CN115779680A - 一种单片机控制的船舶尾气脱硝系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单片机控制的船舶尾气脱硝系统，包括：氨空气混合器、脱硝反应器、SCR催化剂、喷氨装置、尿素溶液储罐、温度传感器、差压传感器、NOx传感器和嵌入式控制系统；尿素溶液储罐通过喷氨装置与氨空气混合器相连，氨空气混合器的烟气出口与脱硝反应器的烟气进口相连接；脱硝反应器内置SCR催化剂。本发明的有益效果是：本发明通过嵌入式控制系统和传感器可对船舶尾气的温度、压力、NOx排放浓度进行实时检测，调整脱硝系统运行，有效控制NOx排放，具有较好的经济性与可行性。

Description

一种单片机控制的船舶尾气脱硝系统

技术领域

本发明涉及船舶尾气处理技术领域，更确切地说，它涉及一种单片机控制的船舶尾气脱硝系统。

背景技术

船舶尾气排放是港口城市和内陆河地区空气污染的主要来源之一，随着航运业的发展，船舶尾气排放严重影响空气质量，对环境和人体健康带来极大负面影响，因此控制船舶尾气污染物排放迫在眉睫。

目前，常用的脱硝系统大多采用DCS或PLC控制，针对船舶尾气的脱硝系统较少。传统的脱硝系统对主体的控制系统有较高要求或需要新增一套控制系统，不适合应用在空间有限的船舶上。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供了一种单片机控制的船舶尾气脱硝系统。

第一方面，提供了一种单片机控制的船舶尾气脱硝系统，包括：氨空气混合器、脱硝反应器、SCR催化剂、喷氨装置、尿素溶液储罐、温度传感器、差压传感器、NOx传感器和嵌入式控制系统；

其中，所述尿素溶液储罐通过所述喷氨装置与所述氨空气混合器相连，所述氨空气混合器的烟气出口与所述脱硝反应器的烟气进口相连接；所述脱硝反应2内置所述SCR催化剂。

作为优选，所述氨空气混合器长度为直径的3-10倍，所述氨空气混合器内置扰流板13，所述氨空气混合器前端设温度传感器。

作为优选，所述SCR催化剂前设有多孔板；所述脱硝反应器出口设置NOx传感器，所述脱硝反应器前后设有差压传感器。

作为优选，所述喷氨装置包括尿素溶液泵、吹扫气泵和尿素溶液喷嘴；尿素溶液储罐、尿素溶液泵、吹扫气泵之间依次相连，尿素溶液泵和吹扫气泵之间的尿素溶液管道与所述尿素溶液喷嘴相连，所述尿素溶液喷嘴与所述氨空气混合器相连。

作为优选，所述尿素溶液喷嘴安装位置在氨空气混合器前端100～500mm处，且伸入氨空气混合器内。

作为优选，所述嵌入式控制系统与所述温度传感器、差压传感器、NOx传感器以及双路电机相连，所述双路电机分别连接所述尿素溶液泵和所述吹扫气泵。

第二方面，提供了一种单片机控制的船舶尾气脱硝方法，由第一方面所述的单片机控制的船舶尾气脱硝系统执行，包括：

步骤1、嵌入式控制系统实时采集温度传感器的烟气温度信号T、差压传感器压力的反应器烟气差压信号P、NOx传感器的烟气NOx排放浓度信号N；

步骤2、当反应器烟气差压信号P大于第一烟气差压阈值时，脱硝系统进入准备状态；

步骤3、当烟气温度信号T大于第一温度阈值时，嵌入式控制系统通过双路电机驱动控制尿素溶液泵启动，尿素溶液通过喷氨装置喷入氨空气混合器中，与烟气混合并受热分解，混合后的含氨烟气进入脱硝反应器中，经过SCR催化剂时烟气中的氮氧化物与氨反应，实现烟气脱硝；

步骤4、当烟气温度信号T小于第二温度阈值时，关闭尿素溶液泵，启动吹扫气泵，排空喷氨装置内残留的尿素溶液；所述第二温度阈值小于所述第一温度阈值；

步骤5、当烟气温度信号T小于第三温度阈值时，关闭吹扫气泵，系统停运；所述第三温度阈值小于所述第二温度阈值。

作为优选，步骤3中，尿素溶液泵流量根据烟气NOx排放浓度信号N进行调节，当烟气NOx排放浓度信号N大于第一NOx排放浓度阈值时，尿素溶液泵的流量增加，当烟气NOx排放浓度信号N小于第二NOx排放浓度阈值时，尿素溶液泵流量减少；所述第二NOx排放浓度阈值小于所述第一NOx排放浓度阈值。

作为优选，步骤3中，所述嵌入式控制系统通过调节电压、电流、频率或PWM信号以调节尿素溶液泵流量。

本发明的有益效果是：

1.本发明通过嵌入式控制系统和传感器可对船舶尾气的温度、压力、NOx排放浓度进行实时检测，调整脱硝系统运行，有效控制NOx排放，具有较好的经济性与可行性。

2.本发明的氨空气混合器内置有扰流板，能够使尿素溶液雾滴与烟气充分混合并分解。

3.本发明的SCR催化剂前设有多孔板，使脱硝反应器内流场均匀。

4.本发明设置的吹扫气泵能够在尿素溶液泵关闭时排空喷氨装置内残留的尿素溶液，进而能够提高装置的使用寿命。

5.本发明使用嵌入式控制系统进行脱硝控制，操作便捷、系统组成简单、具有较好的经济性，适用于船舶尾气等移动源的烟气脱硝。

附图说明

图1为本发明提供的一种单片机控制的船舶尾气脱硝系统及实现方法示意图；

图2为本发明提供的氨空气混合器与脱硝反应器示意图；

附图标记说明：1-氨空气混合器、11-温度传感器开孔、12-尿素溶液喷嘴开孔、13-扰流板、2-脱硝反应器、21-差压传感器开孔、22-多孔板、23-NOx传感器开孔、3-SCR催化剂、4-喷氨装置、41-尿素溶液泵、42-吹扫气泵、43-尿素溶液喷嘴、5-尿素溶液储罐、6-温度传感器、7-差压传感器、8-NOx传感器、9-嵌入式控制系统。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

实施例1：

一种单片机控制的船舶尾气脱硝系统，如图1所示，包括：氨空气混合器1、脱硝反应器2、SCR催化剂3、喷氨装置4、尿素溶液储罐5、温度传感器6、差压传感器7、NOx传感器8和嵌入式控制系统9；

其中，尿素溶液储罐5通过喷氨装置4与氨空气混合器1相连，氨空气混合器1的烟气出口与脱硝反应器2的烟气进口相连接；脱硝反应器2内置SCR催化剂3。

如图2所示，氨空气混合器1长度为直径的3-10倍，氨空气混合器1内置扰流板13，氨空气混合器1前端设温度传感器6。扰流板13能够使尿素溶液雾滴与烟气充分混合并分解，扰流板一般顺着烟气方向布置分布于左右两侧。此外，氨空气混合器1内烟气流速为2～5m/s。

SCR催化剂3前设有多孔板22，催化剂可采用蜂窝催化剂；脱硝反应器2出口设置NOx传感器8，脱硝反应器2前后设有差压传感器7。多孔板22能够使脱硝反应器2内流场均匀。此外，脱硝反应器2内烟气流速为1～3m/s。

喷氨装置4包括尿素溶液泵41、吹扫气泵42和尿素溶液喷嘴43；尿素溶液储罐5、尿素溶液泵41、吹扫气泵42之间依次相连，尿素溶液泵41和吹扫气泵42之间的尿素溶液管道与尿素溶液喷嘴43相连，尿素溶液喷嘴43与氨空气混合器1相连。吹扫气泵42用于停机时排空喷氨装置4内残留的尿素溶液。

尿素溶液喷嘴43安装位置在氨空气混合器1前端100～500mm处，且碰撞需伸入氨空气混合器1内。

嵌入式控制系统9包括单片机MCU芯片和AD采样隔离模块，嵌入式控制系统9与温度传感器6、差压传感器7、NOx传感器8以及双路电机相连，双路电机分别连接尿素溶液泵41和所述吹扫气泵42。嵌入式控制系统9具备数据存储、信号采集、电机驱动等功能。需要说明的是，单片机MCU芯片、AD采样隔离模块的相关功能以及电路连接方式为现有技术，本申请在此不做赘述。此外，嵌入式控制系统9还可增加显示屏，并可以具有报警等功能。

实施例2：

一种单片机控制的船舶尾气脱硝方法，包括：

步骤1、嵌入式控制系统9实时采集温度传感器6的烟气温度信号T、差压传感器压力7的反应器烟气差压信号P、NOx传感器8的烟气NOx排放浓度信号N；

步骤2、当反应器烟气差压信号P大于第一烟气差压阈值(如100Pa)时，脱硝系统进入准备状态；

步骤3、当烟气温度信号T大于第一温度阈值(如200℃)时，嵌入式控制系统9通过双路电机驱动控制尿素溶液泵41启动，尿素溶液通过喷氨装置4喷入氨空气混合器1中，与烟气混合并受热分解，混合后的含氨烟气进入脱硝反应器2中，经过SCR催化剂3时烟气中的氮氧化物与氨反应，实现烟气脱硝；

步骤4、当烟气温度信号T小于第二温度阈值(如150℃)时，关闭尿素溶液泵41，启动吹扫气泵42，排空喷氨装置4内残留的尿素溶液；第二温度阈值小于第一温度阈值；

步骤5、当烟气温度信号T小于第三温度阈值(如50℃)时，关闭吹扫气泵42，系统停运；第三温度阈值小于第二温度阈值。

步骤3中，尿素溶液泵41流量根据烟气NOx排放浓度信号N进行调节，当烟气NOx排放浓度信号N大于第一NOx排放浓度阈值(如500ppm)时，尿素溶液泵41的流量增加，当烟气NOx排放浓度信号N小于第二NOx排放浓度阈值(如200ppm)时，尿素溶液泵(41)流量减少，保证在有效控制NOx排放的同时降低尿素溶液用量；第二NOx排放浓度阈值小于第一NOx排放浓度阈值。

步骤3中，嵌入式控制系统9通过调节电压、电流、频率或PWM信号以调节尿素溶液泵41流量。

需要说明的是，上述的烟气差压阈值、温度阈值和NOx排放浓度阈值均可以根据实际情况调整，本申请对此不做限定。

Claims (9)

1.一种单片机控制的船舶尾气脱硝系统，其特征在于，包括：氨空气混合器(1)、脱硝反应器(2)、SCR催化剂(3)、喷氨装置(4)、尿素溶液储罐(5)、温度传感器(6)、差压传感器(7)、NOx传感器(8)和嵌入式控制系统(9)；

其中，所述尿素溶液储罐(5)通过所述喷氨装置(4)与所述氨空气混合器(1)相连，所述氨空气混合器(1)的烟气出口与所述脱硝反应器(2)的烟气进口相连接；所述脱硝反应器(2)内置所述SCR催化剂(3)。

2.根据权利要求1所述的单片机控制的船舶尾气脱硝系统，其特征在于，所述氨空气混合器(1)长度为直径的3-10倍，所述氨空气混合器(1)内置扰流板(13)，所述氨空气混合器(1)前端设温度传感器(6)。

3.根据权利要求1所述的单片机控制的船舶尾气脱硝系统，其特征在于，所述SCR催化剂(3)前设有多孔板(22)；所述脱硝反应器(2)出口设置NOx传感器(8)，所述脱硝反应器(2)前后设有差压传感器(7)。

4.根据权利要求1所述的单片机控制的船舶尾气脱硝系统，其特征在于，所述喷氨装置(4)包括尿素溶液泵(41)、吹扫气泵(42)和尿素溶液喷嘴(43)；尿素溶液储罐(5)、尿素溶液泵(41)、吹扫气泵(42)之间依次相连，尿素溶液泵(41)和吹扫气泵(42)之间的尿素溶液管道与所述尿素溶液喷嘴(43)相连，所述尿素溶液喷嘴(43)与所述氨空气混合器(1)相连。

5.根据权利要求4所述的单片机控制的船舶尾气脱硝系统，其特征在于，所述尿素溶液喷嘴(43)安装位置在氨空气混合器(1)前端100～500mm处，且伸入氨空气混合器(1)内。

6.根据权利要求1所述的单片机控制的船舶尾气脱硝系统，其特征在于，所述嵌入式控制系统(9)与所述温度传感器(6)、差压传感器(7)、NOx传感器(8)以及双路电机相连，所述双路电机分别连接所述尿素溶液泵(41)和所述吹扫气泵(42)。

7.一种单片机控制的船舶尾气脱硝方法，其特征在于，由权利要求1所述的单片机控制的船舶尾气脱硝系统执行，包括：

步骤1、嵌入式控制系统(9)实时采集温度传感器(6)的烟气温度信号T、差压传感器压力(7)的反应器烟气差压信号P、NOx传感器(8)的烟气NOx排放浓度信号N；

步骤2、当反应器烟气差压信号P大于第一烟气差压阈值时，脱硝系统进入准备状态；

步骤3、当烟气温度信号T大于第一温度阈值时，嵌入式控制系统(9)通过双路电机驱动控制尿素溶液泵(41)启动，尿素溶液通过喷氨装置(4)喷入氨空气混合器(1)中，与烟气混合并受热分解，混合后的含氨烟气进入脱硝反应器(2)中，经过SCR催化剂(3)时烟气中的氮氧化物与氨反应，实现烟气脱硝；

步骤4、当烟气温度信号T小于第二温度阈值时，关闭尿素溶液泵(41)，嵌入式控制系统(9)通过双路电机驱动吹扫气泵(42)启动，排空喷氨装置(4)内残留的尿素溶液；所述第二温度阈值小于所述第一温度阈值；

步骤5、当烟气温度信号T小于第三温度阈值时，关闭吹扫气泵(42)，系统停运；所述第三温度阈值小于所述第二温度阈值。

8.根据权利要求7所述的单片机控制的船舶尾气脱硝方法，其特征在于，步骤3中，尿素溶液泵(41)流量根据烟气NOx排放浓度信号N进行调节，当烟气NOx排放浓度信号N大于第一NOx排放浓度阈值时，尿素溶液泵(41)的流量增加，当烟气NOx排放浓度信号N小于第二NOx排放浓度阈值时，尿素溶液泵(41)流量减少；所述第二NOx排放浓度阈值小于所述第一NOx排放浓度阈值。

9.根据权利要求8所述的单片机控制的船舶尾气脱硝方法，其特征在于，步骤3中，所述嵌入式控制系统(9)通过调节电压、电流、频率或PWM信号以调节尿素溶液泵(41)流量。

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