CN208089380U - 一种燃气内燃机氮氧化物高效控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种燃气内燃机氮氧化物高效控制系统。本实用新型中内燃机的出口与第一级喷氨装置通过一号管道连通，第一级喷氨装置与二号管道的一端连通，二号管道的另一端穿过高压发生器，且二号管道的另一端与SCR反应器的进口连通，SCR反应器的出口与三号管道的一端连通，三号管道的另一端穿过低压发生器，还原剂存储槽与稀释风机通过四号管道连通，五号管道的一端与稀释风机连通，六号管道的一端和七号管道的一端均与五号管道的另一端连通，六号管道的另一端与第一级喷氨装置连通，七号管道的另一端与第二级喷氨装置连通。提高氨氮比分布的均匀程度，提高脱硝效率，降低氨逃逸率，不影响溴化锂机组的制冷效果。

Description

一种燃气内燃机氮氧化物高效控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种燃气内燃机氮氧化物高效控制系统，属于内燃机能源站烟气脱硝领域，尤其涉及到适用于燃气内燃机高排烟温度的SCR烟气脱硝技术。

背景技术

内燃机以天然气或燃油为燃料，通过燃烧带动发电机发电，产生高品位电能，稳定运行后的排烟尾气温度一般在400℃以上（正常运行温度在450℃左右），且内燃机缸套水的温度在90℃以上，为充分利用内燃机排放的烟气和缸套水的温度，一般在内燃机后设置烟气热水型溴化锂机组，利用高温烟气和缸套水的热量作为溴化锂机组的热源，实现夏季制冷和冬季采暖。

由于内燃机燃烧采用活塞压燃方式，机组本身不能实现低氮燃烧，导致排烟尾气中NOx排放质量浓度较高，一般在200mg/m³以上，远超大气污染物排放要求。在大气污染日益严重的形式下，降低大气污染物排放质量浓度已破在眉睫，而NOx排放是大气污染物排放中一项重要的指标，所以，降低内燃机NOx排放质量浓度也将是以内燃机为主的三联供系统的一项重要内容。

选择性催化还原法（SCR）是目前国内脱硝主流技术，其原理是在催化剂的作用下，以NH₃为还原剂，在高温下有选择性地与烟气中的NOx反应，生成无毒、无污染的氮气和水。一般SCR催化剂（常温催化剂）的温度窗口为300℃～400℃，燃气内燃机排烟温度超出常规催化剂的适应温度范围。因此内燃机烟气需要采用高温SCR催化剂（350℃～450℃）进行脱硝，然而高温SCR催化剂价格高昂，运行维护成本高，且技术不够成熟。

因此，如何将技术成熟、投资运行成本低的常温催化剂应用到高烟温的内燃机排气中，是目前研究的重要课题。

有鉴于此，在申请号为2015104237097的专利文献中公开了一种机械设计技术领域的氮氧化物排放控制系统，包括控制体、离心轴、离心腔、离心体、离心弹簧、圆弧板、松紧带，拉伸杆的一端穿过调节体上壁面后与移动体上壁面固结在一起，离心腔、离心体、离心弹簧、圆弧板、松紧带均布置在控制体内，离心体的一端布置在离心腔内并通过离心弹簧与离心轴相连接，离心体的另一端为圆弧结构，离心体的另一端与圆弧板密封接触，松紧带布置在圆弧板的外表面。上述对比文件存在高氨氮比分布的不均匀，降低了脱硝效率，提高了氨逃逸率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的燃气内燃机氮氧化物高效控制系统。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：该燃气内燃机氮氧化物高效控制系统，其结构特点在于：包括内燃机、高压发生器、低压发生器、冷凝器、节流装置、蒸发器、蒸发泵、吸收器、吸收泵、发生泵、低温溶液交换器、高温溶液交换器、第一级喷氨流量控制阀、还原剂流量控制阀、第二级喷氨流量控制阀、第一级喷氨装置、第二级喷氨装置、整流器、催化层、SCR反应器、还原剂存储槽、稀释风机、一号管道、二号管道、三号管道、四号管道、五号管道、六号管道、七号管道、八号管道、九号管道、十号管道、十一号管道、十二号管道、十三号管道、十四号管道、十五号管道、十六号管道、十七号管道、十八号管道和十九号管道，所述内燃机的出口与第一级喷氨装置通过一号管道连通，所述第一级喷氨装置与二号管道的一端连通，所述二号管道的另一端穿过高压发生器，且二号管道的另一端与SCR反应器的进口连通，所述SCR反应器的出口与三号管道的一端连通，所述三号管道的另一端穿过低压发生器，所述还原剂存储槽与稀释风机通过四号管道连通，所述五号管道的一端与稀释风机连通，所述六号管道的一端和七号管道的一端均与五号管道的另一端连通，所述六号管道的另一端与第一级喷氨装置连通，所述七号管道的另一端与第二级喷氨装置连通，所述还原剂流量控制阀安装在五号管道上，所述第一级喷氨流量控制阀安装在六号管道上，所述第二级喷氨流量控制阀安装在七号管道上，所述第二级喷氨装置、整流器和催化层沿着烟气流动的方向依次安装在SCR反应器内，所述高压发生器与冷凝器通过九号管道连通，所述低压发生器与冷凝器通过十号管道连通，所述冷凝器与蒸发器通过十三号管道连通，所述节流装置安装在十三号管道上，所述蒸发泵与蒸发器通过十九号管道连通，所述蒸发泵与十八号管道的一端连通，所述十八号管道的另一端位于蒸发器内，所述蒸发器与吸收器通过十四号管道连通，所述吸收泵与吸收器通过十七号管道连通，所述吸收泵与十六号管道的一端连通，所述十六号管道的另一端位于吸收器内，所述发生泵与吸收器通过十五号管道连通，所述八号管道的一端与发生泵连通，所述八号管道的另一端依次穿过低温溶液交换器和高温溶液交换器，且八号管道的另一端与高压发生器连通，所述十一号管道的一端与高压发生器连通，所述十一号管道的另一端穿过高温溶液交换器，且十一号管道的另一端与低压发生器连通，所述十二号管道的一端与低压发生器连通，所述十二号管道的另一端穿过低温溶液交换器，且十二号管道的一端与吸收器连通。不仅能够获得常规SCR脱硝所需的温度窗口，达到理想的脱硝效果，而且不影响溴化锂机组的制冷性能；第一级喷氨装置和第二级喷氨装置的安装，可有效提高氨氮比分布的均匀程度，最大限度的提高脱硝效率，降低氨逃逸率。

进一步地，所述蒸发泵位于蒸发器外，所述吸收泵位于吸收器外。

进一步地，所述第一级喷氨装置为涡流喷氨装置或格栅喷氨装置，所述第二级喷氨装置为格栅喷氨装置。

相比现有技术，本实用新型具有以下优点：

1、该燃气内燃机氮氧化物高效控制系统运用了两级余热双效溴化锂水溶液制冷的中间温度作为SCR脱硝的温度窗口进行脱硝反应。

2、第一级喷氨装置和第二级喷氨装置的安装，可有效提高氨氮比分布的均匀程度，最大限度的提高脱硝效率，降低氨逃逸率。

3、经过SCR脱硝后，烟气温度几乎没有变化，因此对溴化锂机组的制冷性能没有影响。

4、该燃气内燃机氮氧化物高效控制系统结构合理，布置安装方便，采用常温SCR脱硝方式，运行维护成本低。

5、不仅能够获得常规SCR脱硝所需的温度窗口，达到理想的脱硝效果，而且不影响溴化锂机组的制冷性能。

6、由于烟气中不含粉尘，因此可使用高比表面积的薄壁脱硝催化层，提高脱硝性能。

附图说明

图1是本实用新型实施例的燃气内燃机氮氧化物高效控制系统的结构示意图。

图中：内燃机1、高压发生器2、低压发生器3、冷凝器4、节流装置5、蒸发器6、蒸发泵7、吸收器8、吸收泵9、发生泵10、低温溶液交换器11、高温溶液交换器12、第一级喷氨流量控制阀13、还原剂流量控制阀14、第二级喷氨流量控制阀15、第一级喷氨装置16、第二级喷氨装置17、整流器18、催化层19、SCR反应器20、还原剂存储槽21、稀释风机22、一号管道23、二号管道24、三号管道25、四号管道26、五号管道27、六号管道28、七号管道29、八号管道30、九号管道31、十号管道32、十一号管道33、十二号管道34、十三号管道35、十四号管道36、十五号管道37、十六号管道38、十七号管道39、十八号管道40、十九号管道41。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1所示，须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中若用引用如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

本实施例中的燃气内燃机氮氧化物高效控制系统，包括内燃机1、高压发生器2、低压发生器3、冷凝器4、节流装置5、蒸发器6、蒸发泵7、吸收器8、吸收泵9、发生泵10、低温溶液交换器11、高温溶液交换器12、第一级喷氨流量控制阀13、还原剂流量控制阀14、第二级喷氨流量控制阀15、第一级喷氨装置16、第二级喷氨装置17、整流器18、催化层19、SCR反应器20、还原剂存储槽21、稀释风机22、一号管道23、二号管道24、三号管道25、四号管道26、五号管道27、六号管道28、七号管道29、八号管道30、九号管道31、十号管道32、十一号管道33、十二号管道34、十三号管道35、十四号管道36、十五号管道37、十六号管道38、十七号管道39、十八号管道40和十九号管道41。

本实施例中的内燃机1的出口与第一级喷氨装置16通过一号管道23连通，第一级喷氨装置16与二号管道24的一端连通，二号管道24的另一端穿过高压发生器2，且二号管道24的另一端与SCR反应器20的进口连通，SCR反应器20的出口与三号管道25的一端连通，三号管道25的另一端穿过低压发生器3，还原剂存储槽21与稀释风机22通过四号管道26连通，五号管道27的一端与稀释风机22连通，六号管道28的一端和七号管道29的一端均与五号管道27的另一端连通，六号管道28的另一端与第一级喷氨装置16连通，七号管道29的另一端与第二级喷氨装置17连通，还原剂流量控制阀14安装在五号管道27上，第一级喷氨流量控制阀13安装在六号管道28上，第二级喷氨流量控制阀15安装在七号管道29上，第二级喷氨装置17、整流器18和催化层19沿着烟气流动的方向依次安装在SCR反应器20内，高压发生器2与冷凝器4通过九号管道31连通，低压发生器3与冷凝器4通过十号管道32连通，冷凝器4与蒸发器6通过十三号管道35连通，节流装置5安装在十三号管道35上，蒸发泵7与蒸发器6通过十九号管道41连通，蒸发泵7与十八号管道40的一端连通，十八号管道40的另一端位于蒸发器6内，蒸发器6与吸收器8通过十四号管道36连通，吸收泵9与吸收器8通过十七号管道39连通，吸收泵9与十六号管道38的一端连通，十六号管道38的另一端位于吸收器8内，发生泵10与吸收器8通过十五号管道37连通，八号管道30的一端与发生泵10连通，八号管道30的另一端依次穿过低温溶液交换器11和高温溶液交换器12，且八号管道30的另一端与高压发生器2连通，十一号管道33的一端与高压发生器2连通，十一号管道33的另一端穿过高温溶液交换器12，且十一号管道33的另一端与低压发生器3连通，十二号管道34的一端与低压发生器3连通，十二号管道34的另一端穿过低温溶液交换器11，且十二号管道34的一端与吸收器8连通。

本实施例中的蒸发泵7位于蒸发器6外，吸收泵9位于吸收器8外。

本实施例中的第一级喷氨装置16为涡流喷氨装置或格栅喷氨装置，第二级喷氨装置17为格栅喷氨装置。

本实施例中的燃气内燃机氮氧化物高效控制系统的控制方法，包括如下步骤：

第一步：高温烟气从内燃机1排出，并与第一级喷氨装置16喷出的第一级氨气空气混合气体（还原剂占总还原剂量的90%～95%）混合后，流经二号管道24进入到SCR反应器20，当高压发生器2内的溴化锂水溶液在受到二号管道24的加热后，由于高压发生器2内的溴化锂水溶液中水的汽化，使高压发生器2内的溴化锂水溶液浓度升高，高压发生器2内的溴化锂水溶液流经十一号管道33进入到低压发生器3，高压发生器2内的水蒸气流经九号管道31进入到冷凝器4；

第二步：高温烟气与第一级氨气空气混合气体的混合气体进入到SCR反应器20，并与第二级喷氨装置17喷出的第二级氨气空气混合气体（还原剂占总还原剂量的5%～10%）混合后，依次流过整流器18和催化层19进行脱硝反应，流经三号管道25排出，当低压发生器3内的溴化锂水溶液在受到三号管道25的加热后，由于低压发生器3内的溴化锂水溶液中水的汽化，使低压发生器3内的溴化锂水溶液浓度升高，低压发生器3内的溴化锂水溶液流经十二号管道34进入到吸收器8，低压发生器3内的水蒸气流经十号管道32进入到冷凝器4；

第三步：流经九号管道31进入冷凝器4的水蒸气和流经十号管道32进入到冷凝器4的水蒸气进入到冷凝器4后，被冷凝器4中的冷却水凝结，成为高压低温的液态水；

第四步：冷凝器4中的高压低温的液态水流经十三号管道35，通过节流装置5进入到蒸发器6，膨胀而汽化形成低温水蒸气，并在汽化过程中吸收蒸发器6内冷媒水的热量，从而达到降温制冷的目的；

第五步：低温水蒸气流经十四号管道36进入到吸收器8，低温水蒸气被吸收器8内的溴化锂水溶液吸收，吸收低温水蒸气的溴化锂水溶液通过发生泵10进入到高压发生器2中，如此往复循环，实现连续制冷。

本实施例中的八号管道30中的溴化锂水溶液与十一号管道33中的溴化锂水溶液通过高温溶液交换器12进行热交管，八号管道30中的溴化锂水溶液与十二号管道34的溴化锂水溶液通过低温溶液交换器11进行热交管。

本实施例中的高压发生器2与SCR反应器20之间的二号管道24内的第一级气体的温度为300℃～350℃。

本实施例中的蒸发器6中的冷冻水通过蒸发泵7循环；吸收器8中的溴化锂水溶液一部分通过吸收泵9循环，另一部分通过发生泵10循环。

本实施例中的燃气内燃机氮氧化物高效控制系统安装在高压发生器2和低压发生器3之间，获得适合SCR脱硝反应的温度窗口；同时，在内燃机1的出口安装第一级喷氨装置16，配合SCR反应器20的进口形成分级喷氨，可大幅提高氨氮比均匀程度，实现高效脱硝，并且能够将氨逃逸率控制在较低水平；另外，烟气经过SCR脱硝后，温度几乎没有变化，因此对溴化锂机组的制冷性能没有影响。

本实施例中的催化层19内催化层选用高比表面积的薄壁催化层。

本实施例中的节流装置5优选为节流阀；催化层19中装有催化剂。

本实施例中的溴化锂水溶液受热，水变为高温高压的水蒸气，水蒸气进入冷凝器4冷却放热后，变为高压低温的液态水；低温冷凝的液态水，通过蒸发器6与外界进行热交换，膨胀而汽化吸热。

本实用新型将SCR反应器20布置于高压发生器2和低压发生器3之间，能够获得最佳脱硝反应温度，同时两级喷氨能够有效提高氨氮比分布的均匀程度，最大限度的提高脱硝效率，降低氨逃逸率，同时又不影响溴化锂机组的制冷效果。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例说明。凡依据本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种燃气内燃机氮氧化物高效控制系统，其特征在于：包括内燃机、高压发生器、低压发生器、冷凝器、节流装置、蒸发器、蒸发泵、吸收器、吸收泵、发生泵、低温溶液交换器、高温溶液交换器、第一级喷氨流量控制阀、还原剂流量控制阀、第二级喷氨流量控制阀、第一级喷氨装置、第二级喷氨装置、整流器、催化层、SCR反应器、还原剂存储槽、稀释风机、一号管道、二号管道、三号管道、四号管道、五号管道、六号管道、七号管道、八号管道、九号管道、十号管道、十一号管道、十二号管道、十三号管道、十四号管道、十五号管道、十六号管道、十七号管道、十八号管道和十九号管道，所述内燃机的出口与第一级喷氨装置通过一号管道连通，所述第一级喷氨装置与二号管道的一端连通，所述二号管道的另一端穿过高压发生器，且二号管道的另一端与SCR反应器的进口连通，所述SCR反应器的出口与三号管道的一端连通，所述三号管道的另一端穿过低压发生器，所述还原剂存储槽与稀释风机通过四号管道连通，所述五号管道的一端与稀释风机连通，所述六号管道的一端和七号管道的一端均与五号管道的另一端连通，所述六号管道的另一端与第一级喷氨装置连通，所述七号管道的另一端与第二级喷氨装置连通，所述还原剂流量控制阀安装在五号管道上，所述第一级喷氨流量控制阀安装在六号管道上，所述第二级喷氨流量控制阀安装在七号管道上，所述第二级喷氨装置、整流器和催化层沿着烟气流动的方向依次安装在SCR反应器内，所述高压发生器与冷凝器通过九号管道连通，所述低压发生器与冷凝器通过十号管道连通，所述冷凝器与蒸发器通过十三号管道连通，所述节流装置安装在十三号管道上，所述蒸发泵与蒸发器通过十九号管道连通，所述蒸发泵与十八号管道的一端连通，所述十八号管道的另一端位于蒸发器内，所述蒸发器与吸收器通过十四号管道连通，所述吸收泵与吸收器通过十七号管道连通，所述吸收泵与十六号管道的一端连通，所述十六号管道的另一端位于吸收器内，所述发生泵与吸收器通过十五号管道连通，所述八号管道的一端与发生泵连通，所述八号管道的另一端依次穿过低温溶液交换器和高温溶液交换器，且八号管道的另一端与高压发生器连通，所述十一号管道的一端与高压发生器连通，所述十一号管道的另一端穿过高温溶液交换器，且十一号管道的另一端与低压发生器连通，所述十二号管道的一端与低压发生器连通，所述十二号管道的另一端穿过低温溶液交换器，且十二号管道的一端与吸收器连通。

2.根据权利要求1所述的燃气内燃机氮氧化物高效控制系统，其特征在于：所述蒸发泵位于蒸发器外，所述吸收泵位于吸收器外。

3.根据权利要求1所述的燃气内燃机氮氧化物高效控制系统，其特征在于：所述第一级喷氨装置为涡流喷氨装置或格栅喷氨装置，所述第二级喷氨装置为格栅喷氨装置。