CN210264867U - 一种船用高效减排的高压scr系统 - Google Patents

Abstract

本公开提出了一种船用高效减排的高压SCR系统，通过在混合器的入口设置扰流板，在反应器的入口依次设置整流器和均流板，提高尿素溶液等还原剂与待处理废气的混合程度，将混合后的废气均匀分布在流道截面上，并垂直进入催化剂孔内，降低对催化剂的磨损，及时定期清理催化剂表面沉积的灰分，避免了催化剂的阻塞，提高整个系统的脱硝效率，减少氨逃逸率，降低氮氧化物排放。

Description

一种船用高效减排的高压SCR系统

技术领域

本公开涉及船舶废气处理技术相关技术领域，具体的说，是涉及一种船用高效减排的高压SCR系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。

随着经济全球化的发展，世界贸易形势发生剧变，国际贸易的快速增长导致世界船舶运输量的迅猛提升，而由船舶尾气造成的环境污染则日益严峻。氮氧化物是船舶尾气污染物主要成分之一，其危害包括：光化学烟雾、酸雨,对流层臭氧、臭氧层损耗等。自2016年起，国际海事组织制定了更加严格的排放规定，船舶在进入国际海事组织规定的排放控制区内后，排放必须达到TierⅢ标准，这要求船舶必须采用更高脱硝效率的技术。

选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction,SCR)系统是减少柴油机尾气中的NOx排放最有效的措施之一。SCR技术是在还原剂的作用下，将尾气中的NOx还原成氮气(N2)和水。现有的SCR技术多采用以尿素分解产生的氨气(NH3)作为还原剂。

SCR系统包括混合器和反应器等。混合器分别与柴油机的排气管和反应器连通，且混合器内设置有尿素喷嘴。从喷嘴喷出的尿素在混合器中发生一定的水解和热解反应生成氨气，同时与含有NOx的尾气在混合器内混合后，流入至反应器内进行还原反应。大量研究结果表明，SCR系统反应器入口处尿素的分解率和氨气分布的均匀程度对反应器中氮氧化物的转换效率有重要影响，直接影响整个尿素SCR系统的整体性能。发明人发现，现有SCR系统的混合器中，尿素的雾化蒸发及水解热解反应不充分，尿素与尾气的混合不均匀，导致SCR反应器内氮氧化物的转换效率和尿素利用率均较低，氨逃逸率高。

实用新型内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种船用高效减排的高压SCR系统，通过在混合器的入口设置扰流板，在反应器的入口依次设置整流器和均流板，提高尿素溶液等还原剂与待处理废气的混合程度，将混合后的废气均匀分布在流道截面上，并垂直进入催化剂孔内，降低对催化剂的磨损，及时定期清理催化剂表面沉积的灰分，避免了催化剂的阻塞，提高整个系统的脱硝效率，减少氨逃逸率，降低氮氧化物排放。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一个或多个实施例提供了一种船用高效减排的高压SCR系统，包括依次设置的混合器和反应器，混合器的入口处倾斜设置扰流板，扰流板后的管道中心位置设置喷嘴，喷嘴用于通入与待处理气体反应的还原剂，待处理气体经过扰流板后与扰流板后的喷嘴喷射的还原剂在混合器内混合获得混合气体，所述反应器内设置催化剂，混合气体在催化剂的作用下反应。

进一步地，所述扰流板为圆形、方形或者为多边形的平板，以设定的角度倾斜设置在混合器的入口处。

进一步地，倾斜设置的扰流板板面的平面法向与混合器的入口管口方向呈30°～50°的任一夹角。

进一步地，所述混合器和反应器之间通过弯管连接，所述弯管内设置至少三组引流板，将通入弯管的气体分流经过弯管。

进一步地，所述反应器的壳体包括反应器本体和设置在反应器本体前端的反应器入口，所述反应器入口内设置整流器，所述整流器包括从内到外以一定间隔距离嵌套固定设置的至少两层管道，所述整流器的每层管道同心设置，每层管道的形状与反应器入口的形状相匹配，并与反应器入口管道内壁间隔设定的距离。

进一步地，所述反应器入口为锥形，整流器的每层管道包括直管段和椎管段，最外层管道与反应器入口内壁相隔设定的距离，最外层管道椎管段的斜度大于反应器入口的斜度，整流器的每层管道的椎管段的斜度从外到内依次减小，整流器的每层管道的直管段直径从外到内依次减小，整流器的每层管道的直管段的长度从外到内依次增大。

进一步地，所述反应器的壳体包括反应器本体和设置在反应器本体前端的反应器入口，所述反应器本体连接反应器入口一端反应器本体内设置均流板，所述均流板上设置网孔，所述网孔轴向与催化剂的网孔轴向平行设置。

进一步地，所述反应器内设置至少两层催化剂，按照进入反应器本体的气流方向设置在均流板的后端，每层催化剂包含多个催化剂块。

进一步地，还包括吹灰装置，所述吹灰装置包括设置在反应器壁面上的储气罐，与储气罐连接的支管，以及与支管连接的多个吹灰喷嘴，所述储气罐连接气源，所述吹灰喷嘴设置在每个催化剂块前端，方向朝向催化剂块的表面。

进一步地，还包括电伴热装置，电伴热装置的伴热媒体设置在反应器入口的管道上。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

(1)本公开的系统分别在混合器的入口处设置了扰流板，在扰流板背面形成一个流速较小的缓流区，增加了废气的扰动程度，形成旋涡，旋涡附近的废气与蒸发热解后的尿素溶液在涡流的强制作用下被进一步充分混合，使得混合更加均匀；同时减少了尿素雾化颗粒与混合器零件的接触，减少结晶和腐蚀问题的发生。

(2)本公开在反应器入口设置了整流器，待处理废气在流经整流器时，起到一定的整流及导向作用，混合后的废气向反应器轴向流动的同时，也向反应器的径向方向流动，使废气更加均匀的分布在反应器流道截面内，同时在一定程度上促进了气体的混合均匀。

(3)本公开将混合器和反应器之间的连通管道设置为弯管并在弯管内设置引流板，废气流过混合器后经过弯管进入反应器，利用弯头自然扰动和引流板的强制扰动，进一步实现还原剂与废气的均匀混合，保证进入反应器的混合气体的流场性和均匀性。

(4)本公开设置了均流板，有利于提高废气的混合均匀性及在流道截面的分布均匀性。均流板的网孔轴向与催化剂的网孔轴向平行，使得将混合后的废气垂直进入催化剂孔内，降低对催化剂的磨损。

(5)本公开设置了吹灰装置，能够定期清理催化剂表面沉积的灰分，避免了催化剂的阻塞，提高整个系统的脱硝效率，减少氨逃逸率，降低氮氧化物排放。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的限定。

图1是根据一个或多个实施方式的系统的结构图；

图2是本公开实施例1的扰流板的结构示意图；

图3是本公开实施例1的整流器的结构示意图；

图4是本公开实施例1的固定催化剂的结构示意图；

其中：1、混合器，2、弯管，3、反应器，4、尿素喷枪；

11、扰流板、12、扰流板固定支架，12-1、固定杆，12-2、安装板；21、引流板；31、反应器入口32、反应器本体，33、反应器出口，34、整流器，34-1、直管段，34-2、椎管段，34-3、内肋板，35、均流板，36、固定支架，37、催化剂，37-1、催化剂块；41、喷嘴。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开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公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的各个实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。

在一个或多个实施方式中公开的技术方案中，如图1所示，一种船用高效减排的高压SCR系统，包括依次设置的混合器1和反应器3，混合器1用于混合待处理废气和还原剂，混合器1的入口处设置扰流板11，扰流板11后的管道中心位置设置喷嘴41，待处理气体经过扰流板11后与扰流板后的喷嘴41喷射的还原剂在混合器1内混合获得混合气体，所述反应器3内设置催化剂，混合气体在催化剂的作用下反应，对待处理的废气进行脱硫和脱销，从而达到排放要求。

还原剂是与待处理气体进行反应的气体，所述还原剂可以为氨水、液氨、尿素等溶液，本实施例以尿素为例进行说明。本实施例中所述待处理气体是指船舶需要处理的废气。尿素可以通过尿素喷射装置如尿素喷枪4提供，将尿素喷枪4连接喷嘴，使得喷枪本体和喷嘴41的角度垂直，可以将喷嘴41连接从而保证尿素溶液喷射方向与废气来流方向相同，喷射位置位于导流板之后中心位置处，使得尿素的喷射更加均匀，从而达到良好的混合效果。

具体的实现方式可以在混合器1靠近入口位置开设一旁通管路，尿素喷枪4通过旁通管路伸向混合器1并连接喷嘴41，沿废气流通方向，喷嘴41设置扰流板11下游，喷嘴41的喷射中心位于混合器1入口管的轴线上，喷射方向与废气流通方向相同，垂直于混合管1的截面。

扰流板11可以为任意形状的板，如圆形、方形、多边形或者为不规则形状。材料可以选用不锈钢，厚度可以为5mm-10mm。在某些实施例中，可选的，如图2所示，本实施例的扰流板可以为圆形平板，扰流板平面法向与混合器的入口管口方向可以成30°～50°夹角，优选的，可以设置为40°，此角度下废气的扰动程度比较高。混合器的入口管口方向为待处理气体来流方向。

作为一种可以实现的方式，可以通过设置扰流板固定支架12将扰流板11固定在混合器的入口管道上，所述扰流板固定支架包括安装板12-2和固定杆12-1，所述安装板12-2与扰流板固定连接，如图2所示，可以在扰流板11上以扰流板11的轴心为中心均匀焊接4个安装板，四个安装板关于扰流板11水平和竖直中心线对称布置，安装板中心位置固定设置固定杆，固定杆固定设置在混合器的入口管道上，所述固定设置可以为焊接。

本实施例设置扰流板11，在废气流经扰流板11时，在扰流板11背面形成一个流速较小的缓流区，增加了废气的扰动程度，形成旋涡，旋涡附近的废气与蒸发热解后的尿素溶液在涡流的强制作用下被进一步充分混合，使得混合更加均匀；同时减少了尿素雾化颗粒与混合器零件的接触，减少结晶和腐蚀问题的发生。

作为进一步的改进，为进一步提高进入反应器3的混合气体的混合程度，所述混合器1和反应器3之间通过弯管2连接，所述弯管内设置至少三组引流板21，将通入弯管2的气体分流经过弯管2。弯管2的折弯角度可以根据需要设定，在某些实施例中，可以设置为90°左右，引流板21可以由一直板折弯而成，三组引流板21的弯曲半径逐渐增大，最终形状与弯管2类似，达到引流的效果。

废气流过混合器1后经过弯管2进入反应器3，利用弯头自然扰动和引流板21的强制扰动，进一步实现还原剂与废气的均匀混合，保证进入反应器的混合气体的流场性和均匀性。

反应器3作为系统的核心部件，其壳体包括反应器本体32和设置在反应器本体32前端的反应器入口31，以及设置在反应器本体32后端的反应器出口33，作为进一步的改进，为使得进入反应器3的混合气体均匀的分布在反应器入口31管道内，可以在反应器入口31内固定设置整流器34，用于将混合气体均匀分布在反应器入口31的管道内，所述整流器34包括从内到外以一定间隔距离嵌套固定设置的至少两层管道，所述整流器的每层管道同心设置，每层管道的形状与反应器入口的形状相匹配，每层管道与反应器入口31内壁相隔设定的距离。

整流器34与反应器入口31内壁相隔设定的距离，使得通过整流器34与反应器31内壁不接触，使得通过整流器34的气流不被堵塞。

反应器3内设置催化剂，反应器本体32空间比连接反应器入口31的管道要大，反应器入口31作为管道与反应器本体32的过渡连接，反应器入口31一般为锥形。可选的，作为整流器的一种具体的实现结构，整流器34的每层管道包括直管段34-1和椎管段34-2，最外层管道椎管段34-2的斜度大于反应器入口31的斜度，整流器的每层管道的椎管段34-2的斜度从外到内依次减小，整流器的每层管道的直管段直径从外到内依次减小，整流器的每层管道的直管段的长度从外到内依次增大。

本实施例以两层为例进行说明，如图3所示，整流器34分两层布置，每层均包括直管段34-1和椎管段34-2，外层直管段内径大于内层的直管段的外径，外层直管段外径小于反应器入口31管道内经的最小值。外层直管段长度较短，外层椎管段的斜度大于反应器入口的斜度；内层直管段外径较小，长度较大，内层椎管段斜度小于外层椎管段的斜度，可以与反应器入口的斜度相等；整流器34的每层管道同心布置，可以通过内肋板34-3固定在反应器3内，此时整流器平分为四部分，废气在流经整流器34时，起到一定的整流及导向作用，混合后的废气向反应器轴向流动的同时，也向反应器的径向方向流动，使废气更加均匀的分布在反应器流道截面内，同时在一定程度上促进了气体的混合均匀。

在某些实施例中，所述反应器本体32连接反应器入口31一端反应器本体32内还可以设置均流板35，所述均流板上设置网孔35。所述网孔35轴向与催化剂的网孔轴向平行设置。通过整流器34后的混合气体在进入反应器本体32前进行再分配，提高混合气体的混合均匀性及在流道截面的分布均匀性。还可以使得通过均流板35的气流垂直通入催化剂孔，可选的，如图3所示，均流板32形状及大小与反应器本体32内管截面形状和大小相同，均流板32的平面与反应器轴向垂直。固定设置在反应器本体32内管内，具体的，可采用焊接方式周圈固定。

均流板32可以采用不锈钢材质，均流板32上的网孔可以按照一定的规律设置，可以为均匀设置，或者设置为一定的形状。混合后的废气流经均流板时，增加了混合气的扰动强度，同时将混合气体进行了再分配，有利于提高废气的混合均匀性及在流道截面的分布均匀性。

作为进一步的改进，所述反应器3内设置至少两层催化剂，按照进入反应器本体32的气流方向设置在均流板35的后端，每层催化剂37包含多个催化剂块37-1，布置形式可以如图4所示。

催化剂的固定形式的一种实现方式，可以通过设置固定支架36固定，固定支架36的安装板呈网格状，网格大小与催化剂块截面相等，催化剂块可嵌入安装板网格内，两个安装板将催化剂层夹在中间，以固定在反应器内壁上内侧。

固定支架36外侧形状与反应器本体35形状相匹配用于与反应器本体35固定连接，本实施例的反应器本体35可以为圆形，设置的固定支架36外圈形状外侧呈圆形，大小等于反应器本体35的直径，固定支架36可以通过焊接方式固定在反应器内壁上。

催化剂块可以是一个长方体的块，在截面处会有蜂窝状的小通孔也称为催化剂孔，多个催化剂块分别装入固定支架36的网格状的安装板内，构成一个催化剂层。

作为进一步的改进，还包括吹灰装置5，所述吹灰装置5包括设置在反应器壁面上的储气罐，与储气罐连接的支管，以及与支管连接的多个吹灰喷嘴，所述储气罐连接气源，所述吹灰喷嘴设置在每个催化剂块前端，方向朝向催化剂块37-1的表面。

吹灰装置5的连接气源沿反应器壁面呈弧形设置，压缩空气从储气罐中进入各个支管，再由吹灰喷嘴吹出，吹扫催化剂表面。

可以在每个催化剂块37-1前均布置有一个吹灰喷嘴，吹灰的气流从吹灰喷嘴喷出，与废气混合，一起从排气口流出，从而保证能够及时定期清理催化剂表面沉积的灰分，避免了催化剂的阻塞，还能提高催化剂的使用寿命，延长了催化剂的更换周期，从而提高脱硝效率，节约运行成本，具有显著的经济效益。

为使得混合气体的反应充分还可以设置相应的加热装置，可以是电加热装置。在某些实施例中，可以设置为电伴热装置，电伴热装置的伴热媒体设置在反应器入口的管道上，温度设置在催化剂的最佳反应温度范围内，使反应能够在合适的温度下高效进行。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种船用高效减排的高压SCR系统，其特征是：包括依次设置的混合器和反应器，混合器的入口处倾斜设置扰流板，扰流板后的管道中心位置设置喷嘴，喷嘴用于通入与待处理气体反应的还原剂，待处理气体经过扰流板后与扰流板后的喷嘴喷射的还原剂在混合器内混合获得混合气体，所述反应器内设置催化剂，混合气体在催化剂的作用下反应。

2.如权利要求1所述的一种船用高效减排的高压SCR系统，其特征是：所述扰流板为圆形、方形或者为多边形的平板，以设定的角度倾斜设置在混合器的入口处。

3.如权利要求2所述的一种船用高效减排的高压SCR系统，其特征是：倾斜设置的扰流板板面的平面法向与混合器的入口管口方向呈30°～50°的任一夹角。

4.如权利要求1所述的一种船用高效减排的高压SCR系统，其特征是：所述混合器和反应器之间通过弯管连接，所述弯管内设置至少三组引流板，将通入弯管的气体分流经过弯管。

5.如权利要求1所述的一种船用高效减排的高压SCR系统，其特征是：所述反应器的壳体包括反应器本体和设置在反应器本体前端的反应器入口，所述反应器入口内设置整流器，所述整流器包括从内到外以一定间隔距离嵌套固定设置的至少两层管道，所述整流器的每层管道同心设置，每层管道的形状与反应器入口的形状相匹配，并与反应器入口管道内壁间隔设定的距离。

6.如权利要求5所述的一种船用高效减排的高压SCR系统，其特征是：所述反应器入口为锥形，整流器的每层管道包括直管段和椎管段，最外层管道与反应器入口内壁相隔设定的距离，最外层管道椎管段的斜度大于反应器入口的斜度，整流器的每层管道的椎管段的斜度从外到内依次减小，整流器的每层管道的直管段直径从外到内依次减小，整流器的每层管道的直管段的长度从外到内依次增大。

7.如权利要求1所述的一种船用高效减排的高压SCR系统，其特征是：所述反应器的壳体包括反应器本体和设置在反应器本体前端的反应器入口，所述反应器本体连接反应器入口一端反应器本体内设置均流板，所述均流板上设置网孔，所述网孔轴向与催化剂的网孔轴向平行设置。

8.如权利要求7所述的一种船用高效减排的高压SCR系统，其特征是：所述反应器内设置至少两层催化剂，按照进入反应器本体的气流方向设置在均流板的后端，每层催化剂包含多个催化剂块。

9.如权利要求8所述的一种船用高效减排的高压SCR系统，其特征是：还包括吹灰装置，所述吹灰装置包括设置在反应器壁面上的储气罐，与储气罐连接的支管，以及与支管连接的多个吹灰喷嘴，所述储气罐连接气源，所述吹灰喷嘴设置在每个催化剂块前端，方向朝向催化剂块的表面。

10.如权利要求7所述的一种船用高效减排的高压SCR系统，其特征是：还包括电伴热装置，电伴热装置的伴热媒体设置在反应器入口的管道上。

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