CN113090361B - 以固态铵为还原剂的scr供给喷射系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以固态铵为还原剂的SCR供给喷射系统，SCR供给喷射系统包括氨气生成单元、氨气稳压单元、氨气喷射单元和控制单元。氨气生成单元用于生成氨气；氨气稳压单元用于接收来自氨气生成单元的氨气并能够稳定接收的氨气的压力；氨气喷射单元用于接收并喷射来自氨气稳压单元的氨气；氨气生成单元、氨气稳压单元和氨气喷射单元均与控制单元电连接。根据本发明所提供的SCR供给喷射系统，能够吸收柴油发动机的尾气中的NOX，不需要通过加热尿素水溶液的方式产生氨气，同时不需要压缩空气和混合管，降低了尾气处理的成本，给船舶机舱内留出了更多的空间，同时既能提高系统的瞬态响应性，也能更好地控制氨气的排放。
Description
技术领域
本发明总地涉及船用柴油机尾气后处理的技术领域，更具体地涉及一种以固态铵为还原剂的SCR(Selective Catalytic Reduction，即选择性催化还原技术)供给喷射系统。
背景技术
选择性催化还原技术(SCR)是针对柴油发动机尾气排放中NOX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NOX还原成N2和H2O。使用SCR是船用柴油机尾气NOX后处理的主流技术。SCR尿素供给喷射系统是SCR系统的核心部件，是实现尿素溶液供给、精确计量及雾化喷射的执行机构。
现有技术中，船用柴油发动机的尾气后处理装置主要是采用尿素水溶液作为还原剂NH3的载体。然而，当使用尿素水溶液进行尾气处理时会存在一些问题，例如尿素水溶液的氨承载能力较差、在进行尾气处理的过程中，尿素水溶液需要被加热到200℃以上才能够蒸发分解以产生NH3、需要在柴油机的排气管上增加混合管利用压缩空气辅助尿素水溶液的雾化、尿素水溶液在分解时会产生尿素结晶堵塞喷嘴等问题。
因此，需要提供一种以固态铵为还原剂的SCR供给喷射系统以至少部分地解决上述问题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本发明提供了一种以固态铵为还原剂的SCR供给喷射系统，所述SCR供给喷射系统包括：
氨气生成单元，所述氨气生成单元包括氨气发生装置，以及至少部分地缠绕在所述氨气发生装置外部的氨气加热装置，所述氨气生成单元用于生成氨气，所述氨气发生装置具有氨气出口；
氨气稳压单元，所述氨气稳压单元包括输气管路，以及设置在所述输气管路上的减压阀，所述输气管路与所述氨气出口连接，所述氨气稳压单元用于接收来自所述氨气生成单元的氨气并能够稳定接收的所述氨气的压力；
氨气喷射单元，所述氨气喷射单元包括出气管路、设置在所述出气管路端部的氨气喷嘴，以及设置在所述出气管路上的比例阀，所述出气管路与所述输气管路连接，所述氨气喷射单元用于接收并喷射来自所述氨气稳压单元的氨气；以及
控制单元，所述氨气生成单元、所述氨气稳压单元和所述氨气喷射单元均与所述控制单元电连接。
可选地，所述氨气生成单元包括：
第一压力传感器，所述第一压力传感器与所述氨气发生装置连接，以用于检测所述氨气发生装置中的压力；以及
第一温度传感器，所述第一温度传感器与所述氨气发生装置连接，以用于检测所述氨气发生装置中的温度；
其中，所述第一压力传感器和所述第一温度传感器均与所述控制单元电连接。
可选地，所述氨气生成单元还包括：
安全阀，所述安全阀设置在所述氨气发生装置上；以及
加料口，所述加料口设置在所述氨气发生装置上。
可选地，所述氨气生成单元还包括备用氨气发生装置，所述备用氨气发生装置用于产生氨气，并与所述氨气稳压单元连接。
可选地，所述氨气稳压单元包括设置在所述输气管路上的过滤器、电磁阀、第二压力传感器以及第二温度传感器。
可选地，所述过滤器以相对于所述电磁阀、所述第二压力传感器和所述第二温度传感器更靠近所述氨气生成单元的位置设置在所述输气管路上。
可选地，所述第二压力传感器和所述第二温度传感器均与所述控制单元电连接。
可选地，所述输气管路的外部至少部分地包覆有管道加热装置，所述管道加热装置与所述控制单元电连接。
可选地，所述氨气喷射单元还包括设置在所述出气管路上的流量计和止回阀，所述流量计与所述控制单元电连接。
可选地，所述氨气发生装置的外部还至少部分地包覆有保温棉。
根据本发明所提供的以固态铵为还原剂的SCR供给喷射系统，包括氨气生成单元、氨气稳压单元、氨气喷射单元和控制单元，能够通过加热固态铵的方式产生氨气，并能够通过该氨气吸收柴油发动机的尾气中的NOX，不需要通过加热尿素水溶液的方式产生氨气，由于固态铵自身的特性，不需要加热至尿素水溶液能够产生氨气的温度，使得该SCR供给喷射系统在低温也具有较高的还原率，提高了SCR供给喷射系统的工作环境的温度范围，同时不需要压缩空气和混合管，降低了尾气处理的成本，给船舶机舱内留出了更多的空间，同时由于该SCR供给喷射系统产生的氨气直接喷射至排气管中，既能提高系统的瞬态响应性，也能更好地控制氨气的排放。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1为根据本发明的一个实施方式的以固态铵为还原剂的SCR供给喷射系统的结构示意图。
附图标记说明：
100：氨气生成单元 110：氨气发生装置
111：氨气加热装置 112：第一压力传感器
113：第一温度传感器 114：安全阀
115：加料口 120：备用氨气发生装置
200：氨气稳压单元 210：输气管路
211：减压阀 212：过滤器
213：电磁阀 214：第二压力传感器
215：第二温度传感器 216：管道加热装置
217：手动阀 300：氨气喷射单元
310：出气管路 311：氨气喷嘴
312：比例阀 313：流量计
314：止回阀 400：控制单元
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的元件，因而将省略对它们的描述。
本发明提供了一种以固态铵为还原剂的SCR供给喷射系统。如图1所示，该SCR供给喷射系统包括氨气生成单元100、氨气稳压单元200、氨气喷射单元300以及控制单元400。
具体地，氨气生成单元100可利用固态铵生成氨气。氨气生成单元100包括氨气发生装置110和氨气加热装置111。氨气发生装置110中放置有固态铵；氨气加热装置111至少部分地缠绕在氨气发生装置110的外部并能够对氨气发生装置110进行加热，由此产生氨气。此外，氨气发生装置110还具有氨气出口，以用于排放其自身产生的氨气。优选地，氨气加热装置111可以为缠绕在氨气发生装置110外部的加热丝。加热丝能够加热氨气发生装置110，使其内部的固态铵达到分解温度，加热丝的加热功率根据氨气发生装置110的体积、加热温度和加热时间等设置。
氨气稳压单元200能够接收来自氨气生成单元100的氨气并使该氨气的压力保持稳定后输送至氨气喷射单元300。氨气稳压单元200包括与氨气出口连接的输气管路210，以及设置在输气管路210上的减压阀211，减压阀211能够稳定输气管路210中的氨气的压力。
氨气喷射单元300能够接收来自氨气稳压单元200的氨气并将其喷射至柴油发动机的排气管，从而吸收柴油机尾气中的NOX。氨气喷射单元300包括与输气管路210连接的出气管路310，以及设置在出气管路310端部的氨气喷嘴311，其中，出气管路310上还设置有比例阀312，通过比例阀312能够调节出气管路310中的氨气排量。
氨气生成单元100、氨气稳压单元200和氨气喷射单元300均与控制单元400电连接，具体地，控制单元400与氨气加热装置111电连接并能够控制其对氨气发生装置110的加热，从而控制氨气的生成速率；控制单元400还与比例阀312电连接，并能够通过比例阀312调节出气管路310中的氨气排量。
根据本发明所提供的以固态铵为还原剂的SCR供给喷射系统，包括氨气生成单元100、氨气稳压单元200、氨气喷射单元300和控制单元400，能够通过加热固态铵的方式产生氨气，并能够通过该氨气吸收柴油发动机的尾气中的NOX，不需要通过加热尿素水溶液的方式产生氨气，由于固态铵自身的特性，不需要加热至尿素水溶液能够产生氨气的温度，使得该SCR供给喷射系统在低温也具有较高的还原率，提高了SCR供给喷射系统的工作环境的温度范围，同时不需要压缩空气和混合管，降低了尾气处理的成本，给船舶机舱内留出了更多的空间，同时由于该SCR供给喷射系统产生的氨气直接喷射至排气管中，既能提高系统的瞬态响应性，也能更好地控制氨气的排放。
进一步地，如图1所示，氨气生成单元100还包括与控制单元400电连接的第一压力传感器112和第一温度传感器113。固态铵在氨气发生装置110内受热分解时，氨气发生装置110内的压力随温度升高而增大，第一压力传感器112和第一温度传感器113均与氨气发生装置110连接，能够检测氨气发生装置110中的温度和压力，以便于工作人员能够实时了解氨气发生装置110的工作状态。
此外，在本实施方式中，氨气生成单元100还包括设置在氨气发生装置110上的安全阀114和加料口115。安全阀114能够防止氨气发生装置110内部的压力过高，避免产生安全隐患。加料口115可用于供工作人员向氨气发生装置110中添加固态铵等。
氨气发生装置110的外部还至少部分地包覆有保温棉(未示出)，保温棉能够同时包覆氨气发生装置110和氨气加热装置111，以便于减少热量的散失，节省能耗。氨气发生装置110构造为压力容器，其体积可根据氨气的消耗量和更换周期以及实际安装和使用的情况设置。
优选地，氨气生成单元100还包括备用氨气发生装置120，该备用氨气发生装置120与氨气发生装置110的结构相同，同样能够加热固态铵以产生氨气，同时将氨气输送至氨气稳压单元200，而且该备用氨气发生装置120同样设置有上述设置在氨气发生装置110上的设备，在此不再详细说明。通过设置备用氨气发生装置120，能够实现一用一备，即，在使用一个氨气发生装置110时，另外一个氨气发生装置110可以作为备用，即使其中一个氨气发生装置110发生故障，另外一个氨气发生装置110还能够保证对柴油机尾气进行处理。由此能够增加SCR供给喷射系统的稳定性，并延长氨气发生装置110的更换周期。
为了保证氨气稳压单元200的稳定效果，在本实施方式中，氨气稳压单元200还包括设置在输气管路210上的过滤器212、电磁阀213、第二压力传感器214以及第二温度传感器215。其中，过滤器212能够过滤输气管路210中的铵盐颗粒，电磁阀213能够控制输气管路210的通断，第二压力传感器214和第二温度传感器215能够检测输气管路210中的压力和温度，第二压力传感器214和第二温度传感器215均与控制单元400电连接，以便于工作人员能够实时了解输气管路210的氨气的状态。优选地，过滤器212以相对于电磁阀213、第二压力传感器214和第二温度传感器215更靠近氨气生成单元100的位置设置在输气管路210上，由此能够避免铵盐颗粒堵塞电磁阀213、第二压力传感器214和第二温度传感器215。此外，输气管路210上还设置有手动阀217，以便于工作人员控制输气管路210的通断效果。
进一步地，输气管路210的外部至少部分地包覆有管道加热装置216，管道加热装置216与控制单元400电连接。由此，控制单元400能够通过管道加热装置216对输气管路210进行加热，从而维持输气管路210的温度，防止输气管路210中的氨气发生逆反应。可以理解的是，管道加热装置216的加热功率可以根据输气管路210的尺寸、输气管路210内的氨气压力、加热温度设置。优选地，管道加热装置216可以为缠绕在输气管路210外部的加热丝。
如图1所示，氨气喷射单元300还包括设置在出气管路310上的流量计313和止回阀314。流量计313与控制单元400电连接，工作人员能够通过流量计313获取出气管路310中的氨气的流量值。止回阀314能够防止氨气导流。
在本实施方式中，工作人员能够通过控制单元400对整个SCR供给喷射系统的运行过程进行监控和控制，保证对柴油发动机的尾气处理能够正常进行。其中，控制单元400对氨气发生装置110内部的温度与压力、输气管路210内的氨气的压力与温度、出气管路310内的流量等信号进行监控，同时能够通过氨气加热装置111对氨气发生装置110的加热、管道加热装置216对输气管路210的加热以及出气管路310中的氨气流量进行控制，还能够通过电磁阀213对两个氨气发生装置的工作状态进行切换。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
Claims (9)
1.一种以固态铵为还原剂的SCR供给喷射系统，其特征在于，所述SCR供给喷射系统包括：
氨气生成单元，所述氨气生成单元包括氨气发生装置，以及至少部分地缠绕在所述氨气发生装置外部的氨气加热装置，所述氨气生成单元用于生成氨气，所述氨气发生装置具有氨气出口；
氨气稳压单元，所述氨气稳压单元包括输气管路，以及设置在所述输气管路上的减压阀，所述输气管路与所述氨气出口连接，所述氨气稳压单元用于接收来自所述氨气生成单元的氨气并能够稳定接收的所述氨气的压力；
氨气喷射单元，所述氨气喷射单元包括出气管路、设置在所述出气管路端部的氨气喷嘴，以及设置在所述出气管路上的比例阀，所述出气管路与所述输气管路连接，所述氨气喷射单元用于接收并喷射来自所述氨气稳压单元的氨气；以及
控制单元，所述氨气生成单元、所述氨气稳压单元和所述氨气喷射单元均与所述控制单元电连接，
其中，所述氨气稳压单元包括设置在所述输气管路上的第二压力传感器以及第二温度传感器，所述输气管路的外部至少部分地包覆有管道加热装置，所述管道加热装置与所述控制单元电连接，所述管道加热装置为缠绕在所述输气管路的外部的加热丝。
2.根据权利要求1所述的以固态铵为还原剂的SCR供给喷射系统，其特征在于，所述氨气生成单元包括：
第一压力传感器，所述第一压力传感器与所述氨气发生装置连接，以用于检测所述氨气发生装置中的压力；以及
第一温度传感器，所述第一温度传感器与所述氨气发生装置连接，以用于检测所述氨气发生装置中的温度；
其中，所述第一压力传感器和所述第一温度传感器均与所述控制单元电连接。
3.根据权利要求1所述的以固态铵为还原剂的SCR供给喷射系统，其特征在于，所述氨气生成单元还包括：
安全阀，所述安全阀设置在所述氨气发生装置上；以及
加料口，所述加料口设置在所述氨气发生装置上。
4.根据权利要求1所述的以固态铵为还原剂的SCR供给喷射系统，其特征在于，所述氨气生成单元还包括备用氨气发生装置，所述备用氨气发生装置用于产生氨气，并与所述氨气稳压单元连接。
5.根据权利要求1所述的以固态铵为还原剂的SCR供给喷射系统，其特征在于，所述氨气稳压单元包括设置在所述输气管路上的过滤器和电磁阀。
6.根据权利要求5所述的以固态铵为还原剂的SCR供给喷射系统，其特征在于，所述过滤器以相对于所述电磁阀、所述第二压力传感器和所述第二温度传感器更靠近所述氨气生成单元的位置设置在所述输气管路上。
7.根据权利要求5所述的以固态铵为还原剂的SCR供给喷射系统，其特征在于，所述第二压力传感器和所述第二温度传感器均与所述控制单元电连接。
8.根据权利要求1所述的以固态铵为还原剂的SCR供给喷射系统，其特征在于，所述氨气喷射单元还包括设置在所述出气管路上的流量计和止回阀，所述流量计与所述控制单元电连接。
9.根据权利要求1所述的以固态铵为还原剂的SCR供给喷射系统，其特征在于，所述氨气发生装置的外部还至少部分地包覆有保温棉。
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