CN212250197U - 一种船舶柴油机压缩空气供给吹灰装置及尾气处理系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种船舶柴油机压缩空气供给吹灰装置及尾气处理系统，涉及船舶环保设备领域，包括供气机构、雾化机构、通风机构和清灰机构，雾化机构包括分别通过管路连通供气机构的尿素吹扫模块和雾化模块，清灰机构包括分别通过管路连通供气机构的密封模块和布置在反应器内的吹灰管组，密封模块用于输出气流阻挡反应器内废气逆流，吹灰管组上布置有吹灰喷嘴，并布置在对应催化剂的上游，通风机构包括通过管路连通供气机构的通风模块，能够同时供应SCR反应过程所需的各种压缩空气，对催化剂进行吹灰操作，在清除催化剂表面沉积的灰分，延长催化剂的使用寿命，控制供应气流的压力，维持反应器内的气压，避免烟气回流，提高系统的脱销效率。

Description

一种船舶柴油机压缩空气供给吹灰装置及尾气处理系统

技术领域

本公开涉及船舶环保设备领域，特别涉及一种船舶柴油机压缩空气供给吹灰装置及尾气处理系统。

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，并不必然构成现有技术。

船舶为满足排放标准，需要在排气管后加装尾气处理装置，目前选择性催化还原(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。

采用选择性催化还原技术对废气进行脱硝处理时，首先向温度为170～550℃的废气中喷入还原剂，还原剂可以是纯氨气、氨水或尿素溶液，由于尿素便于存储和运输，一般作为还原剂的首选。尿素溶液经过喷枪喷嘴的雾化，热解或水解后变为氨气。随后，氨气和废气的混合物在催化剂的作用下发生催化还原反应，使氮氧化物转变为氮气和水蒸气后排向大气，从而降低了排气中NOx的含量。

发明人发现，目前的在脱硝反应器中，氨逃逸和废气中的SO₃生成的硫酸氢铵随着反应器内温度降低，会粘接在催化剂层表面，堵塞催化剂孔道，需要在每层催化剂之前设置吹灰系统；常用的吹灰装置有声波吹灰器，蒸汽吹灰器和压缩空气吹灰器。声波吹灰器吹灰强度不高，对于已经结渣和粘性强的积灰作用不大，不适合中小孔径催化剂的吹灰，且效果不稳定，蒸汽吹灰器增加了烟气的湿度，易造成碳烟的沉积附着，加速催化剂失活。

实用新型内容

本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种船舶柴油机压缩空气供给吹灰装置及尾气处理系统，能够同时供应SCR反应过程所需的各种压缩空气，对催化剂进行吹灰操作，在清除催化剂表面沉积的灰分，延长催化剂的使用寿命的同时，控制供应气流的压力，维持反应器内的气压，避免烟气回流，提高系统的脱销效率，节约运行成本。

本公开的第一目的是提供一种船舶柴油机压缩空气供给吹灰装置，采用以下技术方案：

包括供气机构、雾化机构、通风机构和清灰机构，雾化机构包括分别通过管路连通供气机构的尿素吹扫模块和雾化模块，清灰机构包括分别通过管路连通供气机构的密封模块和布置在反应器内的吹灰管组，密封模块用于输出气流阻挡反应器内废气逆流，吹灰管组上布置有吹灰喷嘴，并布置在对应催化剂的上游，通风机构包括通过管路连通供气机构的通风模块。

进一步地，所述吹灰管组通过两条管路分别连通供气机构，两条管路上分别配合有第一阀组和第二阀组，控制吹灰管组通过吹灰喷嘴输出压缩空气。

进一步地，所述吹灰管组有多组，每一吹灰管组对应反应器内的一层催化剂，每一吹灰管组均配合有对应的控制阀，用于控制吹灰喷嘴间歇输出压缩空气。

进一步地，每一吹灰管组包括多根间隔布置的吹灰管，每一吹灰管上均配合有多个吹灰喷嘴，一个吹灰喷嘴用于对应一个催化剂块输出气流。

进一步地，雾化机构通过第三阀组连通供气机构，尿素吹扫模块的输出端朝向尿素喷枪喷嘴，雾化模块末端用于接入尿素喷枪，为尿素喷枪提供对应体积的雾化空气。

本公开的第二目的是提供一种船舶尾气处理系统，利用如上所述的船舶柴油机压缩空气供给吹灰装置。

进一步地，反应器通过管路连通混合器后连通柴油机排气管，尿素喷枪输出端连通混合器，尿素喷枪的喷嘴朝向与混合器内气体流动方向一致，雾化机构的雾化模块接入尿素喷枪，吹灰管布置在反应器内，密封模块配合反应器密封管路；通风模块输出端连通混合器与排气管之间的通风接口。

进一步地，所述反应器配合有压差传感器，压差传感器的测试端分别布置在反应器入口处和出口处。

进一步地，所述反应器内沿烟气流动方向布置有多层催化剂，每层催化剂的上游分别配合有对应的吹灰管组，吹灰管组上的吹灰喷嘴朝向催化剂布置。

与现有技术相比，本公开具有的优点和积极效果是：

(1)能够同时供应SCR反应过程所需的各种压缩空气，对催化剂进行吹灰操作，在清除催化剂表面沉积的灰分，延长催化剂的使用寿命的同时，控制供应气流的压力，维持反应器内的气压，避免烟气回流，提高系统的脱销效率，节约运行成本；

(2)吹灰管位于对应层催化剂的上游，根据每根吹灰支管所对的催化剂块的个数，在吹灰支管上设置相同个数的吹灰喷嘴，保证每个吹灰喷嘴正对一个催化剂块，喷嘴方向正对催化剂层截面，使得清扫后的灰尘能够顺着烟气排出，避免了逆向吹灰导致的灰尘再次附着累积的问题，提高了清灰效率；

(3)采用压缩空气竖直方向强力吹扫，采用的专用吹灰喷嘴显著提高了吹扫力、清灰效果和压缩空气能利用率，且具有针对性强，覆盖面极广，清灰无死角等优点，提高了催化剂的使用寿命，延长了催化剂更换周期；

(4)根据尿素溶液压力实时调整辅助雾化空气量，使两者实现最佳配比，尿素溶液达到良好的雾化效果，同时设置了备用气仓，保证在吹灰操作的同时，不会减少辅助雾化空气的量，影响尿素溶液雾化效果。

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不当限定。

图1为本公开实施例1、2、3中供给吹灰装置的整体结构示意图。

图中：1.第一球阀；2.第一就地流量计；3.第二球阀；4.第三球阀；5.第一压力表；6.第四球阀；7.第一电磁阀；8.第一单向阀；9.第五球阀；10.压力调节阀；11.第二压力表；12.第二电磁阀；13.第一流量开关；14.第六球阀；15.第二就地流量计；16.第七球阀；17.第二单向阀；18.第八球阀；19.第九球阀；20.第十球阀；21.第三压力表；22.第三电磁阀；23.第二流量开关；24.第十一球阀；25.第三单向阀；26.第十二球阀；27.第四压力表；28.第四电磁阀；29.第三流量开关；30.第十三球阀；31.第四单向阀；32.第五单向阀；33.压力开关；34.第十四球阀；35.第五单向阀；36.第一吹灰电磁阀组；37.第二吹灰电磁阀组；38.压差传感器；39.反应器；40.第一层催化剂；41.第二层催化剂42.吹灰喷嘴；43.混合器；44.尿素喷枪喷嘴；45.排气管；46.旁通阀。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步地说明。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；

为了方便叙述，本公开中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

正如背景技术中所介绍的，现有技术中压缩空气可对催化剂表层的灰分起到清扫作用，但对于未完全燃烧重油的碳烟颗粒及粘度很高的硫酸氢铵，单纯的压缩空气吹灰并不能完全解决催化剂表层及孔道的堵塞问题，但是也具有易留下死角等缺点；针对上述问题，本公开提出了一种船舶柴油机压缩空气供给吹灰装置及尾气处理系统。

实施例1

本公开的一种典型的实施方式中，如图1所示，提出了一种船舶柴油机压缩空气供给吹灰装置。

包括供气机构、雾化机构和清灰机构，雾化机构包括分别通过管路连通供气机构的尿素吹扫模块和雾化模块，清灰机构包括分别通过管路连通供气机构的密封模块和布置在反应器内的吹灰管，密封模块用于输出气流阻挡反应器内废气逆流，吹灰管组上布置有吹灰喷嘴，并布置在对应催化剂的上游；通风机构包括通过管路连通供气机构的通风模块；

在本实施例中，供气机构为气源，雾化机构对应尿素吹扫单元和辅助空气雾化管路，清灰机构对应密封空气管路和吹灰空气管路，通风机构对应通风空气管路；

综上，供给吹灰装置包括五路空气管路：

第一路为尿素吹扫管路，利用高压空气吹扫尿素喷枪喷嘴，避免残留的尿素溶液结晶堵塞管路，保持通路的畅通；

第二路为辅助空气雾化管路，向尿素喷枪喷嘴的气体通路输送与尿素溶液对应体积的雾化空气，使尿素溶液能够达到良好的雾化效果；

第三路为反应器密封空气管路，保证反应器内的高温高压废气不会逆向流出；

第四路为通风空气管路，保证反应器管路的压力高于排烟管压力，保证在SCR系统不运行时，高温排气不会进入SCR管路；

第五路为吹灰空气管路，向吹灰管组提供源源不断的压缩空气，吹扫催化剂表面沉积的灰分，提高催化剂的使用寿命。

如图1所示，气源一个出口分为两路支路回路，一条支路回路依次连接第一球阀1、第一就地流量计2和第二球阀3，另一条支路回路则只连接第三球阀4，且第二球阀3与第三球阀4出口相连后与第一压力表5相连，此为压缩空气供给总管。

第一压力表之后管路分为四条支路：

第一条支路连接第四球阀6，第一电磁阀7和第一单向阀8，然后接入尿素喷枪的液体管路接口；

第二条支路对应第三阀组，连接第五球阀9，第一压力调节阀10，第二压力表11，第二电磁阀12和第一流量开关13后分为两条支路回路，一条连接第六球阀14，第二就地流量计15和第七球阀16，另一条支路则只连接第八球阀18，第七球阀16的出口与第八球阀18出口相连后连接第二单向阀17，然后接入尿素喷枪的气体管路接口；备用气仓进口与气源第二个出口相连，出口连接第九球阀19，第九球阀19出口与第五球阀9出口相连；

根据尿素溶液压力实时调整辅助雾化空气量，使两者实现最佳配比，尿素溶液达到良好的雾化效果，同时设置了备用气仓，保证在吹灰操作的同时，不会减少辅助雾化空气的量，影响尿素溶液雾化效果。

第三条支路回路连接第十球阀20，第三压力表21，第三电磁阀22，第二流量开关23，第十一球阀24，第三单向阀25后接入反应器密封空气管路接口；

第四条支路回路连接第十二球阀26，第四压力表27后分为两路支路，第一路支路连接第四电磁阀28，第三压力开关29，第十三球阀30和第四单向阀31后连接至排气管路的通风空气接口；第二路支路连接第五电磁阀32，压力开关33，第十四球阀34和第五单向阀35后连接吹灰空气接口。

进一步地，所述吹灰管组有多组，每一吹灰管组对应反应器内的一层催化剂，每一吹灰管组均配合有对应的控制阀，用于控制吹灰喷嘴间歇输出气流；

每一吹灰管组包括多根间隔布置的吹灰管，每一吹管上均配合有多个吹灰喷嘴，一个吹灰喷嘴用于对应一个催化剂块输出气流。

在本实施例中，对于吹灰机构的布置，吹灰空气接口位于储气罐下部，储气罐呈圆环形，角度80°左右，安装在第一层催化剂40和第二层催化剂41之间，储气罐左右两侧分别接有第一吹灰电磁阀组36和第二吹灰电磁阀组37，每个电磁阀组包含七个电磁阀，分别控制七根吹灰支管。

七根吹灰支管置于距离催化剂层310mm的竖直平面内，相邻吹灰支管相距240mm，长度关于中间吹灰支管对称分布，每根吹灰支管上设置若干个吹灰喷嘴。

根据每根吹灰支管所对的催化剂块的个数，在吹灰支管上设置相同个数的吹灰喷嘴，保证每个吹灰喷嘴正对一个催化剂块，喷嘴方向正对催化剂层截面。

吹灰管位于对应层催化剂的上游，根据每根吹灰支管所对的催化剂块的个数，在吹灰支管上设置相同个数的吹灰喷嘴，保证每个吹灰喷嘴正对一个催化剂块，喷嘴方向正对催化剂层截面，使得清扫后的灰尘能够顺着烟气排出，避免了逆向吹灰导致的灰尘再次附着累积的问题，提高了清灰效率；

设置备用气仓，当吹灰电磁阀组开启时，需要消耗大量的压缩空气，此时可选择打开第九球阀19，启用备用气仓的压缩空气向尿素喷枪喷嘴供以充足的辅助雾化空气，保证尿素溶液达到良好的雾化效果。

采用压缩空气竖直方向强力吹扫，专用吹灰喷嘴显著提高了吹扫力、清灰效果和压缩空气能利用率，且具有针对性强，覆盖面极广，清灰无死角等优点，提高了催化剂的使用寿命，延长了催化剂更换周期。

实施例2

本公开的另一典型实施方式中，如图1所示，提出了一种船舶尾气处理系统。

利用如实施例1中所述的船舶柴油机压缩空气供给吹灰装置。

反应器通过管路连通混合器后连通柴油机排气管，尿素喷枪输出端连通混合器，雾化机构的雾化模块接入尿素喷枪，吹灰管布置在反应器内，密封模块配合反应器密封管路；

所述反应器配合有压差传感器，压差传感器的测试端分别布置在反应器入口处和出口处；

所述反应器内沿烟气流动方向布置有多层催化剂，每层催化剂的上游分别配合有对应的吹灰管组，吹灰管上的吹灰喷嘴朝向催化剂布置；每条管路上均配合有对应的阀组，对该管路供应的气流进行流量控制，当然可以理解的是，也可以增加配置相应的流量控制阀，对该管路供应的气流量进行调节。

在本实施例中，如图1所示，结合实施例1，对尾气处理系统的结构进行详细描述：

反应器39内布置两层催化剂第一层催化剂40和第二层催化剂41，并将压差传感器38分别连接在反应器39的进出口位置处，用来测量反应器进出口的压力差。控制系统根据压差传感器38检测的压差信号，控制吹灰喷嘴的吹灰动作，利用专用吹灰喷嘴喷射出的压缩空气，清除残留在催化剂表面的固体物质，解决催化剂阻塞的问题，延长催化剂使用寿命。

实施例3

本公开的再一典型实施例中，提供一种如实施例2中所述的船舶尾气处理系统的工作方法。

结合图1，对尾气处理系统的工作过程进行详述：

初始状态时，所有阀门处于关闭状态。

准备阶段时，打开第一球阀1，第二球阀3，第四球阀6，第四球阀8，第五球阀9，第六球阀14，第七球阀16，第十球阀20，第十一球阀24，第十二球阀26，第十三球阀30，第十四球阀34。

当主机在非ECA区运行时，不需要运行SCR系统，旁通阀46关闭，排气从排气管排出，不进入反应器参与反应，第四电磁阀28通电工作，当管路内压缩空气流量高于设定值时，第三流量开关29打开，压缩空气通入排气管到混合器之间的通风空气接口，保证通风管路的背压比排烟管内压力高0.1bar，确保排气不会通过旁通阀46进入SCR反应器。

当主机在ECA区运行时，打开旁通阀46，排气从排烟管流过旁通阀46，先后进入混合器，反应器参与脱硝反应后排向大气，此时第四电磁阀28断电停止工作，通风空气停止输入。

系统开始运行时，打开气源，向系统输入压缩空气。第一电磁阀7通电工作，压缩空气流经第一电磁阀7后，经过第一单向阀8进入尿素喷枪喷嘴的液体管路，吹扫尿素喷枪喷嘴，保持管路畅通。

吹扫一段时间后，第一电磁阀7断电停止工作，第二电磁阀12通电开启，尿素喷枪喷嘴的气体管路持续通入辅助雾化空气。

启动尿素喷射系统后，控制系统根据主机信号实时调节喷入的尿素溶液的喷射量，同时控制系统通过调节压力调节阀10的开度，来调节第二压力表11所检测的压力值，使辅助雾化空气压力与尿素溶液背压实现最佳配比，使尿素溶液达到良好的雾化效果。

运行过程中，第三电磁阀22通电工作，当流量达到一定的数值后，第二流量开关23打开，通过密封空气接口持续向反应器39输入高压密封空气，以防止反应器39内的高温高压空气溢出。

控制系统通过检测压差传感器38的压力值，确定吹灰喷嘴的吹灰动作。当压力值超过系统设定的限值，控制系统控制第一吹灰电磁阀组36和第二吹灰电磁阀组37依次开启，利用专用吹灰喷嘴喷射出的压缩空气，清除残留在催化剂表面的固体物质，解决催化剂阻塞的问题。

当压差传感器38检测的压差超过限值时，控制系统控制第一个吹灰电磁阀开启，持续吹扫一段时间后关闭，经过一段时间后，开启下一个电磁阀，依次循环吹扫。控制系统根据压差计的读数，实时控制吹灰喷嘴42的吹灰动作，当压差传感器38检测的压差值越大，表示反应器39内的第一层催化剂40和第二层催化剂41的堵塞情况越严重，故吹灰喷嘴42吹扫的频率越大。

当压差传感器38的读数在正常范围内时，吹灰电磁阀组全部断电，吹灰喷嘴42停止吹灰，同时第三电磁阀22通电，第二流量开关23开启，持续向反应器39通入密封空气，防止高温高压空气外泄。

设置备用气仓，当吹灰电磁阀组开启时，需要消耗大量的压缩空气，此时打开第九球阀19，启用备用气仓的压缩空气向尿素喷枪喷嘴供以充足的辅助雾化空气，保证尿素溶液达到良好的雾化效果。

若不需要读取压缩空气气体流量，可关闭第十球阀29和第十一球阀31，打开十二球阀32，关闭第十五球阀41和第十六球阀43，打开第十七球阀44，同样可以提供充足的压缩空气。

关闭喷枪喷嘴吹扫结束后，所有电磁阀断电，关闭全部球阀。

本实施例中提供的方案能够同时供应SCR反应过程所需的各种压缩空气，对催化剂进行吹灰操作，在清除催化剂表面沉积的灰分，延长催化剂的使用寿命的同时，控制供应气流的压力，维持反应器内的气压，避免烟气回流，提高系统的脱销效率，节约运行成本。

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。

Claims (10)

1.一种船舶柴油机压缩空气供给吹灰装置，其特征在于，包括供气机构、雾化机构、通风机构和清灰机构，雾化机构包括分别通过管路连通供气机构的尿素吹扫模块和雾化模块，清灰机构包括分别通过管路连通供气机构的密封模块和布置在反应器内的吹灰管组，密封模块用于输出气流阻挡反应器内废气逆流，吹灰管组上布置有吹灰喷嘴，并布置在对应催化剂的上游，通风机构包括通过管路连通供气机构的通风模块。

2.如权利要求1所述的船舶柴油机压缩空气供给吹灰装置，其特征在于，所述吹灰管组通过两条管路分别连通供气机构，两条管路上分别配合有第一阀组和第二阀组，控制吹灰管组通过吹灰喷嘴输出压缩空气。

3.如权利要求2所述的船舶柴油机压缩空气供给吹灰装置，其特征在于，所述吹灰管组有多组，每一吹灰管组对应反应器内的一层催化剂，每一吹灰管组均配合有对应的控制阀，用于控制吹灰喷嘴间歇输出压缩空气。

4.如权利要求3所述的船舶柴油机压缩空气供给吹灰装置，其特征在于，每一吹灰管组包括多根间隔布置的吹灰管，每一吹灰管上均配合有多个吹灰喷嘴，一个吹灰喷嘴用于对应一个催化剂块输出气流。

5.如权利要求1所述的船舶柴油机压缩空气供给吹灰装置，其特征在于，雾化机构通过第三阀组连通供气机构，尿素吹扫模块的输出端朝向尿素喷枪喷嘴，雾化模块末端用于接入尿素喷枪，为尿素喷枪提供对应体积的雾化空气。

6.一种船舶尾气处理系统，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的船舶柴油机压缩空气供给吹灰装置。

7.如权利要求6所述的船舶尾气处理系统，其特征在于，反应器通过管路连通混合器后连通柴油机排气管，尿素喷枪输出端连通混合器，尿素喷枪的喷嘴朝向与混合器内气体流动方向一致，雾化机构的雾化模块接入尿素喷枪，吹灰管布置在反应器内，密封模块配合反应器密封管路；通风模块输出端连通混合器。

8.如权利要求7所述的船舶尾气处理系统，其特征在于，所述反应器配合有压差传感器，压差传感器的测试端分别布置在反应器入口处和出口处。

9.如权利要求7所述的船舶尾气处理系统，其特征在于，所述反应器内沿烟气流动方向布置有多层催化剂，每层催化剂的上游分别配合有对应的吹灰管组，吹灰管组上的吹灰喷嘴朝向催化剂布置。

10.如权利要求7所述的船舶尾气处理系统，其特征在于，每条管路上均配合有对应的阀组，对该管路供应的气流进行流量的调节。

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