船用尿素溶液制备装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及船舶装备领域，特别是关于一种船用尿素溶液制备装置及方法。
【背景技术】
[0002] 为控制船用柴油机的NOx排放，頂0通过了《MARP0L 73/78公约》附则VI《防止船 舶造成空气污染规则》的修正案，规定了 Tier I~Tier III三个级别的船用柴油机 放标准，其中最为严格的Tier III排放标准将于2016年1月1日起在排放控制区（ECA) 内开始实施。
[0003] 选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction，SCR)是一种能够满足 Tier III排放标准的高效柴油机废气后处理技术，即废气中的^^^在290°C~420°C下，与还原剂 在催化剂表面反应，生成无毒无污染的队和H 20。在船舶领域应用时，还原剂多采用尿素溶 液或氨水溶液。因为尿素在储存、运输和使用过程中安全性更好，应用更为广泛。国际标准 化组织（ISO)制定了船用氮氧化物还原剂标准尿素溶液标准（IS018611-2014船舶与航海 技术一航海NO x还原剂AUS 40)，要求所使用的尿素溶液浓度为40 ± 1 % w/w。
[0004] 目前，浓度尿素溶液和尿素粉是SCR还原剂在船上的主要储存形式，两种形式各 有优缺点。
[0005] (1)标准浓度尿素溶液，可直接作为还原剂使用。储存尿素溶液的优点是岸基补充 方便，可通过管路直接加注。缺点是由于还原剂每日消耗量较大，尿素溶液储罐会占用船上 的空间或舱位；高温下，尿素溶液会有微量氨气溢出，影响船上的空气质量；尿素溶液储罐 的罐底残液会发生变质和浓缩，影响新加尿素溶液的浓度和品质；价格较贵，是等当量尿素 粉价格的两倍左右。
[0006] (2)尿素粉，需要在船上配制成尿素溶液才可作为还原剂使用。储存尿素粉的优点 是尿素粉储存体积小；长期储存对环境影响较小；现配现用的方式可保证尿素溶液品质不 受环境影响；价格便宜。缺点除了溶液制备过程步骤多，设备自动化程度低外，主要是尿素 粉吸潮和撒漏导致溶液浓度不达标以及尿素溶液配制用水的问题。尿素粉在生产、包装、储 存、使用过程中都会大量吸潮，尤其是在海洋环境中储存和使用更是如此。尿素粉在20°C时 临界吸湿点为相对湿度80 %，30°C时临界吸湿点降至72. 5 %。储存时间、环境湿度、温度都 会造成尿素粉吸潮量的差别，导致无法直接称量尿素粉净重来配制溶液。另一方面，尿素粉 在输送，倾倒过程中，难免会在输送装置或包装中残留部分尿素粉，这种累积误差也会使溶 液理论浓度和实际浓度不符。此外，为防止SCR催化剂载体发生金属离子中毒从而失去催 化效果，尿素溶液必须使用一级超纯水（电阻率多18ΜΩ ·_)，需要专门的纯水制造设备来 生产，导致了系统成本增加、体积增大。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种船用尿素溶液制备装置及方法，可提高配制的尿素溶 液的浓度精度。
[0008] 本发明的船用尿素溶液制备装置，包括
[0009] 供料系统，用于提供并输送尿素粉；
[0010] 溶解搅拌器，尿素粉经该供料系统由该溶解搅拌器的进料口投入该溶解搅拌器 中，该溶解搅拌器设有浓度传感器；
[0011] 供水设备，该供水设备与该溶解搅拌器之间设有水栗；
[0012] 尿素溶液储罐，该尿素溶液储罐与该溶解搅拌器之间设有尿素溶液注入栗，尿素 溶液经该尿素溶液注入栗注入该尿素溶液储罐中；
[0013] 控制系统，该控制系统包括判断器，该判断器与该浓度传感器连接，该判断器根据 该浓度传感器的信号判断是否继续注水，该控制系统根据该判断器的信号控制该水栗向该 溶解搅拌器分次注入设定数量的纯水。
[0014] 进一步地，该供料系统包括尿素粉包储仓、粉包输送器与自动拆包器，该尿素粉包 储仓用于存储尿素粉包，该尿素粉包经该粉包输送器进入该自动拆包器中拆包送料，该自 动拆包器位于该溶解搅拌器的进料口。
[0015] 进一步地，该尿素粉包储仓的出口处设有粉包计数器，该自动拆包器设有拆包计 数器，该粉包计数器与该拆包计数器分别和该控制系统连接，该控制系统根据粉包计数器 的计数信号关闭该尿素粉包储仓的出口，该控制系统根据拆包计数器的计数结果关闭该粉 包输送器和该自动拆包器。
[0016] 进一步地，该水栗为计量栗，该计量栗根据控制信号定量向该溶解搅拌器加注纯 水，首次注入的纯水的量与所加尿素总重的质量比为〇. 9~I. 1: 1，后续每次注入纯水的量 的计算公式为
[0018] 式中，η :表示注水次数；Bn:表示第η次注入的水量，m Μ n+1:表示第n+1次注入的 水量，m3;C n:表示第η次注水后搅拌稳定的尿素浓度值，％。
[0019] 进一步地，该尿素溶液储罐设有液位传感器，该控制系统根据该液位传感器的信 号开始或停止配制尿素溶液。
[0020] 进一步地，该溶解搅拌器还设有温度传感器与电加热装置，该温度传感器与该判 断器连接。
[0021] 本发明的船用尿素溶液制备方法，利用如上所述的船用尿素溶液制备装置，包 括：
[0022] 控制系统控制供料系统向溶解搅拌器中投入尿素粉，并计算所加尿素粉的总重 量；
[0023] 控制系统根据所加尿素粉的总重量控制水栗向溶解搅拌器内首次注入设定数量 的纯水；
[0024] 开启溶解搅拌器，当尿素溶液的浓度稳定后，判断器根据浓度传感器的信号判断 是否再次注水；
[0025] 判断器判断需再次注水时，控制系统控制水栗向该溶解搅拌器中再次注入设定数 量的纯水，当尿素溶液的浓度稳定后，判断器再次判断是否注水，重复本步骤至尿素溶液的 浓度达到所需浓度值；
[0026] 启动尿素溶液注入栗将尿素溶液从溶解搅拌器栗入尿素溶液储罐。
[0027] 进一步地，该尿素溶液储罐设有液位传感器，该船用尿素溶液制备方法还包括：
[0028] 当该液位传感器的信号提示尿素溶液储罐中液位过低时，该控制系统启动该供料 系统。
[0029] 进一步地，该供料系统包括尿素粉包储仓、粉包输送器与自动拆包器，该控制系统 控制供料系统向溶解搅拌器中投入尿素粉，并计算所加尿素粉的总重量的步骤包括：
[0030] 控制系统根据液位传感器的信号计算所需尿素溶液的体积和所需尿素粉的理论 总重量，并根据每包尿素粉包的净重计算出所加尿素粉包的总数量，若计算的尿素粉包总 数量不为整数，则舍去小数点后数值取整；
[0031] 相应数量的尿素粉包依次从尿素粉包储仓输送至自动拆包器进行拆包，尿素粉由 自动拆包器中倒入溶解搅拌器，空粉包退出装置；
[0032] 控制系统根据所加的尿素粉包的数量和每包尿素粉包的净重计算出所加尿素粉 的总重量。
[0033] 进一步地，该水栗为计量栗，该计量栗根据控制信号定量向该溶解搅拌器加注纯 水，首次注入纯水的量与所加尿素总重的质量比为〇. 9~I. 1: 1，后续每次注入纯水的量的 计算公式为
[0035] 式中，η :表