CN113638792A - 柴油机尾气排放的lp-scr电气控制与安保系统及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明技术方案公开了柴油机尾气排放的LP‑SCR电气控制与安保系统及其工作方法，系统包括设置有开关阀的烟气管道，安装于第一开关阀和第二开关阀之间的反应器；连接至烟气管道中且位于第一开关阀外侧的还原剂供给单元；与反应器连接的通风单元；以及控制整个系统的后台控制器。本发明通过反应器分别与计量单元、尿素泵站单元、通风系统及排烟管道连通，当柴油主机和发电机组产生的尾气或烟气进入排烟管道，通过阀控系统、反应器单元、计量单元、尿素泵站单元、通风系统及排烟管道配合，可实现发电机和/或主机的尾气或烟气排放过程中的长时间往复处理，既可以保障尾气或烟气的排放质量，又可以解决排放效率低及排放效果差的问题。

Description

柴油机尾气排放的LP-SCR电气控制与安保系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及船舶尾气排放技术领域，尤其是涉及一种柴油机尾气排放的LP-SCR电气控制与安保系统。
背景技术
目前，国际海事组织规定的第三阶段的排放法规已于2016年1月1 日起在排放控制区实施。作为目前最佳选择，选择性催化还原反应是一种良好的排气后处理策略，用来处理船用柴油机生成的氮氧化物。其中，氮氧化物降低过程如下：喷射适量氨作为还原剂进入排放尾气，随后氨和尾气混合后进入安装有催化剂模块的反应器中，氮氧化物在催化剂作用下还原为氮气和水。
对于中速船用柴油机尾气进行处理，考虑选择性催化还原反应分为高压型与低压型，如果只处理发电机组尾气排放，由于其排放管道管径不能满足HP-SCR工作条件，只能选择LP-SCR，若还需处理主机尾气排放，则可根据实际需要选择LP-SCR或HP-SCR。本发明只介绍一种中速船用柴油机尾气排放的LP-SCR电气控制及安保系统。
发明内容
本发明解决的技术问题是现有技术只能针对发电机组尾气排放，而无具体针对处理主机尾气排放的系统。
为解决上述的技术问题，本发明技术方案提供一种柴油机尾气排放的LP-SCR电气控制与安保系统，其中，所述系统包括：
设置有第一开关阀、所述第二开关阀和第三开关阀的烟气管道，所述第三开关阀通过所述烟气管道连接至所述第一开关阀的左侧、所述第二开关阀的右侧；
安装于所述第一开关阀和所述第二开关阀之间的反应器；
连接至所述烟气管道中且位于所述第一开关阀外侧的还原剂供给单元；
与所述反应器连接的通风单元；以及
与所述第一开关阀、所述第二开关阀、所述第三开关阀、所述还原剂供给单元、所述通风单元和所述反应器通讯连接的后台控制器。
可选地，所述还原剂供给单元包括与所述烟气管道连接的计量单元以及与所述计量单元连接的尿素泵站单元。
可选地，还包括设置于所述反应器中用于检测所述反应器中的烟气温度的温度监测器，所述温度监测器通讯连接至所述后台控制器。
可选地，还包括设置于所述还原剂供给单元中用于按照设定目标值进行自动调节尿素供给量的PID控制器。
可选地，所述第一开关阀、所述第二开关阀和所述第三开关阀形成为阀控系统。
为解决上述的技术问题，本发明技术方案还提供一种根据上述任意一项所述的柴油机尾气排放的LP-SCR电气控制与安保系统的工作方法，其中，所述工作方法如下：
步骤1：后台控制器检测船舶尾气是否需要排放到外部空气中，若是，执行尾气排放；
步骤2：尾气排放过程中，还原剂供给单元向反应器中输入尿素作为催化剂，尾气经反应器中与催化剂进行催化反应处理；
步骤3：尾气排放结束后，后台控制器控制打开第三开关阀、关闭第一开关阀、打开第二开关阀、启动通风单元，根据后台设置对所述反应器内进行通风吹扫，吹扫完毕后关闭所述第二开关阀。
可选地，步骤1中的尾气排放包括直接排放和经反应器排放，
直接排放时，后台控制器控制所述第三开关阀打开，所述通风单元工作，保证所述反应器内的气压高于所述第一开关阀、所述第二开关阀所在的所述烟气管道内的气压，以防止烟气泄露，尾气直接通过所述烟气管道、所述第三开关阀排出至外部空气中；
经反应器排放时，后台控制器控制所述第三开关阀关闭，所述第一开关阀和所述第二开关阀打开，所述通风单元停止工作，尾气通过所述第一开关阀、所述反应器和所述第二开关阀排出至外部空气中。
可选地，步骤2中，后台控制器实时监控所述反应器运行使用时间，以判断所述反应器中的催化剂是否失效。
可选地，还包括安全保护步骤，后台控制器实时监测所述反应器运行前后的温度值、压差值及所述阀控系统的运行情况，一旦温度值、压差值及所述阀控系统出现问题时，安保系统启动，保证尾气可以正常排放到外部空气中。
本发明技术方案的有益效果是：
本发明通过反应器分别与计量单元、尿素泵站单元、通风系统及排烟管道连通，当柴油主机和发电机组产生的尾气或烟气进入排烟管道，通过阀控系统、反应器单元、计量单元、尿素泵站单元、通风系统及排烟管道配合，可实现发电机和/或主机的尾气或烟气排放过程中的长时间往复处理，既可以保障尾气或烟气的排放质量，又可以解决排放效率低及排放效果差的问题。
附图说明
图1为本发明实施例中电气控制与安保系统的结构示意图。
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
请参见图1所示，示出了一种实施例的柴油机尾气排放的LP-SCR电气控制与安保系统，其中，系统包括设置有第一开关阀52、第二开关阀53 和第三开关阀51的烟气管道6，第三开关阀51通过烟气管道6连接至第一开关阀52的左侧、第二开关阀53的右侧；安装于第一开关阀52和第二开关阀53之间的反应器1；连接至烟气管道6中且位于第一开关阀52外侧的还原剂供给单元；与反应器1连接的通风单元4；以及与第一开关阀52、第二开关阀53、第三开关阀51、还原剂供给单元、通风单元4和反应器1通讯连接的后台控制器(未示出)。
本实施例中，还原剂供给单元包括与烟气管道6连接的计量单元2以及与计量单元2连接的尿素泵站单元3。
本实施例中，还包括设置于反应器1中用于检测反应器中的烟气温度的温度监测器(未示出)，温度监测器通讯连接至后台控制器。
本实施例中，还包括设置于还原剂供给单元3中用于按照设定目标值进行自动调节尿素供给量的PID控制器(未示出)。
本实施例中，第一开关阀52、第二开关阀53和第三开关阀51形成为阀控系统5。
通过以下说明进一步地认识本发明的特性及功能。
本实施例中还提供一种根据上述任意一项的柴油机尾气排放的LP-SCR 电气控制与安保系统的工作方法，其中，工作方法如下：
步骤1：后台控制器检测船舶尾气是否需要排放到外部空气中，若是，执行尾气排放；
步骤2：尾气排放过程中，还原剂供给单元3向反应器1中输入尿素作为催化剂，尾气经反应器1中与催化剂进行催化反应处理；
步骤3：尾气排放结束后，后台控制器控制打开第三开关阀51、关闭第一开关阀52、打开第二开关阀53、启动通风单元4，根据后台设置对反应器 1内进行通风吹扫，吹扫完毕后关闭第二开关阀53。
可选地，步骤1中的尾气排放包括直接排放和经反应器排放，
直接排放时，后台控制器控制第三开关阀51打开，通风单元4工作，保证反应器1内的气压高于第一开关阀52、第二开关阀53所在的烟气管道6 内的气压，以防止烟气泄露，尾气直接通过烟气管道6、第三开关阀51排出至外部空气中；
经反应器排放时，后台控制器控制第三开关阀51关闭，第一开关阀52 和第二开关阀53打开，通风单元4停止工作，尾气通过第一开关阀52、反应器1和第二开关阀53排出至外部空气中。
可选地，步骤2中，后台控制器实时监控反应器运行使用时间，以判断反应器中的催化剂是否失效。
可选地，还包括安全保护步骤，后台控制器实时监测反应器1运行前后的温度值、压差值及阀控系统5的运行情况，一旦温度值、压差值及阀控系统5出现问题时，安保系统启动，保证尾气可以正常排放到外部空气中。
以下对本发明的柴油机尾气排放的LP-SCR电气控制与安保系统做详细解释。
本实施例中的一种适用于中速船用的柴油机尾气排放的LP-SCR电气控制及安保系统，包括用于催化反应的反应器1、计量单元2、尿素泵站单元3，用于提供流动动力的通风单元4，用于控制尾气通断的阀控系统 5及烟气管道6，阀控系统5包括若干个开关阀(即第一开关阀52、第二开关阀53和第三开关阀51)，反应器1分别与计量单元2、尿素泵站单元 3、通风系统4及烟气管道6连通，反应器1分别在与计量单元2、尿素泵站单元3、通风系统4及排烟管道的连通管路中设置有开关阀。计量单元 2及尿素泵站单元3统称为还原剂供给单元。
具体的，阀控系统5包括第一开关阀52、第二开关阀53和第三开关阀 51，柴油机尾气排放电气控制及安保系统还包括远程触摸屏(即后台控制器，后台控制器包括有可操控的远程触摸屏)，提供操作、控制、监测、数据存储等界面远程控制LP-SCR控制箱(即本实施例的电气控制与安保系统)，具备指令输出与设备信号反馈采集功能，连接LP-SCR的主要结构与主机和发电机组的控制系统。
请参阅图1，一种柴油机尾气排放的LP-SCR电气控制安全保护方法，包括以下步骤：
直排步骤：船舶尾气沿排烟管道直接排放到外部空气中，检测是否需要实施处理尾气，若是，执行下一步；具体的，船舶在排放控制区域外工作，主机和发电机组尾气或烟气不经过反应器1直接排出，此时，第三开关阀打开，通风单元4运行，保证反应器1内气压高于第一开关阀52和第二开关阀53的外部烟气管道6气压，防止烟气泄漏，其余系统均为关闭状态。
预热步骤：主机或发电机组排放出的尾气或烟气，经阀控系统5控制，使其通过反应器1后再排放到外部空气中，在此过程中需检测反应器1中烟气温度是否达到预设温度，若是，执行下一步；具体的，船舶在进入排放控制区域前的准备工作，此时烟气经过反应器1，第三开关阀51关闭、第一开关阀52和第二开关阀53全开，通风单元4停止。
尾气处理步骤：还原剂供给单元3按照预设值提供尿素进入反应器1，经反应器1中催化剂催化，将反应器1中的尾气进行处理。在尾气处理步骤中，统计反应器1运行使用时间，以此判断反应器1中的催化剂是否失效。具体的，此时烟气温度已经满足LP-SCR的工作要求，烟气经过反应器，还原剂供给单元3开始工作，此时，第三开关阀51关闭，第一开关阀52和第二开关阀53打开，尿素供给量依据PID控制器按照设定目标值进行自动调节。具体的，尿素供给单元的尿素喷射量的PID调节方法进行自动调节，以设定目标尿素喷射量为PID控制器的目标量，实时喷射量为 PID控制器的反馈量，PID控制器的输出量为尿素供给单元尿素供给路调节阀开度的输入量，从而控制尿素的喷射量。
降温吹扫步骤：通过阀控系统控制烟气排放路径，使其进入直排状态，通风系统运行产生冷风，流入反应器1进行降温并吹除残留烟气。具体的，打开第三开关阀51，关闭第一开关阀52，打开第二开关阀53，启动通风单元4，根据控制系统设置的通风吹扫时间，最后关闭第二开关阀53。
安全保护步骤：实时监测反应器1前后温度值、压差值及阀控系统运行情况，一旦温度值、压差值及阀控系统出现问题时，安保系统启动，保证尾气可以正常排放到外部空气中。具体的，当进行直排步骤时，监测到第三开关阀51未打开，安保系统立刻强制打开第一开关阀52、第二开关阀53和第三开关阀51，使通风单元停止运行；当进行尾气处理步骤时，监测到温度值和压差值过高、第一开关阀52或第二开关阀53未打开、第三开关阀51未关闭时，安保系统立刻强制打开第一开关阀52、第二开关阀53和第三开关阀51，使还原剂供给单元3和通风单元4停止运行；当故障解除时，再根据需要进行直排、预热、尾气处理、降温吹扫这四个步骤。
标准检测步骤，检测尾气是否符合排放标准，若是，排出。
综上所述，本发明通过反应器分别与计量单元、尿素泵站单元、通风系统及排烟管道连通，当柴油主机和发电机组产生的尾气或烟气进入排烟管道，通过阀控系统、反应器单元、计量单元、尿素泵站单元、通风系统及排烟管道配合，可实现发电机和/或主机的尾气或烟气排放过程中的长时间往复处理，既可以保障尾气或烟气的排放质量，又可以解决排放效率低及排放效果差的问题。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种柴油机尾气排放的LP-SCR电气控制与安保系统，适用于中速船尾气排放，其特征在于，所述系统包括：
设置有第一开关阀、所述第二开关阀和第三开关阀的烟气管道，所述第三开关阀通过所述烟气管道连接至所述第一开关阀的左侧、所述第二开关阀的右侧；
安装于所述第一开关阀和所述第二开关阀之间的反应器；
连接至所述烟气管道中且位于所述第一开关阀外侧的还原剂供给单元；
与所述反应器连接的通风单元；以及
与所述第一开关阀、所述第二开关阀、所述第三开关阀、所述还原剂供给单元、所述通风单元和所述反应器通讯连接的后台控制器。
2.根据权利要求1所述的柴油机尾气排放的LP-SCR电气控制与安保系统，其特征在于，所述还原剂供给单元包括与所述烟气管道连接的计量单元以及与所述计量单元连接的尿素泵站单元。
3.根据权利要求1所述的柴油机尾气排放的LP-SCR电气控制与安保系统，其特征在于，还包括设置于所述反应器中用于检测所述反应器中的烟气温度的温度监测器，所述温度监测器通讯连接至所述后台控制器。
4.根据权利要求1所述的柴油机尾气排放的LP-SCR电气控制与安保系统，其特征在于，还包括设置于所述还原剂供给单元中用于按照设定目标值进行自动调节尿素供给量的PID控制器。
5.根据权利要求1所述的柴油机尾气排放的LP-SCR电气控制与安保系统，其特征在于，所述第一开关阀、所述第二开关阀和所述第三开关阀形成为阀控系统。
6.一种根据权利要求1-5中任意一项所述的柴油机尾气排放的LP-SCR电气控制与安保系统的工作方法，其特征在于，所述工作方法如下：
步骤1：后台控制器检测船舶尾气是否需要排放到外部空气中，若是，执行尾气排放；
步骤2：尾气排放过程中，还原剂供给单元向反应器中输入尿素作为催化剂，尾气经反应器中与催化剂进行催化反应处理；
步骤3：尾气排放结束后，后台控制器控制打开第三开关阀、关闭第一开关阀、打开第二开关阀、启动通风单元，根据后台设置对所述反应器内进行通风吹扫，吹扫完毕后关闭所述第二开关阀。
7.根据权利要求6所述的柴油机尾气排放的LP-SCR电气控制与安保系统的工作方法，其特征在于，步骤1中的尾气排放包括直接排放和经反应器排放，
直接排放时，后台控制器控制所述第三开关阀打开，所述通风单元工作，保证所述反应器内的气压高于所述第一开关阀、所述第二开关阀所在的所述烟气管道内的气压，以防止烟气泄露，尾气直接通过所述烟气管道、所述第三开关阀排出至外部空气中；
经反应器排放时，后台控制器控制所述第三开关阀关闭，所述第一开关阀和所述第二开关阀打开，所述通风单元停止工作，尾气通过所述第一开关阀、所述反应器和所述第二开关阀排出至外部空气中。
8.根据权利要求6所述的柴油机尾气排放的LP-SCR电气控制与安保系统的工作方法，其特征在于，步骤2中，后台控制器实时监控所述反应器运行使用时间，以判断所述反应器中的催化剂是否失效。
9.根据权利要求6所述的柴油机尾气排放的LP-SCR电气控制与安保系统的工作方法，其特征在于，还包括安全保护步骤，后台控制器实时监测所述反应器运行前后的温度值、压差值及所述阀控系统的运行情况，一旦温度值、压差值及所述阀控系统出现问题时，安保系统启动，保证尾气可以正常排放到外部空气中。
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