CN114761675A - 水解系统、脱硝设备以及水解系统的控制方法 - Google Patents

水解系统、脱硝设备以及水解系统的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种水解系统、脱硝设备以及水解系统的控制方法。对脱硝催化剂供给需要的氨。水解系统(10)具备控制装置(600)，该控制装置(600)以基于尿素水向水解容器(400)的供给量来改变气流的供给量的方式控制对水解容器供给气流的第一风扇(100)，所述水解容器(400)向气流喷洒尿素水并生成氨。

Description

水解系统、脱硝设备以及水解系统的控制方法
技术领域
本发明涉及一种水解系统、脱硝设备以及水解系统的控制方法。
背景技术
在船舶等中公知有一种用于降低发动机的排气中的氮氧化物(NOX)的脱硝设备。在这样的脱硝设备中，通过将氨与排气一起导入被称为SCR(Selective CatalyticReduction：选择性催化还原)的脱硝催化剂，使发生氮氧化物的还原反应来进行排气的净化。通常情况下，将容易操作的尿素水在水解容器(气化器)中在高温的气流中水解而生成氨并进行供给。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本公开专利公报“特开2017-217982号公报”
发明内容
(一)要解决的技术问题
在水解容器中，如果尿素水的供给量相对于高温气流的流量而言过量，则水解容器内部的温度会降低。这样会导致喷洒的尿素水的水解不充分，不能对脱硝催化剂供给需要的氨。这样，会导致无法适当地利用脱硝催化剂进行排气的净化。
本发明一方式的目的在于，实现一种水解系统，其能够对脱硝催化剂供给需要的氨。
(二)技术方案
为了解决上述问题，本发明一方式的水解系统具备：水解容器，其向气流喷洒尿素水并生成氨；第一风扇，其对所述水解容器供给所述气流；以及控制装置，所述控制装置以基于所述尿素水向所述水解容器的供给量来改变所述气流的供给量的方式控制所述第一风扇。
为了解决上述问题，关于本发明一方式的水解系统的控制方法，所述水解系统具备：水解容器，其向气流喷洒尿素水并生成氨；以及第一风扇，其对所述水解容器供给所述气流，所述水解系统的控制方法以基于所述尿素水向所述水解容器的供给量来改变所述气流的供给量的方式控制所述第一风扇。
(三)有益效果
根据本发明的上述方式，能够实现一种水解系统，其能够对脱硝催化剂供给需要的氨。
附图说明
图1是表示具备本发明实施方式1的水解系统的脱硝设备的概要结构图。
图2是表示本发明实施方式1的水解系统的控制装置的框图。
图3是表示本发明变形例的水解系统的控制装置的框图。
图4是表示具备本发明实施方式2的水解系统的脱硝设备的概要结构图。
具体实施方式
(实施方式1)
以下参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。本申请中各附图所记载的结构的形状及尺寸(长度、宽度、高度等)不一定反映实际的形状及尺寸，为了附图的清楚及简化而适当地进行了变更。
(脱硝设备的概要)
图1是表示具备实施方式1的水解系统10的脱硝设备1的概要结构图。脱硝设备1用脱硝催化剂30对来自柴油发动机等发动机的排气进行脱硝处理并排出。脱硝催化剂30与排气管路21连接，该排气管路21使来自发动机的排气导入。另外，脱硝催化剂30与排出管路24连接，该排出管路24用于将进行了脱硝处理的气体排出。
(水解系统的结构)
实施方式1的水解系统10是用于对脱硝催化剂供给含氨的处理气体的装置。水解系统10具备：第一风扇100、燃烧器单元200、第二风扇300、水解容器400、泵500、以及控制装置600。
第一风扇100将来自排出管路24的抽气通过抽气管路22取入水解系统10，该排出管路24排出脱硝催化剂30进行了脱硝处理的气体。如图1所示，在实施方式1中，抽气管路22从排出管路24分支。
燃烧器单元200是用于对第一风扇100取入的抽气进行加热的装置。在燃烧器单元200中设置有燃烧室201、燃烧器202。在燃烧器202上连接燃料管路11。通过燃料管路11向燃烧器202供给的燃料可以是A重油、B重油、C重油、轻油、由碳化氢气体构成的气体燃料、以及其他的燃料。
另外，第二风扇300取入的空气通过外部气体管路12流入燃烧室201，并利用燃烧器202使燃料燃烧。燃烧室201的形状作为具体的例示呈在轴向上较长的筒状，更优选是圆筒状，在其端部配置有燃烧器202。
关于燃烧器单元200，为了将气流加热至在水解容器400中产生尿素水的水解反应所需的高温，参照对水解容器400供给的气体的流量和温度来适当地控制燃烧。在燃烧室201工作时，通常以使得抽气的比例多于外部气体的方式进行控制。通过燃烧室201进行了加热的抽气被导入水解容器400。
水解容器400是对尿素水进行水解而生成氨的装置。在水解容器400中设置有喷嘴401。尿素水通过供给管路13控制流量并利用泵500向喷嘴401供给。喷嘴401对导入水解容器400的高温气流喷洒尿素水。这样使喷洒的尿素水在高温下水解而生成氨，并通过处理气体管路23与排气混合。
水解容器400的形状作为具体的例示呈在轴向上较长的筒状、径向剖面为大致正方形的方筒状。但是，不限于方筒状，也可以是圆筒状。也可以在水解容器400中设置有用于进一步促进水解反应的水解催化剂。水解容器400通过处理气体管路23向脱硝催化剂30供给混合有氨的高温处理气体。
处理气体管路23在脱硝催化剂30之前与排气管路21合流。因此，来自水解容器400的处理气体在导入脱硝催化剂30之前与排气混合。含氨的处理气体与排气混合并通过脱硝催化剂30，从而进行排气的脱硝处理。这样净化的排气通过排出管路24从脱硝催化剂30排出。
控制装置600是用于执行实施方式1的水解系统10的特征性的工作的中枢装置。图2是表示实施方式1的水解系统10所具备的控制装置600的框图。控制装置600具备：尿素水供给量检测部610、气体流量运算部620、风扇控制部630。下面将对这些各功能块执行的工作进行说明。
(水解系统的工作)
接着，参照图1和图2对水解系统10的工作进行说明。
从发动机通过排气管路21流入脱硝催化剂30的排气中的氮氧化物的量利用排气的流量与排气中的氮氧化物浓度的积表示，而上述两者都会根据发动机的运转状态而变动。基于需要在脱硝催化剂30中进行处理的氮氧化物的量，需要从水解容器400供给的氨的量会发生变动。因此，对于利用泵500向水解容器400供给的尿素水的流量进行控制。
因此，向水解容器400供给的尿素水的流量会根据发动机的运转状态而变动。这种因发动机的运转状态而引起的、基于排气中的氮氧化物的量对尿素水供给量进行的控制，可以通过公知技术来进行。例如，可以利用对发动机的运转进行控制的发动机控制模块，来推定氮氧化物的量并执行对尿素水供给量的控制。或者，可以在排出管路24设置氮氧化物浓度传感器(NOX传感器)，并基于该传感器示出的氮氧化物浓度，来执行尿素水供给量的反馈控制。
这样的与尿素水供给量对应的信号即尿素水流量信号被输入控制装置600的尿素水供给量检测部610。尿素水流量信号可以是用于控制泵500的信号，或者，也可以是泵500自身输出的信号。尿素水供给量检测部610基于尿素水流量信号来计算尿素水供给量。
接着，气体流量运算部620基于尿素水供给量检测部610计算的尿素水供给量来计算第一风扇100对水解容器400供给的气流的流量。
在水解容器400中，如果相对于尿素水供给量而言所供给的高温气流的流量降低，则气流的温度会降低。这样会导致不能充分地进行水解容器400中的尿素水的分解。因此，气体流量运算部620以尿素水供给量越多则需要供给的气流的流量越大的方式进行计算。就典型情况而言，气体流量运算部620以供给的气流的流量与尿素水供给量成比例的方式进行计算。
而且，风扇控制部630基于气体流量运算部620计算的进行供给的气流的流量来控制第一风扇100的工作，并使第一风扇100供给的气流的供给量变化。通过风扇控制部630的控制，第一风扇100使计算的流量的气流经由燃烧器单元200送入水解容器400。
(作用、效果)
实施方式1的水解系统10基于尿素水向水解容器400的供给量来控制向水解容器400供给的抽气的量。因此抑制了如下问题，即：在水解容器400中，相对于气体的供给而言尿素水的供给(喷洒)过量，从而使气流的温度降低，导致氨的供给不充分。
如果氨向脱硝设备1的脱硝催化剂30的供给不充分，则会导致排气的脱硝处理不充分，通过脱硝催化剂30排出的排出气体中的氮氧化物浓度会上升，无法维持规定程度以下的浓度。但是采用水解系统10能够抑制这种问题。
另外，在水解容器400中，如果相对于气体的供给而言尿素水的供给(喷洒)大幅地过量，则会在水解容器400内部的壁面、水解催化剂表面析出尿素并固化附着。这样会导致水解容器400堵塞的故障。但是采用水解系统10能够抑制这种故障。
(变形例)
以下对本发明的另一实施方式进行说明。此外，为了便于说明，针对具有与在上述实施方式中说明的部件相同的功能的部件标记相同的附图标记，不重复说明。
本变形例是实施方式1的变形例，控制装置600的结构与实施方式1有所不同，但是水解系统10的其他结构相同。图3是表示变形例中的控制装置600的框图。在变形例中，控制装置600除了尿素水供给量检测部610、气体流量运算部620、风扇控制部630之外，还具备外部气体流量检测部640。
外部气体流量检测部640监视来自第二风扇300的外部气体流量信号，并计算第二风扇300对燃烧器单元200供给的外部气体流量。在变形例中，气体流量运算部620基于尿素水供给量检测部610计算的尿素水供给量，来计算第一风扇100对水解容器400供给的气流的流量。
此时，气体流量运算部620以如下方式进行计算，即：尿素水供给量越多，则第一风扇100对水解容器400供给的气流的流量、与第二风扇300取入的空气的流量的合计就越大。就典型情况而言，气体流量运算部620以该合计的流量与尿素水供给量成比例的方式，来计算第一风扇100对水解容器400供给的气流的流量。
而且，风扇控制部630基于气体流量运算部620计算的进行供给的气流的流量，来控制第一风扇100的工作并使第一风扇100供给的气流的供给量变化。通过风扇控制部630的控制，第一风扇100使计算的流量的气流经由燃烧器单元200送入水解容器400。
如上所述，在水解系统10中，通常而言，为了供给燃烧器单元200的燃烧所取入的空气的流量比第一风扇100取入的抽气的量小。因此，只要如实施方式1那样，以第一风扇100取入的抽气的量与尿素水供给量成比例的方式进行控制即可。但是，优选如变形例这样，也考虑到向水解容器400供给的气体的量的一部分、即第二风扇300取入的空气的量，从而更精密地进行控制。
(实施方式2)
实施方式2的水解系统10与实施方式1或者其变形例相同。在实施方式2中，水解系统10的第一风扇100取入的抽气的位置与图1所示的实施方式1不同。在实施方式2中，控制装置600的结构及工作与图2或图3所示的控制装置相同。
图4是表示实施方式2的脱硝设备2的概要结构图。如图示那样，在实施方式2中，抽气管路22从排气管路21分支。在排气管路21上，抽气管路22的分支位置比来自水解容器400的处理气体管路23的合流位置更靠上游侧。因此，在实施方式2中，对脱硝催化剂30进行脱硝处理之前的排气进行抽气。在实施方式2中，也能够获得与实施方式1或者其变形例相同的作用、效果。
(基于软件的实现例)
控制装置600的各控制模块(尤其是尿素水供给量检测部610、气体流量运算部620、风扇控制部630、外部气体流量检测部640)可以通过在集成电路(IC芯片)等中形成的逻辑电路(硬件)来实现，也可以通过软件来实现。
在后者的情况下，控制装置600具备计算机，该计算机执行实现各功能的软件即程序的命令。该计算机例如具备一个以上的处理器，并且具备存储上述程序且计算机可读取的存储介质。
而且，在上述计算机中，上述处理器从上述存储介质读取上述程序并执行，从而实现本发明的目的。作为上述处理器，例如可以使用CPU(Central Processing Unit；中央处理单元)。作为上述存储介质，可以使用“非暂时性的有形的介质”，例如除了ROM(Read OnlyMemory；只读存储器)等之外，还可以使用磁带、光盘、卡、半导体存储器、可编程的逻辑电路等。
另外，也可以具备展开上述程序的RAM(Random Access Memory；随机访问存储器)等。另外，上述程序也可以经由能够传输该程序的任意的传输介质(通信网络、无线电波等)向上述计算机提供。此外，本发明的一个方式也可以采用通过对上述程序进行电子传输而具体化的、嵌入载波的数据信号的方式来实现。
(总结)
关于本发明的方式1的水解系统，具备：水解容器，其向气流喷洒尿素水并生成氨；第一风扇，其对所述水解容器供给所述气流；以及控制装置，所述控制装置以基于所述尿素水向所述水解容器的供给量来改变所述气流的供给量的方式控制所述第一风扇。
关于本发明的方式2的水解系统，可以是，根据上述方式1，在所述第一风扇与所述水解容器之间还具备对所述气流进行加热的燃烧器单元。
关于本发明的方式3的水解系统，可以是，根据上述方式2，还具备第二风扇，其取入用于在所述燃烧器单元中使燃料燃烧的空气。
关于本发明的方式4的水解系统，可以是，根据上述方式1至3的任一，所述控制装置以与所述尿素水的供给量成比例的方式改变所述气流的供给量。
关于本发明的方式5的水解系统，可以是，根据上述方式3，所述控制装置以所述气流的供给量与所述空气的取入量的合计与所述尿素水的供给量成比例的方式改变所述气流的供给量。
关于本发明的方式6的脱硝设备，其具备：上述方式1至5任一的水解系统；以及进行来自发动机的排气的脱硝处理的脱硝催化剂，所述第一风扇对所述脱硝设备排出的气体进行抽气，来自所述水解容器的处理气体与所述排气混合并向所述脱硝催化剂导入。
关于本发明的方式7的脱硝设备，其具备：上述方式1至5任一的水解系统；以及进行来自发动机的排气的脱硝处理的脱硝催化剂，所述第一风扇对来自所述发动机的所述排气进行抽气，来自所述水解容器的处理气体与所述排气混合并向所述脱硝催化剂导入。
关于本发明的方式8的水解系统的控制方法，所述水解系统具备：水解容器，其向气流喷洒尿素水并生成氨；以及第一风扇，其对所述水解容器供给所述气流，所述控制方法以基于所述尿素水向所述水解容器的供给量来改变所述气流的供给量的方式控制所述第一风扇。
(附录事项)
本发明不限于上述的实施方式、变形例，可以在权利要求所示的范围内进行各种变更，通过适当组合公开的技术方案而获得的实施方式也包含于本发明的技术范围内。例如，图2或图3所示的控制装置600都能够适用于实施方式2的水解系统10。
在上述各实施方式中，示出了第一风扇100从排出管路24对进行了脱硝处理的排出气体进行抽气的例子、或者从排气管路21对发动机的排气进行抽气的例子。但是，第一风扇100取入的气体不限于这些例子，也可以取入空气(外部气体)。
尿素水供给量检测部610获取的尿素水流量信号也可以是来自设置于供给管路13的流量传感器的信号。外部气体流量检测部640获取的外部气体流量信号也可以是来自设置于外部气体管路12的流量传感器的信号。
为了使第一风扇100对水解容器400供给的气体流量变化，风扇控制部630在对第一风扇100进行控制时，可以基于第一风扇100的固有特性来控制第一风扇100的工作(前馈控制)。但是，也可以在抽气管路22设置流量传感器，并基于其信号来进行反馈控制。
附图标记说明
1、2-脱硝设备；10-水解系统；100-第一风扇；200-燃烧器单元；201-燃烧室；202-燃烧器；300-第二风扇；400-水解容器；401-喷嘴；500-泵；600-控制装置；610-尿素水供给量检测部；620-气体流量运算部；630-风扇控制部；640-外部气体流量检测部；30-脱硝催化剂；11-燃料管路；12-外部气体管路；13-供给管路；21-排气管路；22-抽气管路；23-处理气体管路；24-排出管路。

Claims (8)

1.一种水解系统，其特征在于，具备：
水解容器，其向气流喷洒尿素水并生成氨；
第一风扇，其对所述水解容器供给所述气流；以及
控制装置，
所述控制装置以基于所述尿素水向所述水解容器的供给量来改变所述气流的供给量的方式控制所述第一风扇。
2.根据权利要求1所述的水解系统，其特征在于，
在所述第一风扇与所述水解容器之间还具备对所述气流进行加热的燃烧器单元。
3.根据权利要求2所述的水解系统，其特征在于，
还具备第二风扇，其取入用于在所述燃烧器单元中使燃料燃烧的空气。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的水解系统，其特征在于，
所述控制装置以与所述尿素水的供给量成比例的方式改变所述气流的供给量。
5.根据权利要求3所述的水解系统，其特征在于，
所述控制装置以所述气流的供给量与所述空气的取入量的合计与所述尿素水的供给量成比例的方式改变所述气流的供给量。
6.一种脱硝设备，其特征在于，具备：
权利要求1至5中任一项所述的水解系统；以及
进行来自发动机的排气的脱硝处理的脱硝催化剂，
所述第一风扇对所述脱硝设备排出的气体进行抽气，
来自所述水解容器的处理气体与所述排气混合并向所述脱硝催化剂导入。
7.一种脱硝设备，其特征在于，具备：
权利要求1至5中任一项所述的水解系统；以及
进行来自发动机的排气的脱硝处理的脱硝催化剂，
所述第一风扇对来自所述发动机的所述排气进行抽气，
来自所述水解容器的处理气体与所述排气混合并向所述脱硝催化剂导入。
8.一种水解系统的控制方法，其特征在于，
所述水解系统具备：
水解容器，其向气流喷洒尿素水并生成氨；以及
第一风扇，其对所述水解容器供给所述气流，
所述水解系统的控制方法以基于所述尿素水向所述水解容器的供给量来改变所述气流的供给量的方式控制所述第一风扇。
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