CN216043958U - 一种船用柴油机尾气处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种船用柴油机尾气处理装置，包括还原剂制备与存储系统和后处理系统，还原剂制备与存储系统包括制备箱和中转箱，制备箱与中转箱之间设有转运管线，转运管线入口与制备箱连接，出口连接有回流支线和转运支线，两者分别与制备箱和中转箱连接，回流支线上设有回流阀和密度计，转运支线上设有转运阀；中转箱与后处理系统之间通过输送管线连接。通过将还原剂制备与存储系统划分为制备箱与中转箱两部分，其中制备箱用于制备尿素溶液，中转箱用于存储并向后处理系统输出已配制好的尿素溶液，由此解决尿素溶液配制及存储问题。

Description

一种船用柴油机尾气处理装置

技术领域

本实用新型属于发动机尾气处理技术领域，具体涉及一种船用柴油机尾气处理装置。

背景技术

船舶柴油机由于通常使用的是品质较为低劣的重油，故其所燃烧释放的尾气中污染物含量较为严重，特别是其中的氮氧化物，如果不经处理直接向空气中排放，不仅会导致酸雨发生，危害植物生长，而且还会破坏人体的中枢神经系统；因此国际海事组织制定了Tier III NOx排放标准并于2016年1月1日起在排放控制区实施。

选择性催化还原法(SCR)是目前最主流的柴油机后处理技术，其脱硝效率能够做到90％以上；SCR的基本工作原理是向废气中喷入还原剂，其中还原剂多采用尿素溶液，尿素溶液经喷枪雾化喷洒进后处理管道内热解为氨气，之后氨气与废气充分混合后经催化剂发生催化还原反应，使得废气中的氮氧化物转化为氮气和水蒸气，从而使尾气达标排放。

目前SCR技术研究的重点主要都是集中在如何控制尿素喷洒上，但轮船不同于汽车，通常汽车是直接购买加注配制好的尿素溶液，而轮船则由于航行时间长、消耗量大，故多选择储备尿素干粉，并在使用时自行配制；然而由于现有船用后处理设备缺乏对尿素配制这一环节的良好支持，使得用户在配制尿素时不仅操作麻烦，而且配制的溶液质量好坏波动较大，最终影响尾气处理性能。

实用新型内容

针对现有技术中存在的不足，本实用新型提供了一种船用柴油机尾气处理装置，用以提供一套从尿素溶液配制到尾气处理全过程的技术解决方案。

本实用新型通过以下技术手段实现上述技术目的。

一种船用柴油机尾气处理装置，包括还原剂制备与存储系统和后处理系统，其中还原剂制备与存储系统包括制备箱和中转箱；制备箱上设有粉剂投放口，并且连接有清水管线和第一蒸汽管线；制备箱与中转箱之间设有转运管线，转运管线入口与制备箱连接，转运管线出口连接有回流支线和转运支线，回流支线与制备箱连接，转运支线与中转箱连接；转运管线上设有转运泵，回流支线上设有回流阀和密度计，转运支线上设有转运阀；中转箱内连接有第二蒸汽管线；中转箱与后处理系统之间通过输送管线连接；

所述后处理系统包括喷枪和催化剂模块，喷枪与所述输送管线连接，喷枪和催化剂模块设置在供尾气流通的管道内，且沿尾气流动方向，喷枪位于催化剂模块前部。

进一步地，所述制备箱上还设有搅拌机。

进一步地，第一蒸汽管线的出口端延伸至制备箱内部距离底面500mm处。

进一步地，所述第二蒸汽管线贯穿中转箱，位于中转箱内部的管线以蛇形排布。

进一步地，所述第二蒸汽管线出口端与疏水管线连接，疏水管线另一端连接至制备箱。

进一步地，所述第一蒸汽管线和第二蒸汽管线上均设有阀门。

进一步地，沿尾气流动方向，所述后处理系统依次包括混合管道、反应管道和出口管道；多个喷枪设置在混合管道内，所述喷枪还通过压缩空气管线与稳压罐连接；多组催化剂模块设置在反应管道内。

进一步地，所述喷枪设有两个，两喷枪前后相距1000mm，在混合管道内每个喷枪后部各设有一个混合模块。

进一步地，反应管道与混合管道的接口处依次设有均布板和整流格栅。

进一步地，所述催化剂模块与反应管道为活动连接，能够由反应管道侧壁向外抽出；催化剂模块设有三组，每组催化剂模块前部各设有一条吹灰管线，吹灰管线与所述压缩空气管线相连。

本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型提供了一种船用柴油机尾气处理装置，通过将还原剂制备与存储系统划分为制备箱与中转箱两部分，其中制备箱用于制备尿素溶液，中转箱用于存储并向后处理系统输出已配制好的尿素溶液，由此解决尿素溶液配制及存储问题；并且在制备箱与中转箱之间通过设置转运管线，在满足由制备箱向中转箱内转运尿素溶液需求的同时，还能够提升尿素配制效率及质量，尤其是通过回流支线上设置的密度计，做到快捷高效地评估判断尿素溶液是否配制合格。

(2)尿素溶液的温度对催化反应有着显著影响，因而本实用新型通过采用蒸汽管线加热的方式提升并控制尿素溶液的温度，其中制备箱中以直接向尿素溶液中充入水蒸气的形式加热，保证加热效果的同时还随着气泡在尿素溶液中的翻腾作用促进尿素溶液混合，而中转箱中则采用蒸汽管道热传递的方式加热，并将管道内冷却液化的水由疏水管线送入制备箱中，以此提升资源利用率。

(3)本实用新型后处理系统中，通过双喷枪加双混合模块的设置，保证还原剂与尾气的混合均匀性，并且将传统的固定设置在反应管道内的催化剂变为前后三组的模块化设计，保证尾气处理效率的同时，提升后期维护的可操作性。

附图说明

图1为本实用新型船用柴油机尾气处理装置结构逻辑图。

附图标记：

1-制备箱； 11-粉剂投放口； 12-清水管线； 13-第一蒸汽管线；

14-第一蒸汽阀； 15-搅拌机； 2-转运管线； 21-转运泵；

22-回流支线； 23-回流阀； 24-转运支线； 25-转运阀；

3-中转箱； 31-第二蒸汽管线； 32-第二蒸汽阀； 33-疏水管线；

4-输送管线； 41-输送泵； 5-稳压罐； 51-压缩空气管线；

52-吹灰管线； 53-吹灰阀； 61-混合管道； 62-反应管道；

63-出口管道； 64-喷枪； 65-混合模块； 66-均布板；

67-整流格栅； 68-催化剂模块。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所示实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相通或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示的船用柴油机尾气处理装置，包括还原剂制备与存储系统和后处理系统。所述还原剂制备与存储系统包括制备箱1和中转箱3，其中制备箱1用于制备还原剂尿素溶液，而中转箱3用于存储已配制好的尿素溶液；当然还原剂除尿素溶液外，还可采用例如氨水等其他品种，本实施例中仅以尿素作为示例性说明。

所述制备箱1上设有粉剂投放口11和搅拌机15，制备箱1还外接有清水管线12和第一蒸汽管线13；其中粉剂投放口11用于向制备箱1中投放尿素干粉，清水管线12用于向制备箱1中加注清水；所述第一蒸汽管线13的出口端一直延伸至制备箱1内部，具体为距离底部500mm处，第一蒸汽管线13通过向制备箱1内尿素溶液中通入水蒸气，以此方式加热尿素溶液，第一蒸汽管线13上设有第一蒸汽阀14，第一蒸汽阀14用于控制第一蒸汽管线13的通断；所述搅拌机15的搅拌叶片位于制备箱1内部，用于搅拌尿素溶液。

制备箱1与中转箱3之间通过转运管线2连通，转运管线2入口端与制备箱1连接，并且在入口端一侧设有转运泵21，转运管线2出口端通过三通管划分出两条支线管道，分别为回流支线22和转运支线24，其中回流支线22的出口端与制备箱1连接，而转运支线24的出口端与中转箱3连接，回流支线22上设有回流阀23和密度计，转运支线24上设有转运阀25。当需要配制尿素溶液时，开启转运泵21和回流阀23，并保持转运阀25关闭，从而以此方式使得制备箱1中的尿素溶液循环流动，提升尿素干粉在清水中的混合速度与混合均匀性，并且通过密度计监测循环流动过程中的尿素溶液的密度波动情况，以此判断是否混合均匀；而当需要转运尿素溶液时，则开启转运泵21和转运阀25，并保持回流阀23关闭，从而使得制备箱1中已配制好的尿素溶液泵送至中转箱3中。

所述中转箱3外接有第二蒸汽管线31，第二蒸汽管线31上设有第二蒸汽阀32，第二蒸汽管线31贯穿整个中转箱3，并且其位于中转箱3内部的管线以蛇形排布，第二蒸汽管线31出口端与疏水管线33一端连接，疏水管线33另一端连接至制备箱1。第二蒸汽管线31内流通有水蒸气，进而以管道散发的热量加热中转箱3内的尿素溶液，当第二蒸汽管线31内的水蒸气冷却液化成水后，再通过疏水管线33送入制备箱1，从而高效利用水资源。中转箱3还外接有输送管线4，输送管线4上设有输送泵41，输送管线4用于将存储在中转箱3内的尿素溶液输送给后处理系统。

因尿素溶液的温度对尾气处理效率影响显著，故上述制备箱1以及中装箱3上均设置有液位计和温度计，以供用户精确掌控尿素溶液的储量及其储存温度。

所述后处理系统为本装置中具体负责向尾气中喷洒还原剂并进行催化还原反应的部分，沿尾气流动方向依次包括混合管道61、反应管道62和出口管道63。

在混合管道61内设置有两个喷枪64，且依据尾气流动方向，两喷枪64前后设置，且前后相距1000mm，同时在混合管道61内每个喷枪64后部还各设有一个混合模块65；其中混合模块65是一种基于流体学研制的，用于使还原剂与尾气混合更加均匀的部件，属于现有技术，例如公开号CN110657007B所公开的尿素混合器，故其具体结构及工作原理在此不作赘述。所述喷枪64的液体输入端与输送管线4连接，并且喷枪64还通过压缩空气管线51与外部的稳压罐5相连；稳压罐5是一种现有设备，用于输出压力稳定的高压气体。工作时，喷枪64将高压气体作为动力源，从而使得由输送管线4输入的尿素溶液雾化喷洒在混合管道61内，之后尿素与尾气经混合模块65充分混合后流入反应管道62。

所述反应管道62与混合管道61的接口处依次设有均布板66和整流格栅67；其中均布板66是一种用于将管道内气体进行均匀分配的部件，使流场更加均匀；而整流格栅67则是通过尾气在格栅内的碰撞、整合作用，将进入格栅前水平方向流动的尾气调整为竖向流动，从而使得尾气以一定的入射角射入催化剂，避免催化剂表面被过度冲刷，并且整流格栅67还能使得尾气流速分布整合得相对均匀，以使得催化剂被充分利用提升反应效率；上述均布板66和整流格栅67都是现有SCR脱硝技术领域中的常用部件，故其具体结构在此不作赘述。在整流格栅67之后，反应管道62内前后设置有三组催化剂模块68，催化剂模块68与反应管道62为活动连接，能够由反应管道62侧壁向外抽出，以便于后期维护和替换催化剂。每组催化剂模块68前部各设有一条吹灰管线52，三条吹灰管线52均与压缩空气管线51相连，且每条吹灰管线52上各自设有吹灰阀53；通过吹灰管线52向催化剂模块68表面和管道内壁喷吹压缩空气，以此保证反应管道62内的清洁。

上述各型阀门、泵、喷枪等部件的运行控制，均可采用现有常用电气控制手段进行操控，并还可通过加装各类压力传感器、温度传感器、流量计等现有感测设备提高控制精度；因具体电气控制方案属于现有技术，故本发明尾气处理装置的具体电气连接结构以及所需的电气部件在此不作具体说明描述。

本实用新型尾气处理装置在使用时，分为还原剂制备、还原剂存储和尾气处理三个环节。

(1)还原剂制备：分别通过粉剂投放口11和清水管线12向制备箱1中加注尿素干粉和清水，之后通过搅拌机14对尿素溶液进行搅拌，以及通过转运管线2加回流支线22使尿素溶液循环流动，以此方式促进尿素溶液混合均匀；同时在尿素溶液制备过程中，通过第一蒸汽管线13加热并保持尿素溶液的温度在所规定的范围内；最后依据回流支线22上密度计读数的波动情况判别是否混合均匀。

(2)还原剂存储：还原剂制备完成后，通过转运管线2加转运支线24将制备箱1内的尿素溶液转运至中转箱3中；之后通过第二蒸汽管线31对尿素溶液进行加热及保温。

(3)尾气处理：当柴油机工作时，柴油机所排放的尾气先后流经混合管道61和反应管道62，最后再由出口管道63排放至大气中；上述尾气流动过程中，首先在混合管道61内通过喷枪64向尾气中喷洒尿素，并由混合模块65使尿素与尾气充分混合；混合后的尾气依次通过均布板66和整流格栅67，以使尾气的流速、流场及流向得到优化调整，最后在反应管道62内，尾气流经催化剂模块68发生催化还原反应，尾气中的氮氧化物被消除。在尾气处理过程中，吹灰管线52依据人为设置适时开启工作，以此防止尾气中的灰尘在混合管道62内淤积堵塞。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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实用新型的限制。

本实用新型并不限于上述实施方式，在不背离本实用新型的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变形均属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种船用柴油机尾气处理装置，其特征在于：包括还原剂制备与存储系统、后处理系统，其中还原剂制备与存储系统包括制备箱(1)和中转箱(3)；制备箱(1)上设有粉剂投放口(11)，且制备箱(1)连接有清水管线(12)和第一蒸汽管线(13)；制备箱(1)与中转箱(3)之间设有转运管线(2)，转运管线(2)入口与制备箱(1)连接，转运管线(2)出口连接有回流支线(22)和转运支线(24)，回流支线(22)与制备箱(1)连接，转运支线(24)与中转箱(3)连接；转运管线(2)上设有转运泵(21)，回流支线(22)上设有回流阀(23)和密度计，转运支线(24)上有转运阀(25)；中转箱(3)内连接有第二蒸汽管线(31)；中转箱(3)与后处理系统之间通过输送管线(4)连接；

所述后处理系统包括喷枪(64)和催化剂模块(68)，喷枪(64)与所述输送管线(4)连接，喷枪(64)和催化剂模块(68)设置在供尾气流通的管道内，且沿尾气流动方向，喷枪(64)位于催化剂模块(68)前部。

2.根据权利要求1所述的船用柴油机尾气处理装置，其特征在于：所述制备箱(1)上还设有搅拌机(15)。

3.根据权利要求1所述的船用柴油机尾气处理装置，其特征在于：第一蒸汽管线(13)的出口端延伸至制备箱(1)内部距离底面500mm处。

4.根据权利要求1所述的船用柴油机尾气处理装置，其特征在于：所述第二蒸汽管线(31)贯穿中转箱(3)，且位于中转箱(3)内部的第二蒸汽管线(31)以蛇形排布。

5.根据权利要求4所述的船用柴油机尾气处理装置，其特征在于：所述第二蒸汽管线(31)出口端与疏水管线(33)一端连接，疏水管线(33)另一端连接至制备箱(1)。

6.根据权利要求1所述的船用柴油机尾气处理装置，其特征在于：所述第一蒸汽管线(13)和第二蒸汽管线(31)上均设有阀门。

7.根据权利要求1所述的船用柴油机尾气处理装置，其特征在于：沿尾气流动方向，所述后处理系统依次包括混合管道(61)、反应管道(62)和出口管道(63)；多个喷枪(64)设置在混合管道(61)内，所述喷枪(64)还通过压缩空气管线(51)与稳压罐(5)连接；多组催化剂模块(68)设置在反应管道(62)内。

8.根据权利要求7所述的船用柴油机尾气处理装置，其特征在于：所述喷枪(64)设有两个，两喷枪(64)前后相距1000mm，在混合管道(61)内每个喷枪(64)后部各设有一个混合模块(65)。

9.根据权利要求7所述的船用柴油机尾气处理装置，其特征在于：反应管道(62)与混合管道(61)的接口处依次设有均布板(66)和整流格栅(67)。

10.根据权利要求7所述的船用柴油机尾气处理装置，其特征在于：所述催化剂模块(68)与反应管道(62)为活动连接，能够由反应管道(62)侧壁向外抽出；催化剂模块(68)设有三组，每组催化剂模块(68)前部各设有一条吹灰管线(52)，吹灰管线(52)与所述压缩空气管线(51)相连。

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