CN214170649U - 一种船舶脱硝余热利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种船舶脱硝余热利用系统，所述系统由余热锅炉、涡轮、SCR反应器、尿素溶解罐、温度控制器、三通阀和多个烟气支路组成。柴油机尾气经涡轮降压降温后进入SCR反应器，与尿素溶解罐提供的还原剂氨混合后发生还原反应，通过温度控制器和三通阀根据柴油机运行工况控制各支路的启停，回收尾气余热并充分利用。相对于传统方案，本系统解决了船舶尾气处理设备占地面积大、SCR催化剂易堵、尾气余热回收利用率低等问题，能根据柴油机运行负荷调整系统工况，有利于尾气处理系统安全高效的运行。

Description

一种船舶脱硝余热利用系统

技术领域

本实用新型涉及柴油机尾气治理领域，尤其涉及一种船舶柴油机尾气脱硝余热利用的系统。

背景技术

随着船舶航运业的发展，船舶柴油机作为一种移动污染源，尾气排放量与日俱增，对环境的危害也越来越严重。国际海事组织(IMO)对船舶NOx和SOx的排放制定了专门的MARPOL公约，自2016年1月1日起要求船舶在排放控制区域必须严格满足TierⅢ的排放限值要求，以有效约束船舶尾气排放对大气造成的污染。我国针对沿海船舶和内河船舶排放控制的法规也日趋严格，对在我国排放控制区内航行的船舶提出了更高的要求。

当前船舶尾气治理应用较多的技术是湿法喷淋脱硫和SCR脱硝，主要因为其技术成熟稳定、脱除效率高，并且在传统的大气治理中应用广泛。然而船舶尾气治理有其特殊性，场地有限、工况负荷波动大、移动排放源、余热浪费、安全要求高等特点，需要对传统脱硫脱硝技术进行优化改造才能更好的应用于船舶尾气治理。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有船舶SCR脱硝技术的不足之处，提供一种船舶脱硝余热利用系统，既能满足船舶柴油机全负荷工况运行的排放要求，又能实现尾气余热回收利用、催化剂吹脱再生、设备布置紧凑，达到多重功效。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种船舶脱硝余热利用系统，包括：柴油机、涡轮、余热锅炉、尿素溶解罐和SCR反应器；所述柴油机的尾气出口分别与涡轮的进口、余热锅炉的热媒第一进口相连，其中，涡轮用于对尾气进行增压，涡轮的出口分别与余热锅炉的热媒第二进口、SCR反应器的第三进口相连，余热锅炉产生的高温气体出口分别与SCR反应器的第一进口、尿素溶解罐的进口相连，尿素溶解罐的出口与SCR反应器的第二进口相连，SCR反应器的出口与余热锅炉的热媒第三进口连接；其中，柴油机的尾气出口管路、涡轮的出口管路、余热锅炉产生的高温气体出口管路上设有温度控制器和阀门，用于监测温度和控制气体流向。

进一步地，涡轮还包括涡轮空气侧入口和涡轮空气侧出口，涡轮空气侧出口与柴油机的进口连接，空气从涡轮空气侧入口进入涡轮进行增压升温后送至柴油机进行燃烧供能。

进一步地，所述阀门为三通阀，具体包括废气三通阀、余热三通阀、涡轮出口废气三通阀；其中，废气三通阀的三个端口分别连接柴油机的尾气出口、废气旁路、废气主路，废气旁路的另一端与余热锅炉的热媒第一进口相连，废气主路的另一端与涡轮的进口相连；余热三通阀的三个端口分别连接余热锅炉产生的高温气体出口、余热主路、余热旁路，余热主路的另一端与尿素溶解罐的进口相连，余热旁路的另一端与SCR反应器的第一进口相连；涡轮出口废气三通阀的三个端口分别连接涡轮的出口、涡轮出口废气旁路、涡轮出口废气主路，涡轮出口废气旁路的另一端与SCR反应器的第二进口相连，涡轮出口废气主路的另一端与SCR反应器的第三进口相连。

柴油机燃烧后的尾气主要通过废气主路进入涡轮降压降温，再经过涡轮出口废气主路进入SCR反应器，与尿素溶解罐提供的还原剂氨发生催化还原反应，反应后的净烟气经过SCR出口管路进入余热锅炉回收热量，回收热量后的低温净烟气进入后续的脱硫系统或排空。

其中，由废气三通阀、余热三通阀、涡轮出口废气三通阀和温度控制器分别控制废气旁路、余热旁路、涡轮出口废气旁路三条支路，船舶尾气进行SCR脱硝时，三条支路为关闭状态。当船舶航行至非控制区域无需进行尾气处理时，SCR脱硝停运，同时开启废气旁路、涡轮出口废气旁路，并关闭涡轮出口废气主路，一部分尾气直接经过废气旁路进入余热锅炉，另一部分尾气经过涡轮降压降温后再由涡轮出口废气旁路送至余热锅炉，在余热锅炉中回收热量后的烟气直接排放。SCR停运时，关闭余热主路，开启余热旁路，部分含余热的高温气体进入SCR反应器，利用高温对脱硝反应中产生的硫酸铵等易堵塞副产品进行分解吹脱，有利于保持脱硝催化剂的活性，提高脱硝效率。

本实用新型的有益效果是：通过温度控制器装置和三通阀调节旁路的启停，根据船舶航行情况制定合理的尾气处理系统运行方案，提高余热回收利用率，保证系统安全可靠运行。利用余热对脱硝副产物硫酸铵进行高温分解吹脱，有利于保持催化剂活性，延长催化剂使用寿命，提高脱硝效率。利用余热对尿素水解喷射系统加热保温，在SCR反应器入口处进行氨化混合，无需单独设置氨/空气混合器，大大减少了设备占用空间。

附图说明

图1为本实用新型实施例中一种船舶脱硝余热利用系统的结构示意图；

图中，柴油机1、涡轮2、余热锅炉3、尿素溶解罐4、SCR反应器5、废气三通阀6、余热三通阀7、涡轮出口废气三通阀8、第一温度控制器9a、第二温度控制器9b、第三温度控制器9c、涡轮空气管道11、废气旁路12、废气主路13、涡轮出口废气旁路14、涡轮出口废气主路15、余热主路16、余热旁路17、SCR出口管路18、涡轮空气侧入口21、涡轮空气侧出口22、涡轮废气侧入口23、涡轮废气侧出口24。

具体实施方式

如图1所示，柴油机1和涡轮2由涡轮空气管道11和废气主路13连接，柴油机1和余热锅炉3由废气旁路12连接，余热锅炉3和SCR反应器5由余热主路16、余热旁路17和SCR出口管路18连接，涡轮2和SCR反应器5由涡轮出口废气主路15连接，涡轮2和余热锅炉由涡轮出口废气旁路14连接，形成完整的船舶脱硝余热利用系统。

具体地，空气从涡轮空气侧入口21进入涡轮2，经过加压升温后从涡轮空气侧出口22流出，经涡轮空气管道11进入柴油机1，发生燃烧反应。柴油机1的燃烧尾气依次流经第一温度控制器9a和废气三通阀6，废气三通阀6通过废气旁路12、废气主路13分别与余热锅炉3的热媒第一进口和涡轮2的废气侧相连，其中废气主路13中的废气从涡轮废气侧入口23进入涡轮2，经过降压降温后从涡轮废气侧出口24流出,依次流经第二温度控制器9b和涡轮出口废气三通阀8，涡轮出口废气旁路14与余热锅炉的热媒第二进口相连，涡轮出口废气主路15与SCR反应器5的第三进口相连。

余热锅炉3产生的高温气体依次流经第三温度控制器9c和余热三通阀7，分别通过余热主路16、余热旁路17和尿素溶解罐4、SCR反应器5的第一进口相连。SCR反应器5的下端通过SCR出口管路18与余热锅炉3的第三进口相连。

本实用新型的工作过程如下：空气进入涡轮2的空气侧加压升温后送至柴油机1进行燃烧供能。柴油机1燃烧后的尾气主要通过废气主路13进入涡轮2降压降温，再经过涡轮出口废气主路15进入SCR反应器5，与尿素溶解罐4提供的还原剂氨发生催化还原反应，反应后的净烟气经过SCR出口管路18进入余热锅炉3回收热量，回收热量后的低温净烟气进入后续的脱硫系统。

其中，由废气三通阀6、余热三通阀7、涡轮出口废气三通阀8和第一温度控制器9a、第二温度控制器9b、第三温度控制器9c控制废气旁路12、余热旁路17、涡轮出口废气旁路14三条支路，船舶尾气进行SCR脱硝时，三条支路为关闭状态。当船舶航行至非控制区域无需进行尾气处理时，SCR脱硝停运，同时开启废气旁路12、涡轮出口废气旁路14，并关闭涡轮出口废气主路15，一部分尾气直接经过废气旁路12进入余热锅炉3，另一部分尾气经过涡轮2降压降温后再由涡轮出口废气旁路14送至余热锅炉3，在余热锅炉3中燃烧回收热量后的烟气直接排放，根据第一温度控制器9a、第二温度控制器9b可以控制阀门开度，从而调整提高余热回收利用率。SCR停运时，关闭余热主路16，开启余热旁路17，部分含余热的高温气体进入SCR反应器5，利用高温对脱硝反应中产生的硫酸铵等易堵塞副产品进行分解吹脱，有利于保持脱硝催化剂的活性，提高脱硝效率，同样可以根据第三温度控制器9c调整阀门开度，使其达到最佳。

本实用新型通过船舶尾气余热回收利用的优化设计，由温度控制器装置和三通阀调节旁路的启停，能够根据船舶航行情况制定合理的尾气处理系统运行方案，提高余热回收利用率，保证系统安全可靠运行。利用余热对脱硝副产物硫酸铵进行高温分解吹脱，有利于保持催化剂活性，延长催化剂使用寿命，提高脱硝效率。利用余热对尿素水解喷射系统加热保温，在SCR反应器入口处进行氨化混合，无需单独设置氨/空气混合器，大大减少了设备空间，有利于解决船舶尾气治理空间小的难题，具有较好的推广应用前景。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法把所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种船舶脱硝余热利用系统，其特征在于，包括：柴油机(1)、涡轮(2)、余热锅炉(3)、尿素溶解罐(4)和SCR反应器(5)；所述柴油机(1)的尾气出口分别与涡轮(2)的进口、余热锅炉(3)的热媒第一进口相连，其中，涡轮(2)用于对尾气进行增压，涡轮(2)的出口分别与余热锅炉(3)的热媒第二进口、SCR反应器(5)的第三进口相连，余热锅炉(3)产生的高温气体出口分别与SCR反应器(5)的第一进口、尿素溶解罐(4)的进口相连，尿素溶解罐(4)的出口与SCR反应器(5)的第二进口相连，SCR反应器(5)的出口与余热锅炉(3)的热媒第三进口连接；其中，柴油机(1)的尾气出口管路、涡轮(2)的出口管路、余热锅炉(3)产生的高温气体出口管路上设有温度控制器和阀门，用于监测温度和控制气体流向。

2.根据权利要求1所述的船舶脱硝余热利用系统，其特征在于，涡轮(2)还包括涡轮空气侧入口(21)和涡轮空气侧出口(22)，涡轮空气侧出口(22)与柴油机(1)的进口连接，空气从涡轮空气侧入口(21)进入涡轮(2)进行增压。

3.根据权利要求1所述的船舶脱硝余热利用系统，其特征在于，所述阀门为三通阀，具体包括废气三通阀(6)、余热三通阀(7)、涡轮出口废气三通阀(8)；其中，废气三通阀(6)的三个端口分别连接柴油机(1)的尾气出口、废气旁路(12)、废气主路(13)，废气旁路(12)的另一端与余热锅炉(3)的热媒第一进口相连，废气主路(13)的另一端与涡轮(2)的进口相连；余热三通阀(7)的三个端口分别连接余热锅炉(3)产生的高温气体出口、余热主路(16)、余热旁路(17)，余热主路(16)的另一端与尿素溶解罐(4)的进口相连，余热旁路(17)的另一端与SCR反应器(5)的第一进口相连；涡轮出口废气三通阀(8)的三个端口分别连接涡轮(2)的出口、涡轮出口废气旁路(14)、涡轮出口废气主路(15)，涡轮出口废气旁路(14)的另一端与SCR反应器(5)的第二进口相连，涡轮出口废气主路(15)的另一端与SCR反应器(5)的第三进口相连。

4.根据权利要求1所述的船舶脱硝余热利用系统，其特征在于，余热锅炉(3)的热媒出口直接排空或与脱硫系统连接。

Images