CN115217589A - 一种船用氨发动机scr系统温度补偿系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种船用氨发动机SCR系统温度补偿系统及方法，解决了现有技术中存在船用发动机脱销效率低的问题，具有通过温度补偿以提高脱销效率的有益效果，具体方案如下：一种船用氨发动机SCR系统温度补偿系统，包括船用氨发动机，船用氨发动机与氨裂解装置连接，氨裂解装置与氢燃烧室连接，氨储罐与氨裂解装置、船用氨发动机分别连接，船用氨发动机、氢燃烧室分别与热混合管路连接以将船用氨发动机、氢燃烧室排气在热混合管路内混合，热混合管路与SCR反应器连接，利用氢燃烧室中氢气燃烧补偿SCR反应器入口混合气温度。
Description
技术领域
本发明涉及船用发动机技术领域，尤其是一种船用氨发动机SCR系统温度补偿系统及方法。
背景技术
本部分的陈述仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
排放法规限制日益严格，SCR系统已经成为船用主机脱除氮氧化物的重要技术措施，同时为实现船舶碳减排目标，以氨气作为燃料的船用发动机也将成为重要的船用动力。
船用氨发动机联合SCR系统形成一套新型的船舶动力系统，发明人发现，当氨作为主燃料的新型船用发动机排气出口温度低于SCR反应窗口温度的风险增加，这将导致SCR脱硝率降低，排放污染物较多。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种船用氨发动机SCR系统温度补偿系统，提高过低的SCR系统入口混合气温度，提高SCR反应效率。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
一种船用氨发动机SCR系统温度补偿系统，包括船用氨发动机，船用氨发动机与氨裂解装置连接，氨裂解装置与氢燃烧室连接，氨储罐与氨裂解装置、船用氨发动机分别连接，船用氨发动机、氢燃烧室分别与热混合管路连接以将船用氨发动机、氢燃烧室排气在热混合管路内混合，热混合管路与SCR反应器连接，利用氢燃烧室中氢气燃烧补偿SCR反应器入口混合气温度。
如上所述的系统，利用氨裂解装置制取氢气，制取的部分氢气进入氢燃烧室，通过燃烧的方式产生燃气，与船用氨发动机产生的排气在热混合管路中混合，来对SCR反应器进行排气温度补偿，温度补偿的目的是保证船用氨发动机废气在进入SCR反应器时有适宜的温度，以保证SCR反应器的脱硝效率。
如上所述的一种船用氨发动机SCR系统温度补偿系统，还包括还原剂混合器，还原剂混合器与所述热混合管路和SCR反应器分别连接，还原剂混合器内还原剂与热混合管路内的混合气混合，并流向SCR反应器，还原剂混合器的设置有利于还原剂与混合气充分接触，利于在SCR反应器中的脱销反应。
如上所述的一种船用氨发动机SCR系统温度补偿系统，所述氨储罐与所述还原剂混合器连接以提供还原剂氨气。
如上所述的一种船用氨发动机SCR系统温度补偿系统，所述氨储罐通过控制开关与所述的船用氨发动机、氨裂解装置分别连接，这样可控制进入氨裂解装置和船用氨发动机内的氨气量。
如上所述的一种船用氨发动机SCR系统温度补偿系统，所述氢燃烧室位于船用氨发动机的外侧。
如上所述的一种船用氨发动机SCR系统温度补偿系统，在一些方案中所述船用氨发动机通过增压器与所述热混合管路连接，即对船用氨发动机排气进行增压即可。
如上所述的一种船用氨发动机SCR系统温度补偿系统，在另一方案中，所述热混合管路通过增压器与所述还原剂混合器连接，混合气混合后经过增压器增压后再进入还原剂混合器。
如上所述的一种船用氨发动机SCR系统温度补偿系统，所述氢燃烧室具有火花塞或等离子点火器。
第二方面，本发明还提供了一种船用氨发动机SCR系统温度补偿方法，采用所述的一种船用氨发动机SCR系统温度补偿系统。
如上所述的一种船用氨发动机SCR系统温度补偿方法，包括如下内容：
氨储罐分别向氨裂解装置和船用氨发动机提供氨气；
氨裂解装置利用氨气制取氢气，并向船用氨发动机和氢燃烧室供给氢气；
船用氨发动机和氢燃烧室分别工作，船用氨发动机产生排气，氢燃烧室产生燃气；
船用氨发动机的排气和氢燃烧室产生的燃气流向热混合管路，在热混合管路中混合，形成300℃～450℃的混合气，并流向SCR反应器；
SCR反应器对混合气进行脱销处理；
其中，SCR反应器出口管路设置温度计，温度计与控制器连接，由温度计检测SCR反应器出口温度，当SCR反应器出口温度低于300℃时，控制器控制氨裂解装置与氢燃烧室之间管路的开关打开；
船用氨发动机进气管路设置压力传感器和/或空气流量计，当压力传感器或空气流量计检测到对应的数值大于设定值时，控制器控制控制氨裂解装置与氢燃烧室之间管路的开关开度增大。
上述本发明的有益效果如下：
1)本发明通过氢燃烧室的设置，利用氨裂解装置制取的氢气在氢燃烧室内进行燃烧放热，从而为SCR反应器入口混合气进行温度补偿，从而提高过低的SCR反应器入口混合气温度，提高SCR反应效率，保证了船用氨发动机SCR系统脱除废气氮氧化物的可靠性和高效性。
2)本发明通过氢燃烧室的设置，其独立存在，不会影响船用氨发动机的性能，不产生二次污染，且通过控制器针对不同船用氨发动机负荷可以灵活控制进入氢燃烧室的氢气流量，运行可靠。
3)本发明通过整体系统的设置，不额外增加燃料供给装置，无额外燃料输入，适用于但不限于低压SCR或高压SCR等SCR布置方案。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明根据一个或多个实施方式的一种船用氨发动机SCR系统温度补偿系统工作流程图。
图2是本发明根据一个或多个实施方式的一种船用氨发动机SCR系统温度补偿系统应用于一种低压SCR布置方案中的工作流程图。
图3是本发明根据一个或多个实施方式的一种船用氨发动机SCR系统温度补偿系统应用于另一种低压SCR布置方案中的工作流程图。
图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，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，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在船用发动机脱销效率低的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种船用氨发动机SCR系统温度补偿系统。
实施例一
本发明的一种典型的实施方式中，参考图1所示，一种船用氨发动机SCR系统温度补偿系统，包括船用氨发动机，船用氨发动机与氨裂解装置连接，氨裂解装置与氢燃烧室连接，氨储罐与氨裂解装置、船用氨发动机分别连接，船用氨发动机、氢燃烧室分别与热混合管路连接以将船用氨发动机、氢燃烧室排气在热混合管路内混合，热混合管路与SCR反应器连接，利用氢燃烧室中氢气燃烧补偿SCR反应器入口混合气温度。
需要解释地是，船用氨发动机产生的排气为废气，氢燃烧室中氢气燃烧产生的气体为高温燃气，这样通过氨裂解装置产生的部分氢气送入氢燃烧室，通过燃烧的方式为船用氨发动机尾气提供额外热能，从而提高尾气温度。
其中，系统还包括还原剂混合器，还原剂混合器与热混合管路和SCR反应器分别连接，还原剂混合器内还原剂与热混合管路内的混合气混合，并流向SCR反应器，还原剂混合器的设置有利于还原剂与混合气充分接触，利于在SCR反应器中的脱销反应。
本实施例中，氨储罐内存储有液氨，氨储罐与泄压阀连接以向外提供氨气，氨储罐与还原剂混合器连接以向还原剂混合器提供还原剂氨气。
其中，氨储罐通过控制开关与船用氨发动机、氨裂解装置和还原剂混合器分别连接，这样可控制进入氨裂解装置、船用氨发动机和还原剂混合器内的氨气量。
控制开关具体为现有的控制阀组，这样氨储罐通过控制阀组分3条支路向下游供给氨气。
其中，可以理解地是，船用氨发动机为现有技术，氢燃烧室位于船用氨发动机的外侧，这样氢燃烧室独立存在，不影响船用氨发动机的性能，不产生二次污染；考虑到管路设置，氨储罐位于氨裂解装置的侧部，氨裂解装置布置于氢燃烧室与船用氨发动机的两侧，而且氢燃烧室外覆保温层，与设有增压器的方案中同增压器入口有设定的距离，这样保证周围环境向氢燃烧室提供新鲜空气。
需要说明地是，氨裂解装置为现有技术，具有制氢能力，并向船用氨发动机和氢燃烧室分别供给助燃燃料氢气，氨裂解装置与船用氨发动机、氢燃烧室的连接管路分别设置开关和流量计，开关(具体可为电动闸阀)、控制阀组和流量计分别与控制器连接，控制器可为船用氨发动机的控制中心(现有的船身发动机控制器)，此外，船用氨发动机、氢燃烧室、还原剂混合器均与该控制器连接，由此，通过流量计可监测进入氢燃烧室内氢气的流量，控制器针对不同发动机负荷控制进入氢燃烧室内氢气的流量，如若船用氨发动机负荷大(根据发动机进气管设置的压力传感器或节气门处空气流量计信号来获取船用氨发动机的负荷大小)，相应排放的尾气较多，则增加进入氢燃烧室内氢气的流量。
具体地，压力传感器或空气流量计可设置多个设定值，各对应的设定值逐步增大，随着检测数值的逐步增大，控制器控制氨裂解装置与氢燃烧室之间管路的开关开度逐步增大，以控制进入氢燃烧室氢气的流量。
另外，还原剂混合器为现有装置。
热混合管路具体为现有的混合器或混合管路，具有两个入口以实现两种排气进入，并设置一个出口同还原剂混合器连接。
容易理解地是，SCR反应器、还原剂混合器和热混合管路的入口管路均设置开关(具体可为电磁阀)，各开关均与控制器连接；而且热混合管路、还原剂混合器和SCR反应器按照空间进行合适的顺序布置；涡轮增压器布置于热混合管路的前侧或后侧。
可以理解地是，氢燃烧室具有使氢气燃烧放热的功能，包含但不限于火花塞、等离子点火器等使氢气与空气混合气发生着火的器件。
另外，SCR反应器为选择性催化还原装置，该装置能够有效脱除废气中的氮氧化物。
在一些示例中，参考图1所示，船用氨发动机排气不经过增压器如涡轮增压器流向热混合管路。
在一种低压SCR布置方案中，参考图2所示，船用氨发动机通过涡轮增压器与热混合管路连接，即对船用氨发动机排气进行增压即可。
在另一种低压SCR布置方案中，参考图3所示，热混合管路通过增压器与还原剂混合器连接，混合气混合后经过增压器增压后再进入还原剂混合器。
如上所述的系统，利用氨裂解装置制取氢气，制取的部分氢气进入氢燃烧室，通过燃烧的方式产生高温燃气，并与船用氨发动机排气在热混合管路中混合后，然后与氨储罐供给的还原剂氨气在还原剂混合管中混合，形成温度在300～450℃之间的混气，温度补偿的目的是保证船用氨发动机废气在进入SCR反应器时有适宜的温度，以保证SCR反应器有效脱除废气中的氮氧化物。
参考图2所示，一种低压SCR布置方案中，将热混合管路布置在增压器上游，当SCR反应器出口温度低于300℃时，氨裂解装置向燃烧室供给氢气，氢气在燃烧时充分燃烧放热，产生的燃气与船用氨发动机排气在热混合管路中混合以提高SCR反应器入口工质温度，保证SCR反应器脱硝效率。
参考图3所示，另一种低压SCR布置方案中，将热混合管路布置在增压器下游，当SCR反应器出口温度低于300℃时，氨裂解装置向氢燃烧室供给氢气，氢气在燃烧内充分燃烧放热，燃烧产生的燃气与船用氨发动机排气在热混合管路中混合以提高SCR反应器入口工质温度，保证SCR反应器脱硝效率。
相应地，SCR反应器出口管路设置温度计，温度计与控制器连接，由温度计检测SCR反应器出口温度，当SCR反应器出口温度低于300℃时，控制器控制氨裂解装置与氢燃烧室之间管路的开关打开。
实施例二
本实施例提供了一种船用氨发动机SCR系统温度补偿方法，采用实施例一所述的一种船用氨发动机SCR系统温度补偿系统。
一种船用氨发动机SCR系统温度补偿方法，包括如下内容：
氨储罐分别向氨裂解装置和船用氨发动机提供氨气；
氨裂解装置生成的氢气在作为助燃燃料被喷入船用氨发动机的同时，也作为单一燃料供给氢燃烧室，并在氢燃烧室中燃烧放热形成高温燃气；
船用氨发动机工作产生排气；
船用氨发动机的排气和氢燃烧室产生的燃气流向热混合管路，两种排气混合，形成300℃～450℃的混合气，并流向SCR反应器；
SCR反应器对混合气进行脱销处理。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种船用氨发动机SCR系统温度补偿系统，其特征在于，包括船用氨发动机，船用氨发动机与氨裂解装置连接，氨裂解装置与氢燃烧室连接，氨储罐与氨裂解装置、船用氨发动机分别连接，船用氨发动机、氢燃烧室分别与热混合管路连接以将船用氨发动机、氢燃烧室排气在热混合管路内混合，热混合管路与SCR反应器连接，利用氢燃烧室中氢气燃烧补偿SCR反应器入口混合气温度。
2.根据权利要求1所述的一种船用氨发动机SCR系统温度补偿系统，其特征在于，还包括还原剂混合器，还原剂混合器与所述热混合管路和SCR反应器分别连接，还原剂混合器内还原剂与热混合管路内的排气混合，并流向SCR反应器。
3.根据权利要求2所述的一种船用氨发动机SCR系统温度补偿系统，其特征在于，所述氨储罐与所述还原剂混合器连接以提供还原剂氨气。
4.根据权利要求1所述的一种船用氨发动机SCR系统温度补偿系统，其特征在于，所述氨储罐通过控制开关与所述的船用氨发动机、氨裂解装置分别连接。
5.根据权利要求1所述的一种船用氨发动机SCR系统温度补偿系统，其特征在于，所述氢燃烧室位于船用氨发动机的外侧。
6.根据权利要求1所述的一种船用氨发动机SCR系统温度补偿系统，其特征在于，所述船用氨发动机通过增压器与所述热混合管路连接。
7.根据权利要求2所述的一种船用氨发动机SCR系统温度补偿系统，其特征在于，所述热混合管路通过增压器与所述还原剂混合器连接。
8.根据权利要求1所述的一种船用氨发动机SCR系统温度补偿系统，其特征在于，所述氢燃烧室具有火花塞或等离子点火器。
9.一种船用氨发动机SCR系统温度补偿方法，其特征在于，采用权利要求1-8中任一项所述的一种船用氨发动机SCR系统温度补偿系统。
10.根据权利要求9所述的一种船用氨发动机SCR系统温度补偿方法，其特征在于，包括如下内容：
氨储罐分别向氨裂解装置和船用氨发动机提供氨气；
氨裂解装置利用氨气制取氢气，并向船用氨发动机和氢燃烧室供给氢气；
船用氨发动机和氢燃烧室分别工作，船用氨发动机产生排气，氢燃烧室产生燃气；
船用氨发动机的排气和氢燃烧室产生的燃气流向热混合管路，在热混合管路中混合，形成300℃～450℃的混合气，并流向SCR反应器；
SCR反应器对混合气进行脱销处理；
其中，SCR反应器出口管路设置温度计，温度计与控制器连接，由温度计检测SCR反应器出口温度，当SCR反应器出口温度低于300℃时，控制器控制氨裂解装置与氢燃烧室之间管路的开关打开；
船用氨发动机进气管路设置压力传感器和/或空气流量计，当压力传感器或空气流量计检测到对应的数值大于设定值时，控制器控制控制氨裂解装置与氢燃烧室之间管路的开关开度增大。
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