一種適用于中小型船舶的選擇性催化還原脫硝系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種煙氣處理裝置，特別設及一種適用于中小型船舶的選擇性催化還 原脫硝系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 船舶造成的大氣污染日益嚴重，在一些臨海城市地區(qū)船舶排氣甚至成為主要污染 源，船舶減排勢在必行。近海岸處船舶W中小型船舶為主，對沿海城市及地區(qū)的影響最大， 故針對中小型船舶的減排刻不容緩。氮氧化物是船舶柴油機排氣中主要污染物，國際海事 組織IM0海洋換將保護委員會MPEC在"國際防止船舶造成污染公約MRP化"附則6中要求 船舶在排放限制區(qū)內航行時，其氮氧化物排放量需達到TierIII標準。而TierIII要求 的NOx排放限值無法通過優(yōu)化發(fā)動機機內燃燒的方式達標，需要在機外添加尾氣后處理裝 置W達到排放要求。
[0003] 選擇性還原技術（SCR)是目前最成熟并且應用最廣的煙氣處理技術。SCR是W氨 氣作為還原劑在催化劑的作用下將NOx還原為成的一種技術，在合適的溫度窗口下，針對 煙氣中NOx的脫除效率可達95%W上。
[0004] 目前SCR技術在電廠及車用柴油機已得到較為廣泛的應用，但由于船舶在諸多方 面有別于上述行業(yè)，無法直接將現(xiàn)有的技術直接移植到船舶上。針對中小型船舶內部空間 小W及船舶柴油機排放量大的主要矛盾問題，船用SCR系統(tǒng)的設計需要緊湊化、集成化；而 且，由于船舶在海上長期航行，工作環(huán)境復雜，具有振動強、濕度高等特點，要求船用SCR系 統(tǒng)具備耐腐蝕、防振等特性，工作穩(wěn)定性高。 陽0化]現(xiàn)有技術中也有將SCR技術應用在船舶中的案例。如中國專利CN101922333A設計的船舶SCR脫硝設備，結構較合理，依據(jù)不同的燃油成分及發(fā)動機工況選擇相應催化 劑，基本滿足排放標準，但該專利并沒有針對船舶空間小、振動大等實際情況對系統(tǒng)整體進 行優(yōu)化設計。中國專利CN203822427U提出了一套加強尿素混合的船用SCR系統(tǒng)，主要設 計了霧化器和螺旋葉片混合器等部件，從而加強尿素混合情況，提高脫硝效率。但該專利僅 針對尿素混合段進行著重設計，改善混合效果的同時導致排氣背壓升高，燃油經(jīng)濟性較差， 運營成本較高。
【發(fā)明內容】
[0006] 本發(fā)明的目的在于針對中小型船舶，提供一種結構緊湊、性能穩(wěn)定的適用于中小 型船舶的選擇性催化還原脫硝系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：
[0008] 一種適用于中小型船舶的選擇性催化還原脫硝系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括發(fā)動機、主排氣 管、反應器和根據(jù)發(fā)動機及排氣參數(shù)將尿素水溶液混合壓縮空氣噴入反應器的尿素單元， 反應器的頂部設有尾部排氣管，反應器底部密封連接有進口排氣管，反應器內自下而上安 裝有尿素噴嘴和催化劑模塊，催化劑模塊下方設有吹灰裝置；主排氣管的兩端分別與反應 器和發(fā)動機連接，尿素單元與安裝在反應器內底部的尿素噴嘴相連，尿素單元通過安裝在 反應器內底部的尿素噴嘴將反應所需還原劑噴入反應器內部。
[0009] 優(yōu)選的，反應器的進口排氣管豎直向下設置，主排氣管從進口排氣管的側面接入 進口排氣管。
[0010] 優(yōu)選的，發(fā)動機通過減震波紋管與主排氣管連接，減震波紋管與主排氣管之間還 設置加熱器。
[0011] 優(yōu)選的，反應器的進口排氣管與主排氣管之間通過第二減震波紋管垂直連接，在 主排氣管與第二減震波紋管之間設有=通閥，=通閥的第=個出口通過旁路排氣管道連接 至尾部排氣管。=通閥可將管道切換至避開反應器直通尾部排氣管的旁路排氣管道。
[0012] 優(yōu)選的，尿素單元包括尿素箱、計量累、尿素管、混合器、空氣壓縮機，尿素箱、計量 累和混合器管路依次相連，混合器通過尿素管連接至尿素噴嘴，空氣壓縮機通過管路與混 合器連接。
[0013] 優(yōu)選的，該選擇性催化還原脫硝系統(tǒng)還包括對尿素單元進行自動控制的控制系 統(tǒng)，控制系統(tǒng)包括顯示器、控制模塊、操作模塊和信息采集模塊；顯示器分別與尿素箱和混 合器電路連接，操作模塊為控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構，分別與流量控制器、空氣壓縮機、=通閥 和加熱器相連；信息采集模塊是分布在系統(tǒng)各處的多種傳感器，包括主排氣管路上的溫度 傳感器、質量流量傳感器和NOx濃度傳感器，尾部排氣管路上的NOx濃度傳感器；控制模塊 接收傳感器傳輸?shù)男盘柾瑫r還接收發(fā)動機轉速及功率信號W及人工控制指令，并控制操作 模塊進行調整操作。 陽014] 優(yōu)選的，所述的流量控制器包括前饋流量控制器和反饋流量控制器，前饋流量控 制器和反饋流量控制器設置于計量累和混合器直接的管路上。
[0015] 一種基于所述選擇性催化還原脫硝系統(tǒng)的船舶發(fā)動機排氣的脫硝處理方法，該方 法包括如下步驟：
[0016] (1)發(fā)動機啟動，進行排氣；
[0017] (2)經(jīng)步驟（1)后的排氣經(jīng)減震波紋管進入主排氣管，經(jīng)加熱器后在=通閥處根 據(jù)S通閥狀態(tài)確定是直接經(jīng)尾部排氣管排放至大氣還是經(jīng)反應器參與SCR反應；若S通閥 連通反應器，則排氣經(jīng)過第二減震波紋管7及進口排氣管進入反應器內，經(jīng)步驟（1)后控制 系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動機轉速和功率對尿素噴射量和空氣壓縮機進行預設，尿素水溶液在計量累的 作用下進入尿素管并在混合器中與壓縮空氣混合隨后噴入反應器內，排氣在反應器內與通 過尿素噴嘴射入的尿素水溶液/空氣接觸并混合；
[001引混合后的排氣經(jīng)過催化劑模塊的反應催化劑時排氣中的no、n02與還原劑畑3反應 生成成和H 20，
[0019] 做經(jīng)步驟似后的排氣排出反應器，通過尾部排氣管排入大氣，在步驟似持續(xù) 進行時，催化劑模塊會因排氣中的固體顆粒和沉積的硫酸氨錠而部分堵塞，造成排氣背壓 增大，在發(fā)動機滿負荷運行工況下，吹灰裝置每隔1化進行一次吹灰。
[0020] 所述尿素單元在控制系統(tǒng)的操作下，依據(jù)發(fā)動機及排氣參數(shù)將尿素水溶液混合壓 縮空氣噴射入反應器殼體。反應器內排氣中的NOx與N&反應生成N2和H2〇,達到排氣凈化 脫硝的目的。
[0021] 本發(fā)明結構合理，集成度高，船舶適應性好，能夠有效地將排氣中的NOx還原為成 和&0,綜合脫硝效率可達80% -95%w上。
[0022] 本發(fā)明采用減震式金屬波紋管，長約10cm-15cm，有效對催化反應器進行隔離，始 終保證整體系統(tǒng)不高于B級及W上振動烈度。
[0023] 本發(fā)明對反應器內部結構及進口處管道連接方式進行改良，在做到總體系統(tǒng)集成 的同時避免了反應器內固體顆粒對整個管路及發(fā)動機的影響。由于中小型船舶的機艙空間 十分有限，傳統(tǒng)的SCR系統(tǒng)所采用的將尿素通過噴嘴噴射入管道的做法使得系統(tǒng)復雜，本 發(fā)明將尿素噴嘴集成到反應器中，尿素通過尿素噴嘴在反應器底部噴入后進入催化劑模塊 發(fā)生反應。尿素管通過在進口排氣管處保溫層中環(huán)繞數(shù)圈再經(jīng)噴嘴噴射的方法進行預熱促 進尿素分解。
[0024] 反應器進口排氣管豎直向下，底部密封，中間段垂直接入排氣管。運樣的結構有 效避免了反應器內部分催化劑脫落或排氣中固體顆粒沉積等導致的顆粒物進入主排氣管 和發(fā)動機降低整體工作效率且影響安全穩(wěn)定性。反應器截面積