一種用于中小型船舶scr系統(tǒng)的尿素強(qiáng)效混合裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及船舶煙氣脫硝設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種用于中小型船舶SCR系統(tǒng)的尿素強(qiáng)效混合裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著對(duì)大氣污染治理工作的推進(jìn)，船舶污染物的排放問(wèn)題也逐漸突顯并受到重視。國(guó)際海事組織(MO)海洋環(huán)境保護(hù)委員會(huì)(MEPC)于2008年10月對(duì)“國(guó)際防止船舶造成污染公約(MERP0L)”附則VI進(jìn)行了修正，對(duì)船舶在近海排放限制區(qū)內(nèi)航行時(shí)的氮氧化物排放提出了更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，要求氮氧化物排放量達(dá)到Tier III標(biāo)準(zhǔn)，以維護(hù)近海海域的大氣環(huán)境以及沿海居民的健康保障。
[0003]選擇性催化還原(Selective Catalytic Reduct1n, SCR )是當(dāng)前主流的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣脫硝技術(shù)，可以有效脫除氮氧化物，能使船舶尾氣達(dá)到Tier III排放標(biāo)準(zhǔn)。以尿素為制氨原料的船舶SCR系統(tǒng)運(yùn)行管理成本較低，且尿素?zé)o危險(xiǎn)，便于運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用。在這一技術(shù)中，尿素水溶液噴射霧化質(zhì)量，尿素的熱解效率，氨氣與煙氣的混合均勻程度對(duì)系統(tǒng)的脫硝效率，氨逃逸率和使用壽命有很大的影響。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中也有在SCR脫硝系統(tǒng)中應(yīng)用尿素混合器的案例。如中國(guó)專(zhuān)利CN201200864 Y設(shè)計(jì)的X形靜態(tài)混合器，有效地增強(qiáng)了流體滯留區(qū)的擾動(dòng)，提高了煙氣和NH3的混合效果。但該專(zhuān)利對(duì)船舶實(shí)際運(yùn)行工況的適應(yīng)性不佳。船舶作業(yè)過(guò)程中，其運(yùn)行工況復(fù)雜多變，變工況時(shí)煙氣流場(chǎng)分布不均，該設(shè)計(jì)中的混合器板沿同一方向布置不能夠很好地改善ΝΗ3/Ν0χ濃度空間分布不均的問(wèn)題。中國(guó)專(zhuān)利CN 101900018 A提出了一種由多對(duì)相對(duì)設(shè)置的葉片對(duì)組成的尿素混合裝置，能使排氣通過(guò)混合器時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的氣流擾動(dòng)，混合效果良好，且結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，制造方便。但該專(zhuān)利設(shè)計(jì)會(huì)產(chǎn)生不小的壓降，帶來(lái)排氣背壓升高和發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率耗損的不利影響。中國(guó)專(zhuān)利CN 102242662 B設(shè)計(jì)的靜態(tài)混合器設(shè)置在尿素噴嘴的上游，使得尿素噴嘴處的流場(chǎng)均勻，擾動(dòng)增強(qiáng)。但在尿素噴嘴下游未設(shè)置混合裝置，下游擾動(dòng)效果不佳，存在流體滯留區(qū)，尿素噴霧與煙氣混合不充分，尿素溶液不能充分利用煙氣熱量進(jìn)行蒸發(fā)和熱解，尿素?zé)峤庑式档?。局部低溫區(qū)還容易形成沉積物，導(dǎo)致設(shè)備使用壽命縮短和管道堵塞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有SCR系統(tǒng)中尿素噴霧與煙氣混合不均勻，尿素?zé)峤庑什桓咭咨沙练e物，壓降較大，SCR催化器入口速度偏差和ΝΗ3/Ν0χ濃度偏差較大等缺陷，提供一種用于中小型船舶SCR系統(tǒng)的尿素強(qiáng)效混合裝置。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
一種用于中小型船舶SCR系統(tǒng)的尿素強(qiáng)效混合裝置，該裝置包括管體和自下而上安裝在管體內(nèi)的多孔板、尿素噴嘴和混合器，所述的整流裝置為分布有多個(gè)圓孔的多孔板，所述的擾流裝置為混合器。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于尿素噴嘴的上游設(shè)置整流裝置(多孔板)，尿素噴嘴的下游設(shè)置擾流裝置，該結(jié)構(gòu)能夠使煙氣和尿素噴霧在有限的空間內(nèi)得到更充分的混合，尿素噴霧能夠在較短的時(shí)間內(nèi)吸收更多的煙氣廢熱提高分解速度，從而保證混合煙氣到達(dá)SCR反應(yīng)器入口處時(shí)NH3/NOx濃度比值達(dá)到反應(yīng)要求。
[0007]作為優(yōu)選，多孔板安裝在尿素噴嘴上游200cm-340cm處，混合器安裝在尿素噴嘴下游300cm-500cm處。多孔板、尿素噴嘴、混合器沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向依次布置在管道內(nèi)。
[0008]作為優(yōu)選，多孔板是直徑為300mm-330mm，厚為的圓形不銹鋼板。
[0009]作為優(yōu)選，所述圓孔在多孔板上呈中心對(duì)稱(chēng)分布，各圓孔的圓心間隔為22mm-26mm;沿多孔板半徑方向從里到外，各層圓孔的圓心在一系列同心圓上；圓孔直徑為16mm-20mm。為保證流場(chǎng)均勻并且一定的背壓要求，多孔板的開(kāi)孔率需在40%-55%之間。發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣經(jīng)過(guò)多孔板后，速度場(chǎng)會(huì)變得均勻，多孔板下游的噴嘴噴出的霧滴才能和尾氣更均勻的混合，能夠提高脫硝效率10% —15%。
[0010]作為優(yōu)選，混合器主體為不銹鋼管，不銹鋼管內(nèi)設(shè)有支撐框架，支撐框架上固定有翼片，翼片在不銹鋼管內(nèi)呈中心對(duì)稱(chēng)分布。
[0011]作為優(yōu)選，支撐框架由兩根互相垂直的長(zhǎng)鋼條和固定在長(zhǎng)鋼條上的4根短鋼條組成，長(zhǎng)鋼條沿不銹鋼管的直徑方向設(shè)置，兩根長(zhǎng)鋼條的交叉點(diǎn)即為不銹鋼管的圓心，短鋼條垂直固定于一根長(zhǎng)鋼條上且與另一根長(zhǎng)鋼條相平行;4根短鋼條在徑向上呈中心對(duì)稱(chēng)分布。
[0012]作為優(yōu)選，不銹鋼管的長(zhǎng)度為45mm-55mm，長(zhǎng)鋼條直徑為5mm-8mm、長(zhǎng)度為300mm-330mm，短鋼條與平行的長(zhǎng)鋼條相距54mm-58mm。兩根互相垂直的長(zhǎng)鋼條將不銹鋼管的圓形截面平均分成四部分。在四個(gè)相同的扇形區(qū)域內(nèi)分別固定一短鋼條，短鋼條固定在長(zhǎng)鋼條1/4和3/4處，且與另一根長(zhǎng)鋼條平行。
[0013]作為優(yōu)選，翼片是由兩塊尺寸相同的長(zhǎng)120111111-1301]1111、寬401]1111-481]1111、厚1.0mm-3.0mm的鋼片90°交叉焊接而成。根據(jù)不同的煙道截面尺寸，翼片大小會(huì)有所變化。一般來(lái)說(shuō)，翼片投射于所在的煙道截面上的面積約占煙道截面積的45%為宜。過(guò)大會(huì)使尾氣阻力增加，過(guò)小則擾動(dòng)不充分。
[0014]作為優(yōu)選，在每根短鋼條的中點(diǎn)上焊接一組翼片，使鋼片短邊與相應(yīng)短鋼條所在的垂直于長(zhǎng)鋼條的平面距離為42mm-46mm。使4組翼片在煙道截面上均勻分布，尾氣經(jīng)過(guò)混合器時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的擾動(dòng)，使尾氣和經(jīng)上游噴嘴噴射出的還原劑充分混合，促進(jìn)還原劑濃度場(chǎng)的均勻性和尾氣速度場(chǎng)的均勻性，既增強(qiáng)了脫硝效率，又防止催化劑表面磨損。
[0015]作為優(yōu)選，所述的尿素噴嘴使用SUS304,SUS 316等材料，避免尿素的腐蝕；多孔板以及混合器采用SUS 304或者碳鋼材料，材料選擇依據(jù)煙氣量以及氮氧化物濃度衡量。
[0016]上游的多孔板的設(shè)置能夠很好地適應(yīng)中小型船舶空間小、振動(dòng)大、工況復(fù)雜多變的實(shí)際情況。尾氣經(jīng)過(guò)多孔板后，煙氣在尿素噴嘴處已形成分布均勻且有一定擾動(dòng)的流場(chǎng)。在船舶工況變動(dòng)或振動(dòng)造成排氣分布不均的情況下也能保證噴霧質(zhì)量以及噴霧與煙氣及時(shí)有效的混合。下游混合器結(jié)構(gòu)中組成翼片的兩塊鋼片呈90°交叉，使得每一鋼片背面的流體滯留區(qū)都有流經(jīng)另一鋼片的氣流填充并形成渦流，使流體滯留區(qū)的擾動(dòng)大大增強(qiáng)。尿素噴霧與煙氣能夠更為充分地混合，尿素溶液液滴在更短的時(shí)間內(nèi)吸收更多的煙氣廢熱蒸發(fā)熱解，尿素?zé)峤庑侍岣?，產(chǎn)生了更多的還原劑NH3,減少了尿素溶液的浪費(fèi)。尿素噴嘴下游氣流擾動(dòng)的增強(qiáng)減少了局部低溫區(qū)的存在，有效改善了因局部低溫而造成的沉積現(xiàn)象，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，避免管道堵塞帶來(lái)的不良后果。
[0017]本發(fā)明的尿素強(qiáng)效混合裝置的壓降不大，可減小發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率的損耗。且裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，能夠根據(jù)實(shí)際情況的要求調(diào)整多孔板圓孔和混合器中鋼片等尺寸，以達(dá)到最優(yōu)的效果。最終在SCR催化器入口處形成較為均勻的速度和ΝΗ3/Ν0χ濃度分布，提高了SCR系統(tǒng)的脫硝性能，減少了尿素溶液的浪費(fèi)和氨逃逸造成的污染。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是多孔板的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是為混合器立體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是混合器平面設(shè)計(jì)圖；
圖4是本發(fā)明尿素強(qiáng)效混合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是本發(fā)明尿素強(qiáng)效混合裝置安裝在船舶排氣煙道中側(cè)視圖；
圖中:1.連接法蘭2.管體3.多孔板4.尿素噴嘴5.混合器6.圓孔7.長(zhǎng)鋼條8.短鋼條9.鋼片10.SCR催化器11.不銹鋼管。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面通過(guò)具體實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的具體說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實(shí)施并不局限于下面的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明所做的任何形式上的變通和/或改變都將落入本發(fā)明保護(hù)范圍。
[0020]實(shí)施例1
一種用于中小型船舶SCR系統(tǒng)的尿素強(qiáng)效混合裝置，如圖4所示，該裝置包括管體和自下而上安裝在管體內(nèi)的多孔板、尿素噴嘴4和混合器，所述的整流裝置