CN114718704B - 全回转拖船scr脱硝系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全回转拖船SCR脱硝系统，包括尿素储存及输送系统、压缩空气输送及吹扫系统和控制单元，尿素储存及输送系统包括尿素舱、两台尿素泵、尿素日用柜、尿素泵组单元、两套柴油发电机组尿素计量单元、两套主机SCR装置、两套柴油发电机组SCR混合装置及柴油发电机组SCR反应装置，压缩空气输送及吹扫系统包括两台空压机、两个储气罐、两组柴油发电机组尿素计量单元和各阀件，控制单元设置在集控室内。本发明充分利用了全回转拖船狭小的空间，使全回转拖船舶废气排放提升到TierⅢ的排放标准，排放废气中氮氧化物NOX浓度降低了85%，显著提高了柴油机废气的排放质量。

Description

全回转拖船SCR脱硝系统
技术领域
本发明涉及一种内燃机排放的有害气体的处理装置，尤其是一种用于全回转拖船的主机和柴油发电机组排放废气的SCR脱硝系统，属于环保技术领域。
背景技术
全回转拖船在原地可作360°旋转，操作灵活、马力大，被广泛运用于各港口，协助大型船舶靠离码头，兼具消防、引航和拖带等功能。近年来，随着国际海事组织Tier III排放法规的强制实施，各类船舶越来越多地安装尾气SCR（催化还原）脱硝装置来满足最新的排放法规要求，降低船用柴油机的尾气污染。全回转拖轮作为港口运行的必备机械，顺应绿色发展的要求，在减少船用柴油机的废气排放上不断进行探索。相对于各类大型船舶而言，全回转拖船空间尺寸较小，全回转拖船的SCR脱硝系统有着不同于大型船舶的特殊性，如何在全回转拖船狭小的机舱空间内集成SCR脱硝系统是面临的一大难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种全回转拖船SCR脱硝系统。在保证全回转拖船功率和多功能的前提下，极大地降低了船舶排气污染，满足了绿色港口发展的要求。
本发明通过以下技术方案予以实现：
一种全回转拖船SCR脱硝系统，包括尿素储存及输送系统、压缩空气输送及吹扫系统和控制单元，所述尿素储存及输送系统包括尿素舱、两台尿素泵、尿素日用柜、尿素泵组单元、两套柴油发电机组尿素计量单元、两套主机SCR装置和两套柴油发电机组SCR混合装置及柴油发电机组SCR反应装置，尿素舱设置在船体的双层底舱内，尿素日用柜和尿素泵组单元分别设置在机舱棚内，两台尿素泵和两组柴油发电机组尿素计量单元分别设置在机舱内；主机排气管连接主机和主机SCR装置，柴油发电机组排气管依次连接柴油发电机组、柴油发电机组SCR混合装置及柴油发电机组SCR反应装置；所述压缩空气输送及吹扫系统包括两台空压机、两个储气罐、两组柴油发电机组尿素计量单元和各阀件，两台空压机和两个储气罐均设置在机舱后部，所述控制单元设置在集控室内。
本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。
进一步的，分别连接尿素储存及输送系统的两台尿素泵输入端的不锈钢管道合并成一路后与尿素舱相连，两台尿素泵输出端的不锈钢管道合并成一路后通向尿素日用柜输入C端，尿素日用柜输出G端与尿素泵组单元输入D1端相连，尿素泵组单元的增压泵输出E1端与尿素日用柜输入A端相连；尿素日用柜输出E端、尿素日用柜输出F端及尿素泵组单元输出H端分别通过对应的不锈钢管道回到尿素舱，尿素日用柜输出D端的不锈钢管道分成两路分别与对应的柴油发电机组尿素计量单元输入端相连，柴油发电机组尿素计量单元输出端分别通过喷枪与对应的柴油发电机组SCR混合装置输入端相连，尿素泵组单元输出G1端、尿素泵组单元的增压泵输出F1端通过不锈钢管道分别与对应的主机SCR装置输入端的比例流量阀相连。
进一步的，所述压缩空气输送及吹扫系统的两台空压机的输出端各自的气路截止阀分别通过输气不锈钢管道并成一路后通过总气路截止阀后再分成两路分别与储气罐输入端相连，两个储气罐输出端的输气不锈钢管道合并成一路后通过减压阀组再分成四路，其中两路分别通过柴油发电机组尿素计量单元后再与对应的柴油发电机组SCR反应装置一端相连，另一路通过尿素泵组单元后分成两路分别经并立的清洗阀和喷射阀与对应的主机SCR装置一端相连；还有一路为反向吹扫回路。所述反向吹扫回路分成四支分回路，每一分回路的不锈钢输气管道再分成两路，分别与对应的主机SCR装置另一端并立的两个吹扫阀，以及柴油发电机组SCR反应装置另一端并立的两个吹扫阀相连。
进一步的，所述尿素泵组单元包括一用一备的两台增压泵，增压泵将尿素日用柜输出的尿素溶液压力提高0.4～0.6Mpa。
进一步的，在尿素储存及输送系统的尿素舱输出端口外，尿素泵输入端口和输出端口外，尿素日用柜输入C端外、尿素日用柜输出E端外，尿素日用柜输出D端外，尿素日用柜输出G端与尿素泵组单元输入D1端之间，尿素泵组单元输出E1端与尿素日用柜输入A端之间，以及尿素日用柜输出D端之外分别设有截止阀。
进一步的，在主机SCR装置一端和柴油发电机组SCR反应装置一端分别并接压差传感器。
进一步的，所述减压阀组包括两组并联的减压阀，所述减压阀将储气罐输出的压缩空气压力从3Mpa降到0.7Mpa。
本发明将尿素储存及输送系统、压缩空气输送及吹扫系统和控制单元分别设置在主机排气管和柴油发电机组排气管中，以及船体的双层底舱、机舱、机舱棚和集控室内，本发明在全回转拖船的双层底舱、机舱和机舱棚内，将尿素储存及输送系统、压缩空气输送及吹扫系统的各类设备和不锈钢管道布置得非常紧凑，充分利用了全回转拖船狭小的空间。本发明使全回转拖船舶废气排放从TierⅡ的排放标准提升到Tier Ⅲ的排放标准，排放废气中氮氧化物NOX浓度降低了85%，显著提高了柴油机废气的排放质量。
本发明的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释，这些实施例，是参照附图仅作为例子给出的。
附图说明
图1是本发明安装在全回转拖船中的结构示意图；
图2是全回转拖船的机舱俯视图；
图3是全回转拖船的机舱棚及集控室的俯视图；
图4是本发明尿素储存及输送系统原理图；
图5是本发明压缩空气输送及吹扫系统原理图。
具体实施方式
下面结合附图和某型全回转拖船的实施例对本发明作进一步说明。
如图1～图5所示，某型全回转拖船的推进系统采用2台2942kW的船用柴油机（以下简称主机10）连接齿轮箱101，通过轴系带动全回转舵桨30来推动全回转拖船航行。主机10位于机舱100的中部，主机增压器102的出口连接膨胀节103，左右对称布置的2台180kW的柴油发电机组20位于机舱100后部，为全回转拖船提供电力。
本发明包括尿素储存及输送系统1、压缩空气输送及吹扫系统2和控制单元3，尿素储存及输送系统1包括尿素舱11、两台尿素泵12、尿素日用柜13、尿素泵组单元14、两套柴油发电机组尿素计量单元15、两套主机SCR装置16和两套柴油发电机组SCR混合装置171及柴油发电机组SCR反应装置172，容积28m3尿素舱11设置在全回转拖船船体的双层底舱200内，尿素日用柜13和尿素泵组单元14分别设置在机舱棚300内，两台尿素泵12和两组柴油发电机组尿素计量单元15分别设置在机舱100内。主机排气管161连接主机10和主机SCR装置16，柴油发电机组排气管173依次连接柴油发电机组20、柴油发电机组SCR混合装置171及柴油发电机组SCR反应装置172。主机排气管161上端通过主机消音器301连接主机排烟管401，主机排烟管401向外排放将经主机SCR装置16脱硝处理过的废气。柴油发电机组排气管173上端通过柴油发电机组消音器302连接柴油发电机组排烟管402，柴油发电机组排烟管402向外排放将经柴油发电机组SCR反应装置172脱硝处理过的废气。
压缩空气输送及吹扫系统2包括两台排气量为60m3/h 、排气压力为3MPa的空压机21、两个容积为250L的储气罐22和各阀件，两台空压机21和两个储气罐22均设置在机舱100后部。
计算机控制的控制单元3安装在集控室400内，两套主机SCR装置15和两套柴油发电机组SCR混合装置171及柴油发电机组SCR反应装置172共用1个控制单元3，实现还原剂喷射量控制、系统状态监测和安全保护等功能，通过控制单元3的触摸显示屏进行操作。控制单元3采用开环控制策略，根据主机10和柴油发电机组20的负荷信号控制还原剂喷射量。控制单元3根据主机10的负荷和转速调整向两套主机SCR装置15和两套柴油发电机组SCR混合装置171中的废气中喷射尿素的剂量和压缩空气，以及气体检测、吹灰系统的自动控制等功能。
如图4所示，分别连接尿素储存及输送系统1的两台尿素泵12输入端的不锈钢管道110合并成一路后与尿素舱11相连，两台尿素泵12输出端的不锈钢管道110合并成一路后通向尿素日用柜输入C端，尿素日用柜输出G端与尿素泵组单元输入D1端相连，尿素泵组单元14的增压泵输出E1端与尿素日用柜输入A端相连，尿素日用柜输出E端、尿素日用柜输出F端及尿素泵组单元输出H端分别通过对应的不锈钢管道110回到尿素舱11，尿素日用柜输出D端的不锈钢管道110分成两路分别与对应的柴油发电机组尿素计量单元15输入端相连，柴油发电机组尿素计量单元15输出端分别通过喷枪120与对应的柴油发电机组SCR混合装置171输入端相连，尿素泵组单元输出G1端、尿素泵组单元的增压泵输出F1端通过不锈钢管道110分别与对应的主机SCR装置16输入端的比例流量阀130相连。
尿素泵组单元14包括一用一备的两台增压泵，增压泵将尿素日用柜13输出的尿素溶液压力提高0.4～0.6Mpa，以确保喷枪130具有足够的压力，喷枪130的喷射角达60°，以提高主机SCR装置16的脱硝效果。
在尿素储存及输送系统1的尿素舱11的输出端口外，尿素泵12的输入端口和输出端口外，尿素日用柜输入C端外、尿素日用柜输出E端外，尿素日用柜输出D端外，尿素日用柜输出G端与尿素泵组单元输入D1端之间，尿素泵组单元输出E1端与尿素日用柜输入A端之间，以及尿素日用柜输出D端之外分别设有截止阀130，用于封闭相应的端口，便于维修。
在主机SCR装置16一端和柴油发电机组SCR反应装置172一端分别并接压差传感器140，用于检测主机SCR装置16和柴油发电机组SCR反应装置172进气口和排气口之间的废气压降，若压降过大则表示对应的SCR装置内部有堵塞，需要及时维修。
如图5所示，压缩空气输送及吹扫系统2的两台空压机21的输出端各自的气路截止阀210分别通过输气不锈钢管道220并成一路输气不锈钢管道后通过总气路截止阀230后再分成两路分别与储气罐22输入端相连，两个储气罐22输出端的输气不锈钢管道220合并成一路后通过减压阀组23再分成四路，其中两路分别通过柴油发电机组尿素计量单元15后再与对应的柴油发电机组SCR反应装置172一端相连，另一路通过尿素泵组单元14后分成两路分别经并立的清洗阀161和喷射阀162与对应的主机SCR装置16一端相连。还有一路为反向吹扫回路18，反向吹扫回路18分成四支分回路，每一分回路的不锈钢输气管道220再分成两路，分别与对应的主机SCR装置16另一端并立的吹扫阀181，以及柴油发电机组SCR反应装置172另一端并立的两个吹扫阀181相连。
减压阀组23包括两组并联的减压阀，所述减压阀将储气罐22输出的压缩空气压力从3Mpa降到0.7Mpa。
本发明的压缩空气输送及吹扫系统2工作时，两台空压机21向2个250L储气罐22注入气压3Mpa压力的压缩空气，经减压阀组23减压至0.7Mpa后分别通过柴油发电机组尿素计量单元15向对应的柴油发电机组SCR反应装置172供压缩空气，同时通过尿素泵组单元14分别向两套主机SCR装置16供压缩空气。压缩空气起到使主机SCR装置16和柴油发电机组SCR反应装置172内的尿素溶液雾化、还起到冷却喷枪130的作用，并通过反向吹扫回路18吹洗残留的尿素溶液、吹洗催化剂块上的烟尘。
本发明的尿素储存及输送系统1工作时，两台尿素泵12输出的40%尿素溶液进入尿素日用柜13内，尿素泵组单元14将尿素日用柜13输出的的尿素溶液压力增压0.4-0.6Mpa，通过控制单元3来调节比例流量阀130的开度，从而控制进入主机SCR装置16中的尿素溶液的流量，尿素溶液和压缩空气在柴油发电机组尿素计量单元15中进行混合增压，与压缩空气一起通过插入主机SCR装置16的喷嘴喷射雾化，同时在柴油发电机组SCR混合装置171输入端的喷枪120喷射雾化，分别与主机10及柴油发电机组20排出的废气混合，并分别在主机SCR装置16和柴油发电机组SCR反应装置172内催化剂块的作用下发生反应，尿素溶液(NH2)2CO和 氮氧化物NOx 之间发生化学反应，并把氮氧化物NOx分解成H 2O 和N2 排出。经过本发明处理排放的废气中氮氧化物NOX浓度降低了85%，显著提高了柴油机废气的排放质量。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种全回转拖船SCR脱硝系统，其特征在于：包括尿素储存及输送系统、压缩空气输送及吹扫系统和控制单元，所述尿素储存及输送系统包括尿素舱、两台尿素泵、尿素日用柜、尿素泵组单元、两套柴油发电机组尿素计量单元、两套主机SCR装置、两套柴油发电机组SCR混合装置及柴油发电机组SCR反应装置，尿素舱设置在船体的双层底舱内，尿素日用柜和尿素泵组单元分别设置在机舱棚内，两台尿素泵和两组柴油发电机组尿素计量单元分别设置在机舱内；主机排气管连接主机和主机SCR装置，柴油发电机组排气管依次连接柴油发电机组、柴油发电机组SCR混合装置及柴油发电机组SCR反应装置；所述压缩空气输送及吹扫系统包括两台空压机、两个储气罐、两组柴油发电机组尿素计量单元和各阀件，两台空压机和两个储气罐均设置在机舱后部，所述控制单元设置在集控室内。
2.如权利要求1所述的全回转拖船SCR脱硝系统，其特征在于：分别连接尿素储存及输送系统的两台尿素泵输入端的不锈钢管道合并成一路后与尿素舱相连，两台尿素泵输出端的不锈钢管道合并成一路后通向尿素日用柜输入C端，尿素日用柜输出G端与尿素泵组单元输入D1端相连，尿素泵组单元的增压泵输出E1端与尿素日用柜输入A端相连；尿素日用柜输出E端、尿素日用柜输出F端及尿素泵组单元输出H端分别通过对应的不锈钢管道回到尿素舱，尿素日用柜输出D端的不锈钢管道分成两路分别与对应的柴油发电机组尿素计量单元输入端相连，柴油发电机组尿素计量单元输出端分别通过喷枪与对应的柴油发电机组SCR混合装置及柴油发电机组SCR反应装置输入端相连，尿素泵组单元输出G1端、尿素泵组单元的增压泵输出F1端通过不锈钢管道分别与对应的主机SCR装置输入端的比例流量阀相连。
3.如权利要求1所述的全回转拖船SCR脱硝系统，其特征在于：所述压缩空气输送及吹扫系统的两台空压机的输出端各自的气路截止阀分别通过输气不锈钢管道并成一路后通过总气路截止阀后再分成两路分别与储气罐输入端相连，两个储气罐输出端的输气不锈钢管道合并成一路后通过减压阀组再分成四路，其中两路分别通过柴油发电机组尿素计量单元后再与对应的柴油发电机组SCR装置一端相连，另一路通过尿素泵组单元后分成两路分别经并立的清洗阀和喷射阀与对应的主机SCR装置一端相连；还有一路为反向吹扫回路。
4.如权利要求3所述的全回转拖船SCR脱硝系统，其特征在于：所述反向吹扫回路分成四支分回路，每一分回路的不锈钢输气管道再分成两路，分别与对应的主机SCR装置另一端并立的两个吹扫阀，以及柴油发电机组SCR反应装置另一端并立的两个吹扫阀相连。
5.如权利要求2所述的全回转拖船SCR脱硝系统，其特征在于：所述尿素泵组单元包括一用一备的两台增压泵，增压泵将尿素日用柜输出的尿素溶液压力提高0.4～0.6Mpa。
6.如权利要求2所述的全回转拖船SCR脱硝系统，其特征在于：在尿素储存及输送系统的尿素舱输出端口外，尿素泵输入端口和输出端口外，尿素日用柜输入C端外、尿素日用柜输出E端外，尿素日用柜输出D端外，尿素日用柜输出G端与尿素泵组单元输入D1端之间，尿素泵组单元输出E1端与尿素日用柜输入A端之间，以及尿素日用柜输出D端之外分别设有截止阀。
7.如权利要求2所述的全回转拖船SCR脱硝系统，其特征在于：在主机SCR装置一端和柴油发电机组SCR反应装置一端分别并接压差传感器。
8.如权利要求3所述的全回转拖船SCR脱硝系统，其特征在于：所述减压阀组包括两组并联的减压阀，所述减压阀将储气罐输出的压缩空气压力从3Mpa降到0.7Mpa。
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