤1)中决定的量来将所述尿素粉末输送到所述尿素供给罐的步骤；
3)根据在所述第二液位传感器中感测到的所述尿素溶液罐的液位来决定所述尿素溶液的生成与否的步骤；
4)决定待供给到所述搅拌罐的所述尿素粉末和清水的量的步骤；
5)驱动所述螺旋形供给装置以将所述尿素粉末供给到所述搅拌罐的步骤；
6)在确认所述搅拌罐的液位为0(empty)并且通过所述第一液位传感器来感测液位期间，通过所述清水供给线用在所述步骤4)中决定的量来将清水供给到所述搅拌罐的步骤；以及
7)通过所述喷射装置向所述搅拌罐下部喷射氮，并且使氮通过所述第二喷射器以形成从所述搅拌罐经由所述浓度检测装置并流入到所述搅拌罐的液体流动，以在对在所述搅拌罐中生成的所述尿素溶液的浓度进行检测期间对所述搅拌罐内部的物质进行搅拌的步骤来进行控制来制造所述尿素溶液。
优选地，还可包括第一液位传感器和控制板，其中，所述第一液位传感器对所述尿素溶液罐内部的液位进行感测，并且所述控制板对在所述搅拌罐中的所述尿素溶液的生成以及到所述尿素溶液罐的输送进行控制，其中，在所述控制板中根据在所述第一液位传感器中感测到的所述尿素溶液罐内部的液位值来对在所述搅拌罐中的所述尿素溶液的生成进行控制。
优选地，还可包括搅拌机、冷却水热交换机和加热器，其中，所述搅拌机设置在所述搅拌罐内部以对所述尿素粉末和清水进行混合，所述冷却水热交换机设置在所述搅拌罐内部并且与所述船舶的冷却水进行热交换以在生成所述尿素溶液时对根据吸热反应的溶解热量进行补偿，并且所述加热器设置在所述搅拌罐中并且在生成所述尿素溶液时供给用于防止过冷的热能。
优选地，还可包括尿素供给线、清水供给线、尿素溶液供给线、尿素供给阀、清水供给阀和输送搅拌泵，其中，所述尿素供给线将所述尿素粉末从所述尿素供给罐供给到所述搅拌罐，所述清水供给线将清水从所述船舶的清水供给系统供给到所述搅拌罐，所述尿素溶液供给线将所述尿素溶液从所述搅拌罐供给到所述尿素溶液罐，所述尿素供给阀设置在所述尿素供给线中，所述清水供给阀设置在所述清水供给线中，并且所述输送搅拌泵设置在所述尿素溶液供给线中以输送所述尿素溶液。
优选地，还可包括循环线和热交换机，其中，所述循环线在所述输送搅拌泵的下游处从所述尿素溶液供给线分支并且使供给到所述尿素溶液罐的所述尿素溶液回流到所述搅拌罐，并且所述热交换机在所述循环线中设置在所述尿素溶液罐内部并且使存储在所述尿素溶液罐中的所述尿素溶液与从所述搅拌罐输送的尿素溶液进行热交换。
优选地，在所述搅拌罐中在生成所述尿素溶液时将所述尿素溶液输送到所述输送搅拌泵并且使其经由所述热交换机并通过所述循环线回流到所述搅拌罐，并且用生成所述尿素溶液时的溶解热量对存储在所述尿素溶液罐中的尿素溶液进行冷却，从而可防止由所述尿素溶液罐内的温度上升导致的所述尿素溶液的分层化。
优选地，还可包括重量传感器、空气供给部、第二液位传感器、第一温度传感器、第二温度传感器和浓度传感器，其中，所述重量传感器对存储在所述尿素供给罐中的所述尿素粉末的重量进行感测，所述空气供给部将用于防止所述尿素粉末的凝结和结块的干燥空气供给到所述尿素供给罐，所述第二液位传感器对所述搅拌罐内部的液位进行感测，所述第一温度传感器对所述尿素溶液罐内部的温度进行感测，所述第二温度传感器对所述搅拌罐内部的温度进行感测，并且所述浓度传感器设置在所述搅拌罐中并且对在所述搅拌罐中生成的所述尿素溶液的浓度进行检测。
优选地，还可包括还原剂供给线、供给泵和再循环线，其中，所述还原剂供给线将所述尿素溶液从所述尿素溶液罐供给到所述选择性催化剂还原装置部，所述供给泵设置在所述还原剂供给线中并且对所述尿素溶液进行泵送，并且所述再循环线使所述尿素溶液从所述供给泵的下游回流到所述尿素溶液罐，其中，将通过所述供给泵泵送的所述尿素溶液供给到所述尿素溶液罐以在罐内防止所述尿素溶液的分层化。
优选地，所述控制板可连接到所述船舶的集成自动控制系统，并且进行控制以在所述选择性催化剂还原装置部运行时自动地开始所述尿素溶液的制造。
优选地，在所述控制板中可通过：
1)从所述第二液位传感器接收所述搅拌罐的液位值并且从所述重量传感器接收所述尿素供给罐的所述尿素粉末重量值，并且决定待投入到所述搅拌罐的清水和尿素粉末的量的步骤；
2)在从所述第二液位传感器接收所述搅拌罐的液位值期间打开所述清水供给阀以用在所述步骤1)中决定的量来将清水供给到所述搅拌罐的步骤；
3)使所述搅拌机进行操作的步骤；
4)在从所述重量传感器接收所述尿素供给罐的所述尿素粉末重量值期间打开所述尿素供给阀以用在所述步骤1)中决定的量来将所述尿素粉末供给到所述搅拌罐的步骤；
5)在由所述第一温度传感器接收所述尿素溶液罐内的温度值期间使所述输送搅拌泵进行操作以使得尿素溶液从所述搅拌罐经由所述尿素溶液供给线和所述循环线而回流到所述搅拌罐的步骤；以及
6)在由所述第二温度传感器接收所述搅拌罐内的温度值期间使所述加热器进行操作以将所述搅拌罐内部温度加热到1至25℃的步骤来进行控制来制造所述尿素溶液。
优选地，在所述控制板中可从所述第一液位传感器接收所述尿素溶液罐内部的液位值，并且当所述液位值不足20％时使所述输送搅拌泵进行操作以将所述尿素溶液从所述搅拌罐输送到所述尿素溶液罐，而当所述液位值不足50％时控制各个装置以经由所述步骤1)至步骤6)来制造所述尿素溶液。
根据本发明的另一方面，提供用于船舶的SCR的尿素溶液制造方法，涉及供给到设置在船舶上的选择性催化剂还原装置(SCR)的尿素溶液的制造方法，
尿素以粉末状态存储在船舶内，并且在需要时在船舶内的搅拌罐中对尿素粉末和清水进行混合来生成尿素溶液并将其供给到SCR。
优选地，所述方法可包括：
1)决定待从存储有尿素粉末的存储罐供给到尿素供给罐的尿素粉末的量的步骤；
2)用在步骤1)中决定的量将所述尿素粉末输送到所述尿素供给罐的步骤；
3)对存储经生成的尿素溶液的尿素溶液罐的液位进行感测以判断尿素溶液的生成与否的步骤；
4)决定待投入到生成尿素溶液的搅拌罐的清水和尿素粉末的量的步骤；
5)在将尿素粉末从所述尿素供给罐输送到所述搅拌罐期间，确认所述搅拌罐的液位为0(empty)，并且在对所述搅拌罐的液位进行感测期间用在所述步骤4)中决定的量来将清水供给到所述搅拌罐的步骤；以及
6)朝着所述搅拌罐下部喷射气体以通过生成的气泡来对所述尿素粉末和清水进行混合，并且将在所述搅拌罐中生成的溶液的一部分排出到罐外部以感测浓度之后使其流入到所述搅拌罐的步骤，
其中，在所述步骤2)中到所述尿素供给罐的所述尿素粉末的输送以及在步骤6)中感测到浓度的溶液到所述搅拌罐内的流入是由喷射器喷射气体来构成。
优选地，在所述步骤5)中从所述尿素供给罐到搅拌罐的所述尿素粉末的输送可以是由设置在所述尿素供给罐的内侧下部的螺旋形供给装置(spiral feeder)构成的。
优选地，所述存储罐的下部可设置有供给待输送到所述尿素供给罐的所述尿素粉末的料斗，将气体喷射到所述存储罐内部以防止所述尿素粉末的凝固，并且使得所述尿素粉末以预定间隔从所述存储罐输送到所述料斗。
优选地，所述方法可包括：
1)决定待投入到搅拌罐的清水和尿素粉末的量的步骤；
2)在对所述搅拌罐的液位进行感测期间用在所述步骤1)中决定的量来将清水供给到所述搅拌罐的步骤；
3)使设置在所述搅拌罐内的搅拌机进行操作的步骤；
4)在存储有尿素粉末的尿素供给罐中对所述尿素粉末的变化进行感测期间用在所述步骤1)中决定的量来将所述尿素粉末供给到所述搅拌罐的步骤；
5)在对存储待供给到所述SCR的所述尿素溶液的尿素溶液罐内的温度进行感测期间使由所述尿素粉末和清水生成的尿素溶液从所述搅拌罐经由所述尿素溶液罐并回流到所述搅拌罐的步骤；以及
6)在对所述搅拌罐内的温度进行感测期间使设置在所述搅拌罐中的加热器进行操作以将所述搅拌罐内部温度加热到1至25℃的步骤。
优选地，可根据在所述尿素溶液罐中感测到的罐内部的液位值来在控制板中对在所述搅拌罐中的所述尿素溶液的生成进行控制，
其中，在所述控制板中当所述尿素溶液罐内部的液位值不足20％时从所述搅拌罐将所述尿素溶液输送到所述尿素溶液罐，并且当所述液位值不足50％时控制各个装置以经由所述步骤1)至步骤6)来制造所述尿素溶液。
优选地，可在生成所述尿素溶液时使所述尿素溶液从所述搅拌罐经由所述尿素溶液罐并回流到所述搅拌罐以用生成所述尿素溶液时的溶解热量对存储在所述尿素溶液罐中的尿素溶液进行冷却，并且使得通过供给泵进行泵送以从所述尿素溶液罐供给到所述SCR的所述尿素溶液的一部分再循环到所述尿素溶液罐，从而在罐内防止所述尿素溶液的分层化。
发明效果
根据本发明的用于SCR的尿素溶液制造装置和方法，尿素被存储为粉末状态并且可在需要时在船舶内生成尿素溶液并将其供给到SCR，因此不需要设置用于存储尿素溶液的大型存储罐，从而可削减罐和管道等的制造和设置成本，改善船舶的生产性，并且有助于确保船舶内的空间。
在本发明中，在制造尿素溶液时使尿素溶液被泵送到搅拌罐外部且然后经由尿素溶液罐回流，从而可提高搅拌效率，并且使用尿素的溶解热量对存储在尿素溶液罐中的尿素溶液进行冷却，从而可解决分层化。
此外，在制造尿素溶液时根据通过朝向搅拌罐下部喷射氮等的气体而生成的气泡而顺利地构成尿素粉末的溶解。
尤其是，因为不会长时间保管为尿素溶液状态，而是在需要的情况下能够制造尿素溶液并将其即时地供给到SCR，因此在长时间保管时能够在存储罐内部防止尿素溶液根据浓度梯度而被分层化或解离而导致作为还原剂的性能被劣化。
附图说明
图1和图2中分别示意性地示出了传统的SCR系统中的HP(High Pressure)SCR系统和LP(Low Pressure)SCR系统。
图3中示意性地示出了通过传统的船舶的SCR装置供给尿素的尿素供给系统的一实例。
图4中示意性地示出了根据本发明的第一实施方式的用于船舶的SCR的尿素溶液制造系统。
图5中示意性地示出了根据本发明的第二实施方式的用于船舶的SCR的尿素溶液制造装置。
图6中更具体地示出了图5中所示的尿素溶液制造装置。
图7中示出了实现图5和图6中示意性地示出的尿素溶液制造装置的装置的具体形状。
具体实施方式
为了充分地理解本发明的操作上的优点和通过本发明的实施方式实现的目的，将参照示例出本发明的优选实施方式的附图以及附图中所记载的内容。
在下文中将参照附图对本发明的优选实施方式的配置和作用进行详细描述。此处，应注意，在对各附图的构成要素赋予附图标记时，即使相同的构成要素在彼此不同的附图中示出，也尽可能地用相同的附图标记进行标记。
在待后述的本发明的实施方式中，船舶可为单独使用低硫油和高硫油等的燃油作为推进引擎的燃料或发电引擎的燃料或者设置有可与其它燃料一同使用的引擎或者设置有使用燃油的机构以适用有对排放气体处理的进行选择性催化剂还原装置(SCR)的所有类型的船舶。代表性地，不仅可包括诸如LPG运输船、LNG运输船(LNG Carrier)、液氢运输船、LNG RV(Regasification Vessel)的具有自身推进能力的船舶，而且还可包括诸如浮式生产存储卸货站(LNG FPSO，Floating Production Storage Offloading)、浮式储气化装置(LNG FSRU，Floating Storage Regasification Unit)的不具有推进能力但是漂浮在海上的海上结构物。
图4中示意性地示出了根据本发明的第一实施方式的用于SCR的尿素溶液制造系统。
如图4中所示，本实施方式的系统配置成包括尿素供给罐100、搅拌罐200和尿素溶液罐300，其中，尿素供给罐100设置在船舶上并且对尿素粉末进行存储，搅拌罐200对从尿素供给罐供给的尿素粉末和清水进行混合以生成尿素溶液，并且尿素溶液罐300从搅拌罐接收并存储尿素溶液并且供给到设置在船舶上的选择性催化剂还原装置部700。
在本实施方式中，用于生成和输送尿素溶液的各个装置由控制板400进行控制，而尿素溶液罐300的罐内部设置有对液位进行感测的第一液位传感器LT1和对罐内的温度进行感测的第一温度传感器TT1，并且在控制板中根据在第一液位传感器中感测到的尿素溶液罐内部的液位值来对所述搅拌罐中的尿素溶液的生成进行控制。
搅拌罐200的内部可设置有搅拌机210、冷却水热交换机220、加热器230、第二液位传感器LT2、第二温度传感器TT2和浓度传感器C，其中，搅拌机210对尿素粉末和清水进行混合，冷却水热交换机220可通过与船舶的冷却水的热交换而在生成尿素溶液时对因吸热反应而导致的溶解热量进行补偿，加热器230在生成尿素溶液时供给用于防止过冷的热能，第二液位传感器LT2对搅拌罐内部的液位进行感测，第二温度传感器TT2对搅拌罐内部的温度进行感测，并且浓度传感器C对在搅拌罐中生成的尿素溶液的浓度进行感测。搅拌罐中可附加地设置有液位计、温度计等。
连接有将尿素粉末从尿素供给罐供给到搅拌罐的尿素供给线UL，并且尿素供给线中设置有对尿素粉末的供给进行调节的尿素供给阀V1。定量的粉末尿素通过尿素供给阀供给到搅拌罐，并且还可设置有螺杆式输送装置(未示出)。
设置有将清水从船舶的清水供给系统(未示出)供给到搅拌罐的清水供给线WL，并且清水供给线中设置有用于调节清水的供给的清水供给阀V2。清水可通过清水供给线从船舶内清水罐供给，并且可由造水器生成蒸馏水并将其填充到清水罐。清水的供给也在控制板400中对清水供给阀V2进行控制来调节。清水供给线中的阀上游设置有去离子过滤器，并且清水可在经由去离子过滤器而去除不必要的Ca、Mg等的粒子之后被供给到搅拌罐。
通过清水供给线和尿素供给线供给的清水和尿素粉末在搅拌罐200中进行混合以生成尿素溶液。因为尿素的溶解为吸热反应，因此通过加热器230供给热能以防止过冷并且提高溶解速度。例如，在制造500kg的AUS40(40％Urea溶液)的情况下，溶解热量为-61.1kcal/kg x 500kg x 0.4＝-12220kcal。加热器可设置成电加热器或蒸汽加热器类型等。设置在搅拌罐中的冷却水热交换机220使36℃左右的船舶内冷却水进行循环来对溶解热量进行补偿。
设置有将尿素溶液从搅拌罐200供给到尿素溶液罐300的尿素溶液供给线SL，并且尿素溶液供给线中设置有输送搅拌泵250。
输送搅拌泵的下游处可设置有从尿素溶液供给线分支的循环线CL以使得供给到尿素溶液罐的尿素溶液回流到搅拌罐。
循环线CL中可设置有在通过尿素溶液罐内侧时存储在尿素溶液罐中的尿素溶液与从搅拌罐输送并且通过循环线回流到搅拌罐的尿素溶液进行热交换的热交换机310。
即，通过输送搅拌泵250将搅拌罐内的尿素溶液输送到尿素溶液罐，在制造尿素溶液时使尿素溶液从凉的搅拌罐循环到尿素溶液罐的热交换机，从而防止尿素溶液罐的温度的上升，提高搅拌效率，并且缩短尿素溶液的制造时间。
如上所述，在本实施方式中，在搅拌罐中生成尿素溶液时将尿素溶液输送到输送搅拌泵，以经由热交换机通过循环线回流到搅拌罐，从而通过因生成尿素溶液时的吸热反应而导致的溶解热量对存储在尿素溶液罐中的尿素溶液进行冷却，进而能够防止因根据尿素溶液罐内的温度上升的尿素溶液的浓度梯度而导致的分层化。为此，尿素溶液供给线SL和循环线CL中可设置有用于调节温度的阀V4、V5。
此外，通过循环线从存储在尿素溶液罐中的尿素溶液接收热能的一部分，从而能够减少搅拌罐内的加热器和冷却水热交换机的使用。
尿素供给罐100中设置有对尿素粉末的重量进行感测的重量传感器110，并且将用于防止尿素粉末的凝结和结块的干燥空气供给到尿素供给罐的空气供给部与尿素供给罐连接。空气供给部与船舶的控制空气系统AS连接以将干燥空气供给到尿素供给罐。并且设置有对其进行控制的控制阀V3。
设置有将尿素溶液从尿素溶液罐300供给到选择性催化剂还原装置部700的还原剂供给线RL，并且还原剂供给线中设置有过滤器500和对尿素溶液进行泵送的供给泵600。
在本实施方式中，还设置有使尿素溶液从供给泵的下游回流到尿素溶液罐的再循环线RCL以将通过供给泵600泵送的尿素溶液供给到尿素溶液罐300以使其进行循环，从而在将生成的尿素溶液存储在尿素溶液罐中时可防止罐内的尿素溶液根据浓度梯度性形成层的分层化。尿素溶液罐还可附加地设置有对罐内的液位和温度进行测量的液位计、温度计等。
更具体地，在控制板中通过如下的步骤对尿素溶液的生成进行控制。可通过：
1)从第二液位传感器接收搅拌罐的液位值并且从重量传感器接收尿素供给罐的尿素粉末重量值，并且决定待投入到搅拌罐的清水和尿素粉末的量的步骤；
2)在从第二液位传感器接收搅拌罐的液位值期间打开清水供给阀以用在步骤1)中决定的量来将清水供给到搅拌罐；
3)使搅拌机进行操作以在搅拌罐内产生流体的流动的步骤；
4)在从重量传感器接收尿素供给罐的尿素粉末重量值期间打开尿素供给阀以用在步骤1)中决定的量来将尿素粉末供给到搅拌罐的步骤；
5)在由第一温度传感器接收尿素溶液罐内的温度值期间使输送搅拌泵进行操作以使得尿素溶液从搅拌罐经由尿素溶液供给线和循环线而回流到搅拌罐，从而在维持尿素溶液罐的温度期间对尿素溶液进行搅拌并制造的步骤；以及
6)在由第二温度传感器接收搅拌罐内的温度值期间使加热器和/或冷却水热交换机进行操作以将搅拌罐内部温度加热到1至25℃的步骤来进行控制来制造尿素溶液来制造尿素溶液。控制板可接收在第一液位传感器和第二液位传感器、第一温度传感器和第二温度传感器、重量传感器、压力传感器等中感测到的测量值，由此对清水供给阀、尿素供给阀、搅拌机、输送搅拌泵等的操作进行控制并制造所需浓度和量的尿素溶液，并且可适当地调节存储的尿素溶液的温度。
在控制板中可以从第一液位传感器接收到的尿素溶液罐内部的液位值为基准，当液位值不足20％时使输送搅拌泵进行操作以将尿素溶液从搅拌罐输送到尿素溶液罐以填充尿素溶液罐，而当液位值不足50％时控制各个装置以经由上述步骤1)至步骤6)来制造尿素溶液。
如上所述的控制板可与船舶的集成自动控制系统(Integrated AutomationSystem，IAS)连接以进行控制以在选择性催化剂还原装置部运行时自动地开始尿素溶液的制造。控制选择性催化剂还原装置部700的控制板SCP1至SCP4也可与集成自动控制系统IAS连接并被控制。
综上所述，根据在尿素溶液罐中感测到的罐内部的液位值来在控制板中对所述搅拌罐中的尿素溶液的生成进行控制，并且将尿素溶液供给到尿素溶液罐以供给到SCR，从而在需要的情况下可适当地制造并供给尿素溶液，从而无需设置用于存储大量尿素溶液的存储罐，进而能够减少罐和管道等的设置成本和设置空间。
在制造尿素溶液时使尿素溶液被泵送到搅拌罐外部且然后经由尿素溶液罐回流，从而在制造尿素溶液时提高搅拌效率来缩短制造时间，并且使用尿素的溶解热量对存储在尿素溶液罐中的尿素溶液进行冷却，进而能够解决分层化。此外，使通过供给泵泵送的尿素溶液的一部分再循环到尿素溶液罐以从尿素溶液罐供给到SCR，从而能够防止罐内的尿素溶液的分层化。
尤其是，不会长时间保管为尿素溶液状态，而是在需要的情况下制造尿素溶液并供给到SCR，从而在长时间保管时能够在罐内部防止尿素溶液根据浓度梯度而被分层化或解离而导致作为还原剂的性能被劣化。
图5中示意性地示出了根据本发明的第二实施方式的用于SCR的尿素溶液制造装置。图6中更具体地示出了图5中所示的尿素溶液制造装置，并且图7中示出了实现图5和图6中示意性地示出的尿素溶液制造装置的装置的具体形状。
参照图5至图7，当观察本实施方式的装置时，其配置成包括尿素存储罐部100、搅拌罐200、供给罐300(或尿素供给罐)和服务罐500(或尿素溶液罐)，其中，尿素存储罐部100设置在船舶上并且对尿素粉末进行存储，搅拌罐200接收尿素粉末以与清水进行混合并且生成待供给到设置在船舶上的选择性催化剂还原装置(SCR，未示出)的尿素溶液，供给罐300(或尿素供给罐)从尿素存储罐部接收尿素粉末以将定量的尿素粉末输送到搅拌罐，并且服务罐500(或尿素溶液罐)输送待在搅拌罐中生成并供给到船舶内的SCR的尿素溶液。
搅拌罐中设置有朝着搅拌罐下部喷射气体以生成用于对尿素粉末和清水进行混合的气泡的喷射装置，并且对从尿素存储罐部和尿素供给罐的尿素输送以及搅拌罐中的尿素溶液的生成等各个构成的控制是由控制板400来构成的。
尿素存储罐部100包括存储尿素粉末的存储罐110、设置在存储罐上部以能够将尿素粉末投入到存储罐中的井120、以及设置在存储罐的下部并且供给有待输送到供给罐的尿素粉末的料斗130。料斗的下部设置有第一喷射器140。由第一喷射器喷射气体并且将尿素粉末供给到第一喷射器的吸入部，以将尿素粉末与气体一同输送到供给罐。
在存储罐中输送到供给罐并填充在供给罐中的尿素粉末的量可为能够在搅拌罐中形成约2次的尿素溶液的容量。
也可设置有如待后述的供给罐的螺旋形供给装置(spiral feeder)来输送尿素粉末，来替代从存储罐经由料斗并通过第一喷射气的吸力来将尿素粉末输送到供给罐。
连接有将尿素粉末从存储罐输送到下部的料斗的管道，并且管道中设置有第一阀V1。第一阀的开闭和打开程度可由控制板来进行控制。
尿素存储罐部100中设置有当存储在存储罐中的尿素存储量下降到基准值以下时告知需要对尿素粉末进行填充的存储量测量装置150。
设置有对存储在供给罐300中的尿素粉末的重量进行感测的余量检测器310，并且根据感测到的尿素粉末的余量来从存储罐110经由料斗130并根据第一喷射器输送尿素粉末以将尿素粉末填充到供给罐300中。如上所述，尿素粉末从尿素存储罐到供给罐的输送是由控制板400进行控制的。
因为包括余量检测器和设置在尿素存储罐部的存储量测量装置等包括重量传感器并且可能根据船舶的震动和俯仰/偏航/侧倾运动而发生噪声，因此设置在本装置中的重量传感器中可设置有抑制噪声的电子过滤器或者可设置有与其相应的功能。
因为尿素粉末和气体通过第一喷射器从料斗一同供给到供给罐，因此设置有第一排气线VL1以能够从供给罐300排出气体来防止供给罐的超压。此外，存储罐100中也可设置有第二排气线VL2并且将存储罐内的气体排出到装置外部以解除存储罐的超压和负压。
供给罐300构成为内部朝着下部逐渐变窄的漏斗形状、Hopper形结构，并且通过下部的排出口将尿素粉末从供给罐输送到搅拌罐。供给罐的内部设置有由电机驱动的螺旋形供给装置320(spiral feeder)，从而可在螺旋形供给装置根据电机而进行旋转期间将预定量的尿素粉末输送到下部。
螺旋形供给装置320在供给罐的内侧下部设置有两个。当仅使一侧螺旋形供给装置进行操作时，供给罐另一侧的尿素粉末可不输送到搅拌罐并堆积，因此优选地使设置在两侧的螺旋形供给装置一同进行操作或交替地进行操作。
驱动螺旋形供给装置320的电机的操作也可由控制板400进行控制，并且尿素粉末的输送速度可由控制板进行调节。
通过螺旋形供给装置输送到供给罐下部的尿素粉末通过与搅拌罐连接的管道供给到搅拌罐200。管道中设置有通过控制板调节开闭的打开程度的第二阀V2a、V2v，从而能够精细地调节供给到搅拌罐的尿素粉末的量。
在尿素粉末输送到搅拌罐期间可不构成尿素粉末从存储罐到供给罐的供给，以便能够将定量的尿素粉末输送到搅拌罐以生成所需浓度的尿素溶液。
从供给罐输送到搅拌罐的尿素粉末在搅拌罐中溶解在清水中，并且在搅拌罐中生成尿素溶液。
可设置有将清水供给到搅拌罐200的清水供给线CL，以将用于生成尿素溶液的清水从船舶的清水供给系统(未示出)供给到搅拌罐。清水供给线中设置有用于调节清水供给的清水供给阀(未示出)和可去除不需要的Ca、Mg等的离子的去离子过滤器250。此外，清水的供给可在控制板400中对清水供给阀进行控制并调节。
当气体从设置在下部的喷射装置210喷射时，在搅拌罐中在喷射的气体以气泡形态移动到搅拌罐上部期间对尿素粉末和清水进行搅拌。
搅拌罐中可设置有在生成尿素溶液时供给用于防止过冷的热能的加热器220、对搅拌罐的温度进行感测的第一温度传感器230和对搅拌罐的液位进行感测的第一液位传感器240。
在控制板400中可根据在第一液位传感器240中感测到的液位值来控制阀的开闭和打开程度以调节待供给到搅拌罐的清水的量，并且根据在第一温度传感器230中感测到的温度值来对加热器220进行控制以调节搅拌罐内的尿素溶液的温度。因为尿素的溶解为吸热反应，因此当通过加热器220将热能供给到搅拌罐时，可在防止过冷的同时提高溶解速度。例如，在制造500kg的AUS40(40％Urea溶液)的情况下，溶解热量为-61.1kcal/kg x500kg x 0.4＝-12220kcal。加热器可是遏制为电加热器或蒸汽加热器类型等。
将气体供给到本实施方式的装置的线可包括与喷射装置210连接以输送待供给到搅拌罐内部的气体的第一气体供给线SL1、输送待供给到尿素存储罐部100的第一喷射器140和料斗130的气体的第二气体供给线SL2、以及与尿素存储罐部的存储罐110连接的第三气体供给线SL3，并且在装置外部通过单一的供给线将气体供给到装置内之后，分支为第一气体供给线至第三气体供给线以将气体供给到各个配置。通过第一气体供给线至第三气体供给线供给到各个配置的气体例如可为氮(N2)、干燥空气(dry air)、控制气体(ControlAir)、服务气体(Service Air)等。
可通过第三气体供给线将气体供给到存储罐来防止尿素粉末的凝结和结块等的凝固，并且以预定间隔将尿素粉末从存储罐输送到料斗。此外，可设置有还将气体供给到供给罐300的第四气体供给线SL4以能够顺利地构成尿素粉末的输送。
搅拌罐200的外侧设置有对在搅拌罐中生成的尿素溶液的浓度进行感测的浓度检测装置260，并且将第二喷射器270连接到从第一气体供给线SL1分支的线上，从而使得通过浓度检测装置的液体可供给到第二喷射器的吸入口以使其与气体一同流入到搅拌罐。
当通过浓度检测装置260确认到所需浓度的尿素溶液被生成时，尿素溶液通过与服务罐500连接的管道从搅拌罐200供给到搅拌罐下部的服务罐。管道中设置有可通过控制板进行控制的第三阀V3。
在搅拌罐中生成的尿素溶液可在40±1％左右的浓度，并且当确认到所需浓度的尿素溶液被生成时，输送到服务罐，而当不满足所需浓度条件时，附加地投入尿素粉末或清水并进行搅拌，并且反复进行测量浓度的过程。
分别设置有将尿素溶液从服务罐供给到装置外部的船舶内的选择性催化剂还原装置部的还原剂供给线UL和使尿素溶液回流到服务罐的回流线RL。还原剂供给线中可设置有对尿素溶液进行泵送的供给泵(未示出)。
服务罐中设置有设置有对服务罐的液位进行感测的第二液位传感器520和对服务罐的温度进行感测的第二温度传感器510。根据在第二液位传感器520中感测到的服务罐的液位，在控制板400中判断是否需要生产尿素溶液。
例如，当尿素溶液供给到装置外部并被使用而使得服务罐的液位下降到70％左右时，可在控制板中进行控制以开始尿素溶液的生产。在通过控制板的控制来在搅拌罐中生产尿素溶液期间，也不中断的情况下将所需的尿素溶液持续地从服务罐供给到装置外部，并且在完成所需浓度的尿素溶液的生成时，尿素溶液投入到剩余40％左右的尿素溶液的服务罐。
在控制板中可通过如下的步骤对装置内的尿素溶液的生成进行控制。可经由：
1)决定待从存储罐经由料斗供给到供给罐的尿素粉末的量的步骤；
2)由第一喷射器喷射气体以用在步骤1)中决定的量来将尿素粉末输送到供给罐的步骤；
3)根据在第二液位传感器中感测到的服务罐的液位来决定尿素溶液的生成与否的步骤；
4)决定待供给到搅拌罐的尿素粉末和清水的量的步骤；
5)通过电机驱动螺旋形供给装置以将尿素粉末从供给罐下部供给到搅拌罐的步骤；
6)在确认搅拌罐的液位为0(empty)并且通过第一液位传感器来感测液位期间，通过清水供给线用在步骤4)中决定的量来将清水供给到搅拌罐的步骤；以及
7)通过喷射装置向搅拌罐下部喷射氮，并且使氮通过第二喷射器以形成从搅拌罐经由浓度检测装置并流入到搅拌罐的液体流动，以在对在搅拌罐中生成的尿素溶液的浓度进行检测期间对搅拌罐内部的物质进行搅拌以生成尿素溶液的步骤来进行控制来制造尿素溶液。
经由各个步骤生成的尿素溶液输送到服务罐，并且在通过设置在搅拌罐中的重量传感器感测到水溶液的输送完成时，关闭第三阀。
当更加详细地观察其中的步骤4)至步骤7)的供给尿素粉末和清水以在搅拌罐中生成尿素溶液的过程时，其以如下的过程顺序地构成。
-决定待供给的清水和尿素粉末的量的步骤；
-清水供给步骤：使清水供给线CL的阀(Solenoid Valve)进行操作；
-尿素粉末供给步骤：在开始供给清水约1分钟之后供给尿素，使供给罐内的螺旋形供给装置以两侧交替的方式进行操作；
-加热步骤：当加热器浸没在供给到搅拌罐内的水中时，开始通过加热器的加热。在20度进行操作，并且在35度中止。在搅拌罐的尿毒粉末+水的量超过250kg的情况下开始On/Off功能操作。
-通过喷射装置将气体喷射到搅拌罐中以进行通过发生气泡(Air Bubbling)的搅拌步骤：在投入尿素粉末之后立即开始。
-感测供给罐的重量减少的步骤；
-感测搅拌罐的重量增加的步骤；
-从搅拌罐的重量减去供给罐的重量减少量来计算投入的水的重量的步骤；
-通过计算出的水的量和投入的尿素粉末的量来计算预期浓度的步骤；
-根据计算出的预期浓度来对水和尿素的投入进行补正的步骤；
-在达到设置的尿素溶液的混合(Mixing)量的情况下，中止水和尿素的投入的步骤；
-在中止之后附加地持续5分钟的发生气泡(Air Bubbling)的步骤；
-中断发生气泡(Air Bubbling)和加热的步骤；
-朝向与传感线(Sensor line)连接的喷射器(Ejector)喷射氮或干燥空气以形成朝向浓度传感器的流动并且对浓度进行测量的步骤；
-通过第二喷射器270和浓度检测装置260对浓度进行测量以判断浓度是否在40±1％内的步骤
-在满足浓度条件的情况下，打开与服务罐连接的第三阀以输送完成生成的尿素水溶液
-在不满足浓度条件的情况下：计算清水或尿素粉末的投入量->使加热器、喷射装置进行操作->投入计算出的尿素或清水->在投入完成5分钟之后停止加热器和喷射装置->在通过第二喷射器和浓度检测装置形成尿素水溶液的流动之后反复进行浓度感测的步骤。
控制板包括第一液位传感器和第二液位传感器以及第一温度传感器和第二温度传感器，从而接收在各个感测器和感测装置等中感测到的测量值，并且由此对包括各个阀的装置内的各个配置等的操作进行控制，以便能够输送尿素粉末来生成所需浓度和量的尿素溶液并且将存储的尿素溶液供给到SCR。
如上所述的控制板可与船舶的集成自动控制系统(Integrated AutomationSystem，IAS)连接，并且进行控制以在选择性催化剂还原装置部运行时自动地开始尿素溶液的制造。
如上所述，根据在尿素溶液罐中感测到的罐内部的液位值来在控制板中对所述搅拌罐中的尿素溶液的生成进行控制，并且将尿素溶液供给到尿素溶液罐以供给到SCR，从而在需要的情况下可适当地制造并供给尿素溶液，从而无需设置用于存储大量尿素溶液的存储罐，进而能够减少罐和管道等的设置成本和设置空间，并且能够减少作业时间。此外，能够不将装置内的罐和管道设置为昂贵的材质并且不进行特殊涂装，因此能够削减制造成本。
在制造尿素溶液时朝向搅拌罐下部喷射气体(即，氮)以用所生成的气泡对尿素粉末和清水进行混合，并且在通过喷射气对搅拌罐内的尿素溶液的浓度进行感测期间对搅拌罐内的溶液进行搅拌，从而在制造尿素溶液时能够提高搅拌效率来缩短制造时间。
此外，不会长时间保管为尿素溶液状态，而是在需要的情况下制造尿素溶液并供给到SCR，从而在长时间保管时能够在罐内部防止尿素溶液根据浓度梯度而被分层化或解离而导致作为还原剂的性能被劣化。尤其是，因为不需要在以尿素溶液状态长期保管时调节温度的加热装置和冷却装置，因此能够减少这些装置的设置空间和设置成本。
本发明并不限于上述实施方式，并且本发明所属技术领域的普通技术人员应明确，在不背离本发明的技术要旨的范围内可实施各种修改或变形。
Claims (25)
1.一种用于船舶的选择性催化剂还原装置的尿素溶液制造装置，其特征在于，包括：
搅拌罐，所述搅拌罐接收尿素粉末以与清水进行混合以生成待供给到设置在船舶上的选择性催化剂还原装置的尿素溶液；
尿素供给罐，所述尿素供给罐对所述尿素粉末进行存储并且将定量的尿素粉末输送到所述搅拌罐；
尿素溶液罐，所述尿素溶液罐从所述搅拌罐接收并存储所述尿素溶液，并且将其供给到设置在所述船舶上的选择性催化剂还原装置部；
第一液位传感器，所述第一液位传感器对所述尿素溶液罐内部的液位进行感测；
控制板，所述控制板对在所述搅拌罐中的所述尿素溶液的生成以及到所述尿素溶液罐的输送进行控制；
搅拌机，所述搅拌机设置在所述搅拌罐内部以对所述尿素粉末和清水进行混合；
冷却水热交换机，所述冷却水热交换机设置在所述搅拌罐内部，并且与所述船舶的冷却水进行热交换以在生成所述尿素溶液时对根据吸热反应的溶解热量进行补偿；以及
加热器，所述加热器设置在所述搅拌罐中，并且在生成所述尿素溶液时供给用于防止过冷的热能，
其中，尿素被存储为粉末状态，并且在需要时在船舶内生成尿素溶液并将其供给到选择性催化剂还原装置，
其中，在所述控制板中根据在所述第一液位传感器中感测到的所述尿素溶液罐内部的液位值来对在所述搅拌罐中的所述尿素溶液的生成进行控制。
2.根据权利要求1所述的用于船舶的选择性催化剂还原装置的尿素溶液制造装置，还包括：
尿素存储罐部，所述尿素存储罐部设置在船舶上并且对尿素粉末进行存储并供给到所述尿素供给罐；
喷射装置，所述喷射装置朝着所述搅拌罐下部喷射气体以生成用于对所述尿素粉末和清水进行混合的气泡；以及
控制板，所述控制板对从所述尿素存储罐部和所述尿素供给罐的尿素输送以及所述搅拌罐中的尿素溶液的生成进行控制。
3.根据权利要求2所述的用于船舶的选择性催化剂还原装置的尿素溶液制造装置，其特征在于，所述尿素存储罐部包括：
存储罐，所述存储罐对所述尿素粉末进行存储；
井，所述井设置在所述存储罐上部以将所述尿素粉末投入到所述存储罐中；
料斗，所述料斗设置在所述存储罐的下部并且供给有待输送到所述尿素供给罐的所述尿素粉末；以及
第一喷射器，所述第一喷射器设置在所述料斗的下部，
其中，由所述第一喷射器喷射气体并且将所述尿素粉末供给到所述第一喷射器的吸入部，以将所述尿素粉末输送到所述尿素供给罐。
4.根据权利要求3所述的用于船舶的选择性催化剂还原装置的尿素溶液制造装置，其特征在于，还包括：
余量检测器，所述余量检测器对存储在所述尿素供给罐中的所述尿素粉末的重量进行检测；以及
第一排气线，所述第一排气线从所述尿素供给罐排放气体以防止所述尿素供给罐的超压，
其中，根据在所述余量检测器中检测到的所述尿素粉末的量，在所述控制板中对待从所述尿素存储罐部输送到所述尿素供给罐的所述尿素粉末的量进行控制。
5.根据权利要求4所述的用于船舶的选择性催化剂还原装置的尿素溶液制造装置，其特征在于，所述尿素供给罐构成为朝着下部逐渐变窄的漏斗形状，并且所述尿素供给罐的内部设置有由电机驱动的一个以上的螺旋形供给装置以朝向下部输送所述尿素粉末。
6.根据权利要求5所述的用于船舶的选择性催化剂还原装置的尿素溶液制造装置，其特征在于，还包括：
清水供给线，所述清水供给线将清水供给到所述搅拌罐；
加热器，所述加热器设置在所述搅拌罐中，并且在生成所述尿素溶液时供给用于防止过冷的热能；
第一温度传感器，所述第一温度传感器对所述搅拌罐的温度进行感测；以及
第一液位传感器，所述第一液位传感器对所述搅拌罐的液位进行感测，
其中，在所述控制板中根据在所述第一液位传感器中感测到的液位值来对待供给到所述搅拌罐的清水的量进行调节，并且根据在所述第一温度传感器中感测到的温度值来对所述加热器进行控制。
7.根据权利要求6所述的用于船舶的选择性催化剂还原装置的尿素溶液制造装置，其特征在于，还包括：
去离子过滤器，所述去离子过滤器设置在所述清水供给线中；
第一气体供给线，所述第一气体供给线与所述喷射装置连接以输送待供给到所述搅拌罐内部的所述气体；
浓度检测装置，所述浓度检测装置对在所述搅拌罐中生成的所述尿素溶液的浓度进行检测；以及
第二喷射器，所述第二喷射器与所述第一气体供给线连接，
其中，将通过所述浓度检测装置的液体供给到所述第二喷射器的吸入口，以使其与通过所述第一气体供给线供给的所述气体一同流入到所述搅拌罐。
8.根据权利要求7所述的用于船舶的选择性催化剂还原装置的尿素溶液制造装置，其特征在于，还包括：
还原剂供给线，所述还原剂供给线将所述尿素溶液从所述尿素溶液罐供给到所述选择性催化剂还原装置部；
第二液位传感器，所述第二液位传感器对所述尿素溶液罐的液位进行感测；以及
第二温度传感器，所述第二温度传感器对所述尿素溶液罐的温度进行感测。
9.根据权利要求8所述的用于船舶的选择性催化剂还原装置的尿素溶液制造装置，其特征在于，还包括：
第二气体供给线，所述第二气体供给线将所述气体供给到所述第一喷射器，
其中，通过所述第一气体供给线和所述第二气体供给线供给的所述气体为氮、控制气体、服务气体中的任一种。
10.根据权利要求9所述的用于船舶的选择性催化剂还原装置的尿素溶液制造装置，其特征在于，还包括：
第三气体供给线，所述第三气体供给线从所述第一气体供给线和所述第二气体供给线分支并连接到所述存储罐；以及
第二排气线，所述第二排气线设置在所述存储罐中以解除所述存储罐的超压和负压，
其中，通过所述第三气体供给线将所述气体供给到所述存储罐以防止所述尿素粉末的凝固，并且使得所述尿素粉末以预定间隔从所述存储罐输送到所述料斗。
11.根据权利要求8所述的用于船舶的选择性催化剂还原装置的尿素溶液制造装置，其特征在于，在所述控制板中通过：
1)决定待从所述存储罐供给到所述尿素供给罐的所述尿素粉末的量的步骤；
2)由所述第一喷射器喷射气体以用在所述步骤1)中决定的量来将所述尿素粉末输送到所述尿素供给罐的步骤；
3)根据在所述第二液位传感器中感测到的所述尿素溶液罐的液位来决定所述尿素溶液的生成与否的步骤；
4)决定待供给到所述搅拌罐的所述尿素粉末和清水的量的步骤；
5)驱动所述螺旋形供给装置以将所述尿素粉末供给到所述搅拌罐的步骤；
6)在确认所述搅拌罐的液位为0并且通过所述第一液位传感器来感测液位期间，通过所述清水供给线用在所述步骤4)中决定的量来将清水供给到所述搅拌罐的步骤；以及
7)通过所述喷射装置向所述搅拌罐下部喷射氮，并且使氮通过所述第二喷射器以形成从所述搅拌罐经由所述浓度检测装置并流入到所述搅拌罐的液体流动，以在对在所述搅拌罐中生成的所述尿素溶液的浓度进行检测期间对所述搅拌罐内部的物质进行搅拌的步骤来进行控制来制造所述尿素溶液。
12.根据权利要求1所述的用于船舶的选择性催化剂还原装置的尿素溶液制造装置，其特征在于，还包括：
尿素供给线，所述尿素供给线将所述尿素粉末从所述尿素供给罐供给到所述搅拌罐；
清水供给线，所述清水供给线将清水从所述船舶的清水供给系统供给到所述搅拌罐；
尿素溶液供给线，所述尿素溶液供给线将所述尿素溶液从所述搅拌罐供给到所述尿素溶液罐；
尿素供给阀，所述尿素供给阀设置在所述尿素供给线中；
清水供给阀，所述清水供给阀设置在所述清水供给线中；以及
输送搅拌泵，所述输送搅拌泵设置在所述尿素溶液供给线中以输送所述尿素溶液。
13.根据权利要求12所述的用于船舶的选择性催化剂还原装置的尿素溶液制造装置，其特征在于，还包括：
循环线，所述循环线在所述输送搅拌泵的下游处从所述尿素溶液供给线分支，并且使供给到所述尿素溶液罐的所述尿素溶液回流到所述搅拌罐；以及
热交换机，所述热交换机在所述循环线中设置在所述尿素溶液罐内部，并且使存储在所述尿素溶液罐中的所述尿素溶液与从所述搅拌罐输送的尿素溶液进行热交换。
14.根据权利要求13所述的用于船舶的选择性催化剂还原装置的尿素溶液制造装置，其特征在于，在所述搅拌罐中在生成所述尿素溶液时将所述尿素溶液输送到所述输送搅拌泵并且使其经由所述热交换机并通过所述循环线回流到所述搅拌罐，并且用生成所述尿素溶液时的溶解热量对存储在所述尿素溶液罐中的尿素溶液进行冷却，从而防止由所述尿素溶液罐内的温度上升导致的所述尿素溶液的分层化。
15.根据权利要求14所述的用于船舶的选择性催化剂还原装置的尿素溶液制造装置，其特征在于，还包括：
重量传感器，所述重量传感器对存储在所述尿素供给罐中的所述尿素粉末的重量进行感测；
空气供给部，所述空气供给部将用于防止所述尿素粉末的凝结和结块的干燥空气供给到所述尿素供给罐；
第二液位传感器，所述第二液位传感器对所述搅拌罐内部的液位进行感测；
第一温度传感器，所述第一温度传感器对所述尿素溶液罐内部的温度进行感测；
第二温度传感器，所述第二温度传感器对所述搅拌罐内部的温度进行感测；以及
浓度传感器，所述浓度传感器设置在所述搅拌罐中，并且对在所述搅拌罐中生成的所述尿素溶液的浓度进行检测。
16.根据权利要求15所述的用于船舶的选择性催化剂还原装置的尿素溶液制造装置，其特征在于，还包括：
还原剂供给线，所述还原剂供给线将所述尿素溶液从所述尿素溶液罐供给到所述选择性催化剂还原装置部
供给泵，所述供给泵设置在所述还原剂供给线中并且对所述尿素溶液进行泵送；以及
再循环线，所述再循环线使所述尿素溶液从所述供给泵的下游回流到所述尿素溶液罐，
其中，将通过所述供给泵泵送的所述尿素溶液供给到所述尿素溶液罐以在罐内防止所述尿素溶液的分层化。
17.根据权利要求15所述的用于船舶的选择性催化剂还原装置的尿素溶液制造装置，其特征在于，在所述控制板中通过：
1)从所述第二液位传感器接收所述搅拌罐的液位值并且从所述重量传感器接收所述尿素供给罐的所述尿素粉末重量值，并且决定待投入到所述搅拌罐的清水和尿素粉末的量的步骤；
2)在从所述第二液位传感器接收所述搅拌罐的液位值期间打开所述清水供给阀以用在所述步骤1)中决定的量来将清水供给到所述搅拌罐；
3)使所述搅拌机进行操作的步骤；
4)在从所述重量传感器接收所述尿素供给罐的所述尿素粉末重量值期间打开所述尿素供给阀以用在所述步骤1)中决定的量来将所述尿素粉末供给到所述搅拌罐的步骤；
5)在由所述第一温度传感器接收所述尿素溶液罐内的温度值期间使所述输送搅拌泵进行操作以使得尿素溶液从所述搅拌罐经由所述尿素溶液供给线和所述循环线而回流到所述搅拌罐的步骤；以及
6)在由所述第二温度传感器接收所述搅拌罐内的温度值期间使所述加热器进行操作以将所述搅拌罐内部温度加热到1至25℃的步骤来进行控制来制造所述尿素溶液。
18.根据权利要求17所述的用于船舶的选择性催化剂还原装置的尿素溶液制造装置，其特征在于，在所述控制板中从所述第一液位传感器接收所述尿素溶液罐内部的液位值，并且当所述液位值不足20％时使所述输送搅拌泵进行操作以将所述尿素溶液从所述搅拌罐输送到所述尿素溶液罐，而当所述液位值不足50％时控制各个装置以经由所述步骤1)至步骤6)来制造所述尿素溶液。
19.根据权利要求11或17所述的用于船舶的选择性催化剂还原装置的尿素溶液制造装置，其特征在于，所述控制板连接到所述船舶的集成自动控制系统，并且进行控制以在所述选择性催化剂还原装置部运行时自动地开始所述尿素溶液的制造。
20.一种用于船舶的选择性催化剂还原装置的尿素溶液制造方法，其涉及供给到设置在船舶上的选择性催化剂还原装置的尿素溶液的制造方法，其特征在于，尿素以粉末状态存储在船舶内，并且在需要时在船舶内的搅拌罐中对尿素粉末和清水进行混合来生成尿素溶液并将其供给到选择性催化剂还原装置，包括：
1)决定待从存储有尿素粉末的存储罐供给到尿素供给罐的尿素粉末的量的步骤；
2)用在步骤1)中决定的量将所述尿素粉末输送到所述尿素供给罐的步骤；
3)对存储经生成的尿素溶液的尿素溶液罐的液位进行感测以判断尿素溶液的生成与否的步骤；
4)决定待投入到生成尿素溶液的搅拌罐的清水和尿素粉末的量的步骤；
5)在将尿素粉末从所述尿素供给罐输送到所述搅拌罐期间，确认所述搅拌罐的液位为0，并且在对所述搅拌罐的液位进行感测期间用在所述步骤4)中决定的量来将清水供给到所述搅拌罐的步骤；以及
6)朝着所述搅拌罐下部喷射气体以通过生成的气泡来对所述尿素粉末和清水进行混合，并且将在所述搅拌罐中生成的溶液的一部分排出到罐外部以感测浓度之后使其流入到所述搅拌罐的步骤，
其中，在所述步骤2)中到所述尿素供给罐的所述尿素粉末的输送以及在步骤6)中感测到浓度的溶液到所述搅拌罐内的流入是由喷射器喷射气体来构成。
21.根据权利要求20所述的用于船舶的选择性催化剂还原装置的尿素溶液制造方法，其特征在于，在所述步骤5)中从所述尿素供给罐到搅拌罐的所述尿素粉末的输送是由设置在所述尿素供给罐的内侧下部的螺旋形供给装置构成的。
22.根据权利要求21所述的用于船舶的选择性催化剂还原装置的尿素溶液制造方法，其特征在于，所述存储罐的下部设置有供给待输送到所述尿素供给罐的所述尿素粉末的料斗，以及
将气体喷射到所述存储罐内部以防止所述尿素粉末的凝固，并且使得所述尿素粉末以预定间隔从所述存储罐输送到所述料斗。
23.一种用于船舶的选择性催化剂还原装置的尿素溶液制造方法，其涉及供给到设置在船舶上的选择性催化剂还原装置的尿素溶液的制造方法，其特征在于，尿素以粉末状态存储在船舶内，并且在需要时在船舶内的搅拌罐中对尿素粉末和清水进行混合来生成尿素溶液并将其供给到选择性催化剂还原装置，包括：
1)决定待投入到搅拌罐的清水和尿素粉末的量的步骤；
2)在对所述搅拌罐的液位进行感测期间用在所述步骤1)中决定的量来将清水供给到所述搅拌罐的步骤；
3)使设置在所述搅拌罐内的搅拌机进行操作的步骤；
4)在存储有尿素粉末的尿素供给罐中对所述尿素粉末的变化进行感测期间用在所述步骤1)中决定的量来将所述尿素粉末供给到所述搅拌罐的步骤；
5)在对存储待供给到所述选择性催化剂还原装置的所述尿素溶液的尿素溶液罐内的温度进行感测期间使由所述尿素粉末和清水生成的尿素溶液从所述搅拌罐经由所述尿素溶液罐并回流到所述搅拌罐的步骤；以及
6)在对所述搅拌罐内的温度进行感测期间使设置在所述搅拌罐中的加热器进行操作以将所述搅拌罐内部温度加热到1至25℃的步骤，
其中，根据在所述尿素溶液罐中感测到的罐内部的液位值来在控制板中对在所述搅拌罐中的所述尿素溶液的生成进行控制。
24.根据权利要求23所述的用于船舶的选择性催化剂还原装置的尿素溶液制造方法，其特征在于，在所述控制板中当所述尿素溶液罐内部的液位值不足20％时从所述搅拌罐将所述尿素溶液输送到所述尿素溶液罐，并且当所述液位值不足50％时控制各个装置以经由所述步骤1)至步骤6)来制造所述尿素溶液。
25.根据权利要求24所述的用于船舶的选择性催化剂还原装置的尿素溶液制造方法，其特征在于，在生成所述尿素溶液时使所述尿素溶液从所述搅拌罐经由所述尿素溶液罐并回流到所述搅拌罐以用生成所述尿素溶液时的溶解热量对存储在所述尿素溶液罐中的尿素溶液进行冷却，并且使得通过供给泵进行泵送以从所述尿素溶液罐供给到所述选择性催化剂还原装置的所述尿素溶液的一部分再循环到所述尿素溶液罐，从而在罐内防止所述尿素溶液的分层化。
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