船舶廢氣脫硝系統的制作方法
【專利摘要】一種船舶廢氣脫硝系統，包括廢氣脫硝管路，通過第一閥門與柴油機的排氣端連接；廢氣旁通管路，通過第二閥門與柴油機的排氣端連接；脫硝反應器，連接在廢氣脫硝管路中；加熱管路，通過第三閥門與焚燒爐連接；加熱旁通管路，通過第四閥門與焚燒爐連接；第一閥門與第三閥門開啟、第二閥門與第四閥門關閉，焚燒爐廢氣經加熱管路與柴油機廢氣在廢氣脫硝管路進行混合調溫后進入脫硝反應器進行脫硝；第一閥門與第三閥門關閉、第二閥門與第四閥門開啟，焚燒爐廢氣與柴油機廢氣分別經加熱旁通管路與廢氣旁通管路排出。本發明通過加熱管路連接焚燒爐與廢氣脫硝管路，利用焚燒爐廢氣對柴油機廢氣的溫差進行加熱調溫，使混合廢氣的溫度滿足反應器的反應要求。
【專利說明】
船舶廢氣脫硝系統
技術領域
[0001]本發明涉及大氣環境保護領域，特別是關于一種船舶廢氣脫硝系統。
【背景技術】
[0002]根據國際海事組織(MO)通過的《MARP0L 73/78公約》附則VI中《防止船舶造成空氣污染規則》的修正案的要求，船舶廢氣中的氮氧化物必須經過處理達標之后才能排放。對于低速船用柴油機(轉速n〈130rpm)，處理后的氮氧化物含量要小于3.4g/kwh，而對于目前的低速柴油機，僅靠優化柴油機燃燒方式，無法達到該排放要求。因此，船舶柴油機必須配備船舶廢氣脫硝系統，而選擇性催化還原技術(Selective Catalytic Reduct1n，SCR)是目前應用性最強的一種柴油機后處理技術，該技術是在290°C?420°C下，利用還原劑選擇性地與NOx在催化劑上進行還原反應，生成無毒無污染的NdPH2O。目前，船舶廢氣脫硝系統只有在進入排放控制區域(Emiss1n Control Area，ECA區域)時才會運行，船舶在非ECA區域運行時，脫硝系統處于停機狀態。
[0003]對應用于大功率船用低速柴油機的SCR系統來說，有兩種安裝方式:安裝在渦輪增壓器前和安裝在渦輪增壓器后。安裝在渦輪增壓器之后的SCR系統對于柴油機本體的影響相對較小，因此廣泛應用于各種船舶。對于安裝在渦輪增壓器之后的SCR系統來說，由于船舶廢氣經過渦輪增壓之后溫度變低(230°C左右)，尤其是在柴油機在低負荷時，不能完全滿足SCR所需的反應溫度，因此需要對廢氣進行加熱，目前普遍采用的加熱方式為增加燃燒器，通過燃燒器中燃油燃燒的熱量來加熱柴油機廢氣。然而，使用燃燒器需要新的設備，同時燃油消耗量也大，增加了能耗及成本。
[0004]另一方面，船上的污油、污泥和塑料、紙板、罐頭盒、食品廢棄物等垃圾需通過增加焚燒爐焚燒的方式來處理，而目前對焚燒爐廢氣的處理方式是，將廢氣溫度降低到350 °C以避免二噁英的生成，然后直接排放到大氣中，這樣既造成了熱量損失，還會導致廢氣中的NOx污染大氣。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種船舶廢氣脫硝系統，可使船舶廢氣溫度滿足SCR反應所需的溫度并減少大氣污染。
[0006]本發明的船舶廢氣脫硝系統，包括
[0007]廢氣脫硝管路，該廢氣脫硝管路通過第一閥門與柴油機的排氣端連接；
[0008]廢氣旁通管路，該廢氣旁通管路通過第二閥門與柴油機的排氣端連接；
[0009]脫硝反應器，該脫硝反應器連接在該廢氣脫硝管路中；
[0010]加熱管路，該加熱管路的一端通過第三閥門與焚燒爐的出氣口連接，另一端與該廢氣脫硝管路連通；
[0011 ]加熱旁通管路，該加熱旁通管路通過第四閥門與焚燒爐的出氣口連接;其中，
[0012]該第一閥門與該第三閥門開啟、該第二閥門與該第四閥門關閉，焚燒爐廢氣經該加熱管路與柴油機廢氣在該廢氣脫硝管路進行混合調溫后，進入該脫硝反應器進行脫硝并排出；該第一閥門與該第三閥門關閉、該第二閥門與該第四閥門開啟，焚燒爐廢氣與柴油機廢氣分別經該加熱旁通管路與該廢氣旁通管路直接排出。
[0013]進一步的，該脫硝反應器的出口端設有排氣管路，該排氣管路通過排氣閥門與該廢氣脫硝管路連接，該廢氣脫硝管路在與該排氣管路連接的位置之后設有第五閥門，該第一閥門、該第四閥門與該第五閥門關閉，該第三閥門與該排氣閥門開啟，焚燒爐廢氣經該加熱管路、該廢氣脫硝管路進入該脫硝反應器后由該排氣管路排出。
[0014]進一步的，該焚燒爐的出氣口與該脫硝反應器的入口之間的管路長度小于2.5米。
[0015]進一步的，該加熱旁通管路的排氣端與該廢氣旁通管路連接，該連接的位置位于該第二閥門之后。
[0016]進一步的，該廢氣脫硝管路的排氣端與廢熱鍋爐連接，該廢氣旁通管路的排氣端通過第六閥門與該廢熱鍋爐連接。
[0017]進一步的，各閥門為自動控制閥門。
[0018]進一步的，該柴油機與該船舶廢氣脫硝系統之間設有渦輪增壓器，該渦輪增壓器包括廢氣進口端、廢氣出口端、空氣進口端與空氣出口端，該廢氣進口端與該柴油機的排氣端連接，該廢氣出口端與該廢氣脫硝管路、該廢氣旁通管路連接。
[0019]進一步的，該廢氣脫硝管路中還設有混合器，該混合器位于該脫硝反應器之前，該混合器中設有尿素溶液噴槍。
[0020]進一步的，該脫硝反應器中設有吹灰器。
[0021 ]進一步的，該加熱管路在該第三閥門之后設有第一引風機，該加熱旁通管路在該第四閥門之后設有第二引風機。
[0022]本發明的實施例中，通過加熱管路連接焚燒爐與廢氣脫硝管路，將焚燒爐的高溫廢氣與柴油機的廢氣進行混合，利用兩者的溫差，提高柴油機廢氣的溫度，降低焚燒爐廢氣的溫度，提高了能量利用效率，并使船舶廢氣的溫度滿足脫硝反應所需的溫度。同時，焚燒爐廢氣與柴油機廢氣混合后溫度降低，避免了焚燒爐廢氣中二噁英的生成，焚燒爐廢氣與柴油機廢氣混合后一起經過脫硝反應處理后排出，可有效減少大氣污染。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明實施例中船舶廢氣脫硝系統的組成框圖。
【具體實施方式】
[0024]為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對本發明的【具體實施方式】、結構、特征及其功效，詳細說明如后。
[0025]首先需要說明的是，本說明書中“之前”與“之后”是以廢氣在管路中的流動方向作為參考方向，“之后”即指位于廢氣流動方向的下游。
[0026]請參閱圖1，本發明實施例的船舶廢氣脫硝系統包括與柴油機10連接的渦輪增壓器11，連接在渦輪增壓器11與廢熱鍋爐18之間的廢氣脫硝管路12與廢氣旁通管路13，連接在焚燒爐15與廢氣脫硝管路12之間的加熱管路16以及連接在焚燒爐15與廢氣旁通管路13之間的加熱旁通管路17。本發明實施例的船舶廢氣脫硝系統還包括位于廢氣脫硝管路12中的第一閥門121、混合器122、脫硝反應器14及第五閥門124，位于廢氣旁通管路13中的第二閥門131及第六閥門132，位于加熱管路16中的第三閥門161與第一引風機162，以及位于加熱旁通管路17中的第四閥門171與第二引風機172。其中，本發明實施例中的各個閥門均為自動控制閥門。
[0027]渦輪增壓器11位于柴油機10與廢氣脫硝系統之間。渦輪增壓器11包括空氣進口端111、空氣出口端112、廢氣進口端113與廢氣出口端114，其中，空氣進口端111與大氣連通，為柴油機10的掃氣入口，空氣出口端112與柴油機10的進氣端101連接，廢氣進口端113與柴油機10的排氣端102連接，廢氣出口端114與廢氣脫硝管路12、廢氣旁通管路13連接，也就是說，廢氣脫硝管路12與廢氣旁通管路13連接于柴油機10的排氣端102。
[0028]廢氣脫硝管路12通過第一閥門121與柴油機10的排氣端102連接，混合器122、脫硝反應器14與第五閥門124連接在廢氣脫硝管路12中，第五閥門124位于脫硝反應器14與廢熱鍋爐18之間，混合器122設置在脫硝反應器14之前，混合器122中設有尿素溶液噴槍123，尿素溶液噴槍123用于對尿素溶液進行霧化，混合器122的作用是將尿素溶液水解生成的氨氣與廢氣充分混合，混合不充分會導致廢氣在脫硝反應器14內反應不充分，不僅會導致廢氣處理不達標，同時氨逃逸也會增加。
[0029]加熱管路16連接焚燒爐15與廢氣脫硝管路12。具體的，加熱管路16的一端通過第三閥門161與焚燒爐15的出氣口連接，加熱管路16的一端(排氣端)與廢氣脫硝管路12連接，且加熱管路16與廢氣脫硝管路12的連接位置位于第一閥門121之后。進一步的，為保證進入廢氣脫硝管路12的焚燒爐廢氣量及防止焚燒爐廢氣回流，加熱管路16在第三閥門161之后還設有第一引風機162。
[0030]當第一閥門121、第三閥門161與第五閥門124開啟時，柴油機10產生的廢氣經渦輪增壓器11進入廢氣脫硝管路12中，經過渦輪增壓器11的柴油機廢氣溫度降低，此時，焚燒爐15產生的廢氣經加熱管路16進入廢氣脫硝管路12中并與柴油機廢氣匯合，由于焚燒爐廢氣的溫度較高，使得柴油機廢氣與焚燒爐廢氣混合而成的廢氣的溫度高于柴油機廢氣的溫度，從而將廢氣的溫度提高到滿足脫硝反應的溫度。混合后的廢氣首先進入混合器122，在混合器122中與尿素溶液分解生成的氨氣充分混合后進入脫硝反應器14中進行脫硝，使廢氣中的Ν0、Ν02被還原為N2和H2O,最后，脫硝后的廢氣經第五閥門124進入廢熱鍋爐18進行余熱回收后排出。進一步的，為了防止廢氣中的灰塵、顆粒物等阻塞脫硝反應器14的催化劑孔道，脫硝反應器14中可設置吹灰器(圖未示)對催化劑表層進行定時吹掃，該吹灰器的工作介質為高壓壓縮空氣。
[0031]在本實施例中，焚燒爐15的最低出口煙氣溫度為850°C，為了避免二噁英的生成，焚燒爐15的廢氣應在距離焚燒爐15的出口 2.5m的范圍內冷卻到350 °C，因此，焚燒爐15的出氣口與廢氣脫硝管路12之間的距離應盡可能的縮短，并且焚燒爐15的出氣口與脫硝反應器14的入口之間的管路長度應小于2.5米，以使焚燒爐廢氣的溫度在盡量短的距離內下降到350 0C ο在本實施例中，兩種廢氣的混合溫度為310 °C?350°C。可以理解，控制廢氣混合的溫度及焚燒爐廢氣的降溫速度也可通過控制焚燒爐15的排氣量的方式實現。
[0032]本發明實施例將焚燒爐15的高溫廢氣與柴油機10的廢氣進行混合，利用兩者的溫差，提高柴油機廢氣的溫度，降低焚燒爐廢氣的溫度，提高了能量利用效率，并使船舶廢氣的溫度滿足脫硝反應所需的溫度。同時，焚燒爐廢氣與柴油機廢氣混合后溫度降低，避免了焚燒爐廢氣中二噁英的生成，焚燒爐廢氣與柴油機廢氣混合后一起經過脫硝反應處理后排出，可有效減少大氣污染。
[0033]在本實施例中，焚燒爐15的主要工作介質為船上的污油、污泥和塑料、紙板、罐頭盒、食品廢棄物等垃圾，當這些垃圾的量較少時，高溫廢氣的產生量不能滿足提高柴油機廢氣溫度的目的時，也能以船用燃油為介質運行。可以理解，焚燒爐15的工作介質以焚燒垃圾為主，并以燃油為輔，即使使用少量燃油，其相對直接使用燃油燃燒器對廢氣進行加熱，也節省了大部分的燃油消耗。
[0034]請繼續參見圖1，進一步的，在本實施例中，脫硝反應器14的出口端設有排氣管路19，排氣管路19通過排氣閥門191與廢氣脫硝管路12連接。當第一閥門121、第四閥門171與第五閥門124關閉，第三閥門161與排氣閥門191開啟時，焚燒爐廢氣經加熱管路16、廢氣脫硝管路12進入脫硝反應器14后由排氣管路19排出。
[0035]由于柴油機廢氣中的SO3會與NH3反應生成硫酸氫銨，當溫度降低時，硫酸氫銨會在催化劑表面凝結，堵塞催化劑，長時間的硫酸氫銨的凝結，會造成催化劑堵塞，甚至失活。因此，在脫硝反應器14停止運行時，通過焚燒爐15焚燒少量燃油(不焚燒垃圾)，并將焚燒爐廢氣直接通入脫硝反應器14，將脫硝反應器14的溫度提高到350°C，此時硫酸氫銨分解，并隨廢氣從排氣管路19的排氣閥門191排出，使脫硝反應器14內的氣體硫酸氫銨含量逐漸降低。焚燒爐15運行兩個小時之后可認為脫硝反應器14內的硫酸氫銨已全部排出，此時關閉焚燒爐15，關閉排氣閥門191。本發明實施例利用焚燒爐廢氣的高溫使催化劑表面的硫酸氫銨揮發，達到使脫硝反應器14中催化劑再生的目的。
[0036]請繼續參見圖1，廢氣旁通管路13通過第二閥門131與柴油機10的排氣端102連接，加熱旁通管路17通過第四閥門171與焚燒爐15的出氣口連接。
[0037]進一步的，加熱旁通管路17的排氣端與廢氣旁通管路13連接，且連接的位置位于第二閥門131之后，如此，焚燒爐廢氣可通過加熱旁通管路17進入廢氣旁通管路13，廢氣旁通管路13的排氣端通過第六閥門132與廢熱鍋爐18連接。此外，為保證進入廢氣旁通管路13的焚燒爐廢氣量及防止焚燒爐廢氣回流，加熱旁通管路17在第四閥門171之后還設有第二引風機172。
[0038]當第二閥門131、第四閥門171與第六閥門132開啟時，柴油機10產生的廢氣經渦輪增壓器11進入廢氣旁通管路13中，焚燒爐15產生的廢氣經加熱旁通管路17進入廢氣旁通管路13中，兩者混合后經第六閥門132進入廢熱鍋爐18進行余熱回收后排出。在本實施例中，為了避免二噁英的生成，加熱旁通管路17的長度也應盡可能縮短。
[0039]接下來，對本發明的船舶廢氣脫硝系統的工作過程詳細說明如下。
[0040]當船舶在ECA區域內運行時，開啟第一閥門121、第三閥門161、與第五閥門124，同時關閉第二閥門131、第四閥門171、第六閥門132與排氣閥門191，柴油機10產生的廢氣經渦輪增壓器11進入廢氣脫硝管路12中，焚燒爐15產生的廢氣經加熱管路16進入廢氣脫硝管路12中并與柴油機廢氣匯合，使得柴油機廢氣與焚燒爐廢氣混合而成的廢氣的溫度高于柴油機廢氣的溫度，從而將廢氣的溫度提高到滿足脫硝反應的溫度。混合后的廢氣首先進入混合器122，在混合器122中與尿素溶液分解生成的氨氣充分混合后的氣體進入脫硝反應器14中進行脫硝，使廢氣中的Ν0、Ν02被還原為他和出0，最后，脫硝后的廢氣進入廢熱鍋爐18進行余熱回收后排出，以滿足當前區域的廢氣排放要求。
[0041]當船舶在非ECA區域運行時，脫硝反應器14關閉，尿素溶液關閉，焚燒爐15的工作介質換成燃油，此時，關閉第一閥門121、第四閥門171與第五閥門124，開啟第二閥門131、第三閥門161、第六閥門132與排氣閥門191，柴油機10的廢氣經渦輪增壓器11出來后不進入脫硝反應器14，而直接從廢氣旁通管路13進入廢熱鍋爐18中進行余熱回收后排出，焚燒爐15燃燒燃油產生的煙氣經加熱管路16、廢氣脫硝管路12進入脫硝反應器14，將脫硝反應器14的溫度提高到350°C，此時硫酸氫銨分解，并隨煙氣從排氣管路19的排氣閥門191排出，使脫硝反應器14內的催化劑再生。
[0042]焚燒爐15運行兩個小時之后可認為脫硝反應器14內的硫酸氫銨已全部排出，此時，關閉焚燒爐15，關閉第三閥門161與排氣閥門191。如焚燒爐15還需焚燒垃圾，則開啟第四閥門171，使焚燒爐15產生的廢氣經加熱旁通管路17進入廢氣旁通管路13，焚燒爐廢氣與柴油機廢氣匯合后溫度降低，并經第六閥門132進入廢熱鍋爐18進行余熱回收后排出。
[0043]綜上所述，本發明的船舶廢氣脫硝系統至少包括如下優點:
[0044]本發明通過加熱管路連接焚燒爐與廢氣脫硝管路，利用柴油機和焚燒爐的廢氣溫差，并控制焚燒爐與柴油機廢氣管道的距離及排氣量，在使廢氣溫度達到脫硝反應所需溫度的同時，實現了對焚燒爐的廢氣進行冷卻、避免焚燒爐廢氣中生成二噁英的目的，并對焚燒爐煙氣進行了脫硝處理，減少了大氣污染。同時，在脫硝反應器未運行時，將少量焚燒爐廢氣單獨直接通入脫硝反應器中，利用廢氣的高溫使脫硝反應器的催化劑表面的硫酸氫銨揮發，達到催化劑再生的目的，延長了催化劑的使用壽命。
[0045]最后，本發明以具體的實施例來說明其所達到的效果:
[0046]實施例一:
[0047]某72000DWT散貨船，主機功率為8000kw，廢氣流量為50000kg/h。經過渦輪增壓器的柴油機廢氣溫度為235°C，使用本發明的船舶廢氣脫硝系統，經焚燒爐廢氣混合之后溫度可達345°C，能夠滿足SCR反應所需溫度。同時，與使用燃燒器進行加熱相比，節省燃油(船用柴油MD0)消耗約為20kg/h。
[0048]實施例二:
[0049]某150000DWT原油船，主機功率為15000kw，廢氣流量約為130000kg/h，經過渦輪增壓器的柴油機廢氣溫度為225°C，使用本發明的船舶廢氣脫硝系統，經焚燒爐廢氣混合之后溫度可達340°C，能夠滿足SCR反應所需溫度。同時，與使用燃燒器進行加熱相比，節省燃油(船用柴油MD0)消耗約為37.5kg/h。
[0050]實施例三:
[0051 ] 某2000TEU集裝箱船，主機功率為17000kw，廢氣流量為150000kg/h，經過渦輪增壓器的柴油機廢氣溫度為230°C，使用本發明的船舶廢氣脫硝系統，經焚燒爐廢氣混合之后溫度可達340°C，能夠滿足SCR反應所需溫度。同時，與使用燃燒器進行加熱相比，節省燃油(船用柴油MDO)消耗約為41 kg/h。
[0052]以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
【主權項】
1.一種船舶廢氣脫硝系統，其特征在于:包括 廢氣脫硝管路(12)，該廢氣脫硝管路(12)通過第一閥門(121)與柴油機(10)的排氣端(102)連接； 廢氣旁通管路(13)，該廢氣旁通管路(13)通過第二閥門(131)與柴油機(10)的排氣端(102)連接； 脫硝反應器(14)，該脫硝反應器(14)連接在該廢氣脫硝管路(12)中； 加熱管路(16)，該加熱管路(16)的一端通過第三閥門(161)與焚燒爐(I5)的出氣口連接，另一端與該廢氣脫硝管路(12)連通； 加熱旁通管路(17)，該加熱旁通管路(17)通過第四閥門(171)與焚燒爐(15)的出氣口連接;其中， 該第一閥門(121)與該第三閥門(161)開啟、該第二閥門(131)與該第四閥門(171)關閉，焚燒爐廢氣經該加熱管路(16)與柴油機廢氣在該廢氣脫硝管路(12)進行混合調溫后，進入該脫硝反應器(14)進行脫硝并排出；該第一閥門(121)與該第三閥門(161)關閉、該第二閥門(131)與該第四閥門(171)開啟，焚燒爐廢氣與柴油機廢氣分別經該加熱旁通管路(17)與該廢氣旁通管路(13)直接排出。2.如權利要求1所述的船舶廢氣脫硝系統，其特征在于:該脫硝反應器(14)的出口端設有排氣管路(19)，該排氣管路(19)通過排氣閥門(191)與該廢氣脫硝管路(12)連接，該廢氣脫硝管路(12)在與該排氣管路(19)連接的位置之后設有第五閥門(124)，該第一閥門(121)、該第四閥門(171)與該第五閥門(124)關閉，該第三閥門(161)與該排氣閥門(191)開啟，焚燒爐廢氣經該加熱管路(16)、該廢氣脫硝管路(12)進入該脫硝反應器(14)后由該排氣管路(19)排出。3.如權利要求1所述的船舶廢氣脫硝系統，其特征在于:該焚燒爐(15)的出氣口與該脫硝反應器(14)的入口之間的管路長度小于2.5米。4.如權利要求1所述的船舶廢氣脫硝系統，其特征在于:該加熱旁通管路(17)的排氣端與該廢氣旁通管路(13)連接，該連接的位置位于該第二閥門(131)之后。5.如權利要求3所述的船舶廢氣脫硝系統，其特征在于:該廢氣脫硝管路(12)的排氣端與廢熱鍋爐(18)連接，該廢氣旁通管路(13)的排氣端通過第六閥門(132)與該廢熱鍋爐(18)連接。6.如權利要求2或5所述的船舶廢氣脫硝系統，其特征在于:各閥門為自動控制閥門。7.如權利要求1所述的船舶廢氣脫硝系統，其特征在于:該柴油機(10)與該船舶廢氣脫硝系統之間設有渦輪增壓器(U)，該渦輪增壓器(11)包括廢氣進口端(113 )、廢氣出口端(114)、空氣進口端(111)與空氣出口端(112)，該廢氣進口端(113)與該柴油機(10)的排氣端(102)連接，該廢氣出口端(114)與該廢氣脫硝管路(12)、該廢氣旁通管路(13)連接。8.如權利要求1所述的船舶廢氣脫硝系統，其特征在于:該廢氣脫硝管路(12)中還設有混合器(122)，該混合器(122)位于該脫硝反應器(14)之前，該混合器(122)中設有尿素溶液噴槍(123)。9.如權利要求1所述的船舶廢氣脫硝系統，其特征在于:該脫硝反應器(14)中設有吹灰器。10.如權利要求1所述的船舶廢氣脫硝系統，其特征在于:該加熱管路(16)在該第三閥門(161)之后設有第一引風機(162)，該加熱旁通管路(17)在該第四閥門(171)之后設有第二引風機(172)。
【文檔編號】B01D53/86GK105944567SQ201610474217
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月24日
【發明人】高健, 范昊, 張文濤, 于航, 劉光洲
【申請人】青島雙瑞海洋環境工程股份有限公司