CN111905562A - 安装有导流环的船舶尘硝协同脱除装置及脱除方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种安装有导流环的船舶尘硝协同脱除装置及脱除方法，所述脱除装置包括除尘混合部分和反应器部分；所述除尘混合部分包括进气管、文丘里管和用于连接所述进气管和所述文丘里管的连接管；在所述进气管和所述连接管的交界部位安装有用于减小所述连接管出口处烟气的速度差异值的导流环；所述反应器部分包括反应器；所述文丘里管的扩散段通过过渡管连通于反应器的入口。本发明的除尘混合部分安装了导流环，通过设计导流环的物理结构，使得连接管出口处烟气速度差异值变小，且有效减少尿素溶液在下游设备上的结晶现象。本发明的SCR系统实现了尘硝协同脱除，并可长时间稳定工作，可有效减少故障时间。

Description

安装有导流环的船舶尘硝协同脱除装置及脱除方法

技术领域

本发明涉及船舶污染物减排领域，具体为一种安装有导流环的船舶尘硝协同脱除装置及脱除方法。

背景技术

选择性催化还原技术(SCR)是应用广泛的一种烟气脱硝技术。在现有技术中，船舶烟气SCR脱销系统，一般是烟气进入烟道后，将氨气与烟气混合，之后进入SCR反应器，在SCR反应器中由多层催化剂组成，烟气中的氮氧化物与氨气在催化剂作用下发生还原反应，生成对环境无害的氮气和水。此过程要求含有还原剂氨气的烟气进入SCR反应器入口时，烟气与氨气的速度分布均匀。另外，希望当反应气体进入SCR反应器时尽量没有固体尘埃颗粒等。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种安装有导流环的船舶尘硝协同脱除装置及脱除方法。

本发明所采用的技术方案如下：

一种安装有导流环的船舶尘硝协同脱除装置，所述脱除装置包括除尘混合部分和反应器部分；所述除尘混合部分包括进气管、文丘里管和用于连接所述进气管和所述文丘里管的连接管；在所述进气管和所述连接管的交界部位安装有用于减小所述连接管出口处烟气的速度差异值的导流环；所述反应器部分包括反应器；所述文丘里管的扩散段通过过渡管连通于反应器的入口。

其进一步的技术方案为：所述导流环包括内导流环和外导流环；所述内导流环包括第一圆柱面和在第一圆柱面末端延伸的第一锥状面；所述外导流环包括第二圆柱面和在第二圆柱面延伸的第二锥状面；第一圆柱面和第二圆柱面同轴安装。

其进一步的技术方案为：第一圆柱面和第一锥状面的夹角为30～60°；第二圆柱面和第二锥状面的夹角为30～60°。

其进一步的技术方案为：

第一锥状面和第二锥状面的高度相同，且外导流环的出口端面与内导流环的第一圆柱面的端面位于同一平面；且，

第二锥面的高度为第二锥面伸入连接管圆柱面高度的1/2；且，

a≤b，a≤c；

第一圆柱面和第一圆锥面的夹角设为c，第二圆柱面和第二圆锥面的夹角为 b，连接管和进气管的夹角为a。

其进一步的技术方案为：

L2/L1＝0.4或者0.6；内导流环伸入连接管3的部分高度设为L2，连接管3 高度设为L1。

其进一步的技术方案为：

第一锥状面和第二锥状面均等分开槽，且第一锥状面的开槽处和第二锥状面的开槽处位置交错分布。

其进一步的技术方案为：

所述第一锥状面和第二锥状面等分开槽后留有4～10个片状结构。

其进一步的技术方案为：

在所述反应器部分还包括除尘整流板；所述除尘整流板包括至少多个波纹板；在所述波纹板上安装有翅片。

其进一步的技术方案为：

所述翅片有多组，且布置于所述波纹板的两侧；在波纹板高度11/12，5/6 和2/3的地方分别装有长度为2mm，4mm，8mm的翅片；翅片与波纹板的夹角为30°。

一种船舶尘硝协同脱除方法，包括：

步骤1、尿素溶液在进气管部分喷入，与烟气形成混合器，一同进入除尘混合部分，混合气经过导流环整流后混合气的速度差异值减小，之后进入文丘里管；

步骤2、混合气进入文丘里管后，经过变截面装置和文丘里管壁面共同组成的喉口，经过剧烈混合后，之后气体在文丘里管的扩张段流出，进入过渡管中；

步骤3、混合气进入过渡管后在导流板整流后流入反应器中；

步骤4、混合气进入反应器后，经过除尘整流板之后与催化剂进行脱硝反应。

步骤5、烟气经脱硝净化后由排气管流出反应器。

本发明的有益效果如下：

本发明仍属于SCR系统的一种，其脱硝特征为尿素溶液与烟气混合后热解产生氨气，混合气体接着进入反应器与催化剂接触反应生成氮气和水；本SCR 系统除尘混合部分安装了导流环，通过设计导流环的物理结构，使得连接管出口处烟气速度差异值变小。且混合气在连接管进行流动时，使尿素溶液吸收烟气中热量而蒸发热解，有效减少尿素溶液在下游设备上的结晶现象；部分尿素溶液液滴撞击导流环而沉积，由于导流环位于管路中心，烟气温度较高，沉积的尿素溶液晶体在提高烟气温度后能较快蒸发热解，从而避免了对下游设备的影响。本发明的SCR系统实现了尘硝协同脱除，并可长时间稳定工作，本发明可有效减少故障时间。

附图说明

图1为安装有导流环的船舶尘硝协同脱除装置的一个实施例的示意图。

图2为导流环的一个实施例的示意图。

图3为图2另一个角度的示意图。

图4为导流环的另一个实施例中以花瓣形片状结构的数量为自变量时导流环的出口截面的流体流速的相对标准偏差百分比函数图。

图5为导流环的尺寸测量示意图。

图6为导流环的一个实施例中以圆柱面和锥状面的夹角为自变量时导流环的出口截面的气体流速相对标准偏差百分比函数图。

图7为导流环的一个实施例中以导流环伸入连接管高度与连接管总高度之比为自变量时导流环的出口截面的气体流速相对标准偏差百分比函数图。

图8为图1的俯视图。

图9为图8中沿B-B线的剖面图。

图10为图8中沿A-A线的剖面图。

图11为除尘整流板的一个实施例的部分结构的示意图。

图12为图11的另一个角度的示意图。

图中：1、进气管；2、导流环；21、内导流环；22、外导流环；23、支架； 3、连接管；4、变截面装置；5、文丘里管；6、过渡管；7、导流板；8、反应器；9、除尘整流板；91、波纹板；92，93，94、翅片；10、SCR催化剂；11、排气管。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

实施例1。

实施例1公开了一种安装有导流环的船舶尘硝协同脱除装置。图1为安装有导流环的船舶尘硝协同脱除装置的一个实施例的示意图。如图1所示，脱除装置包括除尘混合部分和反应器部分。除尘混合部分包括沿烟气流动方向依次连通的进气管1、文丘里管5和用于连接进气管1和文丘里管5的连接管3。

在进气管1和连接管3的交界之处安装有导流环2，用于使得连接管3出口处烟气速度差异值变小。导流环3位于管路的中心。反应器部分包括反应器8。文丘里管5的扩散段通过过渡管6连通于反应器8的入口。烟气在除尘混合部分除去灰尘颗粒，之后通过过渡管6在反应器部分中的反应器8中进行脱硝反应之后由排气管11排出。

进气管1为圆柱状。导流环2安装于进气管1和连接管3的交界面处。

图2为导流环的一个实施例的示意图。图3为图2另一个角度的示意图。如图2、图3所示，导流环2通过支架23安装于进气管1。导流环2包括内导流环21和外导流环22。内导流环21包括相互连通的第一圆柱面和第一锥状面，第一锥状面由第一圆柱面沿烟气流动方向的末端延伸形成。外导流环22包括相互连通的第二圆柱面和第二锥状面，第二锥状面由第二圆柱面沿烟气流动方向的末端延伸形成。第一圆柱面和第二圆柱面同轴安装。优选的，第一圆柱面和第一圆锥面的夹角为30～60°。第二圆柱面和第二圆锥面的夹角为30～60°

混合气在连接管3进行流动时，使尿素溶液吸收烟气中热量而蒸发热解，有效减少尿素溶液在下游设备上的结晶现象；部分尿素溶液液滴撞击导流环2 而沉积，由于导流环2位于管路中心，烟气温度较高，沉积的尿素溶液晶体在提高烟气温度后能较快蒸发热解，从而避免了对下游设备的影响。

实施例2。

实施例2与实施例1的不同之处在于，第一锥状面和第二锥状面都等分开槽，且第一锥状面的开槽处和第二锥状面的开槽处位置交错分布。从而构成花瓣型导流环。优选的，第一锥状面和第二锥状面等分开槽后留有4～10个片状结构。优选的，片状结构设置为6片。

图4为导流环的另一个实施例中以花瓣形片状结构的数量为自变量时导流环的出口截面的流体流速的相对标准偏差百分比函数图。如图所示，当花瓣形的片状结构为6片时，出口截面的流体流速稳定性最好。

实施例3。

实施例3是在实施例1或者实施例2的基础上对导流环的进一步的优化。图5为导流环的尺寸测量示意图。如图5所示，第一圆柱面和第一圆锥面的夹角设为c，第二圆柱面和第二圆锥面的夹角为b，连接管3和进气管1的夹角为 a，内导流环21伸入连接管3的部分高度设为L2，连接管3高度设为L1，上述尺寸均为可变尺寸，当上述尺寸变化时，导流环2可以有若干不同的实施方式，在本实施例中，根据流体力学，提出在以下述约束条件下是导流环2的优选实施结构：

(1)内导流环21的第一锥面和外导流环22的第二锥面高度相同。在导流环2的入口处，内导流环21的第一圆柱面的高度和外导流环22的第二圆柱面的高度位于同一平面；

(2)外导流环22的第二锥面的高度为第二圆柱面伸入连接管3部分的高度的1/2；

(3)a≤b且a≤c。

图6为导流环的一个实施例中以圆柱面和锥状面的夹角为自变量时导流环的出口截面的气体流速相对标准偏差百分比函数图。如图6所示，在a＝30°时，以连接管出口速度偏差为优化目标，得到了夹角的若干组合，并选出最优的实施方式为：外环夹角45°，内环夹角30°时，在此条件下速度偏差达到最小值，出口截面的流体流速稳定性最好。

进一步的，在上述参数基础上进一步优化，考察了伸入长度的影响，图7 为导流环的一个实施例中以导流环伸入连接管高度与连接管总高度之比为自变量时导流环的出口截面的气体流速相对标准偏差百分比函数图。如图7所示，在L2/L1＝0.4或0.6时，速度偏差均达到了最小值，出口截面的流体流速稳定性最好，为最优的实施方式。

实施例5。

在实施例1～实施例4任何一个实施例的基础上，实施例5中在反应器8内安装有除尘整流板9。图10为图1中沿A-A线的剖面图。如图10所示，在反应器部分还包括除尘整流板9。除尘整流板9位于SCR催化剂10下方。

图11为除尘整流板的一个实施例的部分结构的示意图。图12为图11的另一个角度的示意图。如图11、图12所示，除尘整流板9包括多个波纹板91。在波纹板上91安装有翅片92，93，94。翅片布置于波纹板91的两侧。

优选的，在波纹板9的高度11/12，5/6和2/3的地方依次分别装有长度为 2mm，4mm，8mm的翅片92，93，94。翅片92，93，94与波纹板的夹角为 30°。翅片92，93，94厚度可以是2cmm。

翅片92，93，94可以产生扰动优化除尘整流的效果。

如图10所示，为了使脱硝效率满足排放法规要求，反应器8中布置有除尘整流板9和两层SCR催化剂10。

实施例6。

在实施例1～实施例5任何一个实施例的基础上，实施例6中在过渡管6和反应器8的连接处安装有导流板7。导流板7由多片带有折边的平板构成，折边角度为30～60°。反应器8的底部为倾斜状，优选的，导流板7的倾斜程度与反应器8底部的倾斜程度一致，。

在过渡管6下端设置有灰斗，用于收集文丘里管5和除尘整流板9捕集的颗粒。

实施例7。

在实施例1～实施例6任何一个实施例的接触上，实施例7中，文丘里管5 是由两个平面和两个弧面围成的柱状。两个平面位于相对的位置，且两个平面互相平行。两个弧面位于相对的位置，且两个弧面弧度相同，均朝向彼此靠近的方向弯曲，两个弧面最靠近的区域形成文丘里管5的喉口。

由于文丘里管5的入口截面为方形，进气管1的出口截面为圆形，所以连接管3为第一端为圆形，第二端为方形的柱状。连接管3的第一端与进气管1 的出口连通。连接管3的第二端与文丘里管5的入口连通。

文丘里管5的底部呈斜面，方便烟气流入反应器8，便于粉尘进入灰斗。

在文丘里管5之内安装有可在文丘里管5的喉部沿与烟气流动方向平行的方向上下移动的变截面装置4。

为了在保证混合效果的同时，减小气体在流经文丘里管喉部时因为流动分离而造成的不必要的动能损失，优选的，变截面装置4为橄榄型。

正常工作情况下，橄榄形变截面装置4的中点位于文丘里管5的最小截面处，此时文丘里管5喉部的截面积最小，混合气在被挤压到文丘里管5的喉部后经过文丘里管的扩张管喷出能达到较好的混合效果。

在本实施例中，文丘里管5之内并排布置有三个相同的橄榄形的变截面装置4，每个变截面装置4安装于一个可以单独操控的可伸缩调节支架之上，可伸缩调节支架可以是液压或者电动伸缩杆。可伸缩调节支架可以调节变截面装置4 的高度。变截面装置4的调整范围在文丘里管5的喉部位置至离开文丘里管5 的喉部位置。在不同工作情况下可调整变截面装置4的位置来改变文丘里管5 之内截面积的大小。

实施例8。

实施例8公开了一种船舶尘硝协同脱除方法，包括：

步骤1、尿素溶液在进气管1部分喷入，与烟气形成混合器，一同进入除尘混合部分，混合气经过导流环2后，速度差异值减小，之后进入文丘里管5。

步骤2、混合气进入文丘里管5后，经过变截面装置4和文丘里管5壁面共同组成的喉口，经过剧烈混合后，之后混合气在文丘里管5的扩张段流出，进入过渡管6中。

步骤3、混合气进入过渡管6后在导流板7整流后流入反应器8中。

步骤4、混合气进入反应器8后，先经过除尘整流板9之后与再催化剂10 进行脱硝反应，以进一步提高除尘效率，同时简化了反应器8的结构，避免安装蒸汽或压缩空气吹灰器，降低了运行成本。

步骤5、混合气经脱硝净化后由排气管11流出反应器8。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的基本结构的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (10)

1.一种安装有导流环的船舶尘硝协同脱除装置，其特征在于：所述脱除装置包括除尘混合部分和反应器部分；所述除尘混合部分包括进气管(1)、文丘里管(5)和用于连接所述进气管(1)和所述文丘里管(5)的连接管(3)；在所述进气管(1)和所述连接管(3)的交界部位安装有用于减小所述连接管(3)出口处烟气的速度差异值的导流环(2)；所述反应器部分包括反应器(8)；所述文丘里管(5)的扩散段通过过渡管(6)连通于反应器(8)的入口。

2.根据权利要求1所述的安装有导流环的船舶尘硝协同脱除装置，其特征在于：所述导流环(2)包括内导流环(22)和外导流环(21)；所述内导流环(22)包括第一圆柱面和在第一圆柱面末端延伸的第一锥状面；所述外导流环(21)包括第二圆柱面和在第二圆柱面延伸的第二锥状面；第一圆柱面和第二圆柱面同轴安装。

3.根据权利要求2所述的安装有导流环的船舶尘硝协同脱除装置，其特征在于：第一圆柱面和第一锥状面的夹角为30～60°；第二圆柱面和第二锥状面的夹角为30～60°。

4.根据权利要求2所述的安装有导流环的船舶尘硝协同脱除装置，其特征在于：

第一锥状面和第二锥状面的高度相同，且外导流环(21)的出口端面与内导流环(22)的第一圆柱面的端面位于同一平面；且，

第二锥面的高度为第二锥面伸入连接管(3)圆柱面高度的1/2；且，

a≤b，a≤c；

第一圆柱面和第一圆锥面的夹角设为c，第二圆柱面和第二圆锥面的夹角为b，连接管(3)和进气管(1)的夹角为a。

5.根据权利要求4所述的安装有导流环的船舶尘硝协同脱除装置，其特征在于：

L2/L1＝0.4或者0.6；内导流环伸入连接管3的部分高度设为L2，连接管3高度设为L1。

6.根据权利要求2～5任一项所述的安装有导流环的船舶尘硝协同脱除装置，其特征在于：第一锥状面和第二锥状面均等分开槽，且第一锥状面的开槽处和第二锥状面的开槽处位置交错分布。

7.根据权利要求6所述的安装有导流环的船舶尘硝协同脱除装置，其特征在于：所述第一锥状面和第二锥状面等分开槽后留有4～10个片状结构。

8.根据权利要求1所述的安装有导流环的船舶尘硝协同脱除装置，其特征在于：在所述反应器部分还包括除尘整流板(9)；所述除尘整流板(9)包括至少多个波纹板(91)；在所述波纹板(91)上安装有翅片(92，93，94)。

9.根据权利要求8所述的安装有导流环的船舶尘硝协同脱除装置，其特征在于：所述翅片(92，93，94)有多组，且布置于所述波纹板(91)的两侧；在波纹板(91)高度11/12，5/6和2/3的地方分别装有长度为2mm，4mm，8mm的翅片(92，93，94)；翅片(92，93，94)与波纹板(91)的夹角为30°。

10.一种船舶尘硝协同脱除方法，其特征在于，包括：

步骤1、尿素溶液在进气管(1)部分喷入，与烟气形成混合器，一同进入除尘混合部分，混合气经过导流环(2)整流后混合气的速度差异值减小，之后进入文丘里管(5)；

步骤2、混合气进入文丘里管(5)后，经过变截面装置(4)和文丘里管(5)壁面共同组成的喉口，经过剧烈混合后，之后气体在文丘里管(5)的扩张段流出，进入过渡管(6)中；

步骤3、混合气进入过渡管(6)后在导流板(7)整流后流入反应器(8)中；

步骤4、混合气进入反应器(8)后，经过除尘整流板(9)之后与催化剂(10)进行脱硝反应；

步骤5、烟气经脱硝净化后由排气管(11)流出反应器(8)。

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