用于船舶废气脱硝装置的制造方法
【专利摘要】一种船舶废气脱硝装置，包括引气管路、燃料箱、燃烧器、废气进气管路、燃烧室、喷射枪、反应器及废气出气管路，引气管路及燃料箱通过燃烧器与燃烧室相连，废气进气管路与燃烧室相连，喷射枪位于燃烧室内，燃烧室通过连接管路与反应器相连，废气出气管路位于反应器远离燃烧室的一侧并与反应器相连，燃烧室包括内燃烧室及外燃烧室，内燃烧室设置于外燃烧室内，燃烧器设于内燃烧室内，废气进气管路与燃烧室的连通口设置于外燃烧室内，且废气进气管路与燃烧室的连通口的位置与内燃烧室的侧壁对应，内燃烧室与外燃烧室通过内燃烧室上的开口连通。
【专利说明】
用于船舶废气脱硝装置
技术领域
[0001]本发明涉及环境工程领域，尤其是一种用于船舶废气脱硝装置。
【背景技术】
[0002]随着各国政府对陆用交通工具、火力发电厂的排放控制日益严格，船舶废气已逐渐成为全球大气污染的主要污染源之一。为控制船舶废气污染物对大气的污染，国际海事组织(IMO)制定《防止船舶造成大气污染规则》(MARP0L 73/78公约附则VI)，其中第13条规定:2016年I月I日或以后建造的船舶，若在ECA(排放控制区)航行，氮氧化合物(NOx)排放需满足Tier III标准。而Tier III标准NOx排放量小于Tier II的三分之一，以现有技术而言，仅依靠柴油机缸内燃烧优化无法实现，因此必须安装废气后处理装置。
[0003]基于此背景，SCR(Selective Catalytic Reduct1n，即选择性催化还原技术)作为一种成熟的脱硝技术，成为了船用废气脱硝的主流选择。其原理是通过喷射含氨的水溶液作为还原剂，在催化剂作用下将NOx选择性还原为氮气和水。根据SCR反应器相对应涡轮增压器位置的不同，分为高压SCR系统和低压SCR系统。其中低压SCR系统由于安装在涡轮增压器后方，具有安装简易、对主机影响小的优势，受到了国外众多厂家的广泛关注。然而经过涡轮增压器后废气的温度较低，且废气中的硫氧化物与氨气在低温条件下易生成硫酸氢铵，堵塞催化剂孔，进而导致催化效率降低、压损增加，影响SCR系统正常运行。
[0004]为解决此问题，现有船用低压SCR系统多采用在反应器前设置燃烧器的方式，对废气进行二次加热。在现有技术中，在SCR系统中设置燃烧室，通过进气系统引入的空气在燃烧室内燃烧产生高温烟气后与废气混合，对废气进行加热，然而，废气的进气口同样设置在燃烧室内，当废气进入燃烧室时，由于废气具有一定的流速，因此，容易对燃烧室内的火焰造成干扰，影响燃烧的稳定性，导致燃烧效率下降，使火焰偏烧，甚至烧毁燃烧室壁面，同时，中国船级社要求废气加热装置油耗低于主机额定工况下油耗的5%，燃烧效率的下降就意味着提高了油耗，在规定的油耗内难以将低速机废气加热至理想温度。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种船舶废气脱硝装置，该装置能够稳定燃烧室的火焰，提升燃烧效率，降低油耗。
[0006]本发明例提供一种船舶废气脱硝装置，包括引气管路、燃料箱、燃烧器、废气进气管路、燃烧室、喷射枪、反应器及废气出气管路，所述引气管路及所述燃料箱通过所述燃烧器与所述燃烧室相连，所述废气进气管路与所述燃烧室相连，所述喷射枪位于所述燃烧室内，所述燃烧室通过连接管路与所述反应器相连，所述废气出气管路位于所述反应器远离所述燃烧室的一侧并与所述反应器相连，所述燃烧室包括内燃烧室及外燃烧室，所述内燃烧室设置于所述外燃烧室内，所述燃烧室设于所述内燃烧室内，所述废气进气管路与所述燃烧室的连通口设置于外燃烧室内，且所述废气进气管路与所述燃烧室的连通口的位置与内燃烧室的侧壁对应，所述内燃烧室与所述外燃烧室通过所述内燃烧室上的开口连通。
[0007]进一步地，所述内燃烧室为圆筒形，该圆筒形的端部一端密封且固定于所述外燃烧室上，所述开口形成于所述内燃烧室另一端的端面上。
[0008]进一步地，所述内燃烧室侧壁的长度不小于所述内燃烧室内火焰的喷射长度。[0009 ]进一步地，所述内燃烧室的侧壁为由耐高温不锈钢材料制成的侧壁。
[0010]进一步地，所述外燃烧室为圆筒形，所述内燃烧室与所述外燃烧室同轴设置，所述内燃烧室固定于所述外燃烧室的一个端面上，所述连接管路与所述外燃烧室的连通口位于所述外燃烧室上远离所述内燃烧室一侧的端面上，所述内燃烧室侧壁的长度小于所述外燃烧室侧壁的长度。
[0011]进一步地，所述外燃烧室靠近所述反应器的一侧还形成有收缩部，所述收缩部呈圆台形，从远离所述反应器的一端至靠近所述反应器的一端，所述收缩部垂直于所述外燃烧室轴线的截面的半径逐渐变小。
[0012]进一步地，所述废气进气管路与所述外燃烧室的连通口位于外燃烧室的侧壁上，所述引气管路的与所述内燃烧室连通处的轴线垂直于所述废气进气管路的与所述外燃烧室连通处的轴线。
[0013]进一步地，所述喷射枪设置于所述外燃烧室上，且所述喷射枪的喷射口位于外燃烧室与连接管路的连接处，所述喷射枪的喷射口朝向所述外燃烧室上靠近所述反应器的一侧。
[0014]进一步地，所述船舶废气脱硝装置上还设有空气预热器，所述空气预热器设置于所述废气出气管路上，所述引起管路从所述空气预热器内穿过。
[0015]进一步地，所述船舶废气脱硝装置还设有旁通管路，所述旁通管路连通于所述废气进气管路与所述废气出气管路之间。
[0016]综上所述，本发明通过将燃烧室分为内燃烧室及外燃烧室，通过内燃烧室的侧壁防止废气气流对内燃烧室内的火焰造成影响，达到稳定燃烧室的火焰，提升燃烧效率，降低油耗的目的。
[0017]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
【附图说明】
[0018]图1为本发明实施例提供的船舶废气脱硝装置的结构示意图。
[0019]图2为图1中燃烧室的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如下。
[0021]本发明提供一种船舶废气脱硝装置，该装置能够稳定燃烧室的火焰，提升燃烧效率，降低油耗。图1为本发明实施例提供的船舶废气脱硝装置的结构示意图，图2为图1中燃烧室的结构示意图，如图1及图2所示，本发明实施例提供的船舶废气脱硝装置包括引气管路11、燃料箱21、燃烧器22、废气进气管路12、燃烧室30、喷射枪40、反应器50及废气出气管路13，引气管路11及燃料箱21通过燃烧器22与燃烧室30相连，在本实施例中，燃料优选为柴油等燃料油，废气进气管路12与燃烧室30相连，并将主机61产生的废气引入燃烧室30，喷射枪40位于燃烧室30内，用于喷出还原剂溶液，在本实施例中，还原剂溶液优选为尿素溶液，燃烧室30通过连接管路14与反应器50相连，废气与燃烧室30内产生的高温烟气进入反应器50后进行脱硝反应，废气出气管路13位于反应器50远离燃烧室30的一侧并与反应器50相连，将脱硝后的废气排出。在本发明中，燃烧室30包括内燃烧室31及外燃烧室32，内燃烧室31设于外燃烧室32内，燃烧器22设于内燃烧室31内，即引气管路11引入的空气及燃料箱21引入的燃料均进入内燃烧室31，产生的火焰在内燃烧室31内燃烧，废气进气管路12与燃烧室30的连通口设于外燃烧室32内，且其位置与内燃烧室31的侧壁对应，即废气进气管路12引入的废气进入外燃烧室32后会喷在内燃烧室31的侧壁上，内燃烧室31远离引气管路11与内燃烧室31连通口处设有开口 311并与外燃烧室32连通，高温烟气通过开口 311与外燃烧室32内的废气混合后进入反应器。
[0022]在本发明中，由于燃烧器22点燃燃料，产生火焰是在内燃烧室31内燃烧，而废气进入燃烧室30时首先进入的是外燃烧室32，内燃烧室31的侧壁会对废气气流进行阻挡，避免废气进入燃烧室30时的气流对燃料燃烧产生的火焰产生影响，因此能够稳定燃烧室30的火焰，提高燃料的燃烧效率，降低油耗。另外，废气进入燃烧室30时会直接喷到内燃烧室31的侧壁上，可以在内燃烧室31的侧壁上形成湍流旋涡，能够增加废气与内燃烧室31内高温烟气的换热效率。
[0023]在本实施例中，内燃烧室31的侧壁为由耐高温不锈钢材料制成的侧壁，可将内燃烧室31内的热量迅速传递至内燃烧室31的外部，内燃烧室31优选为圆筒形，该圆筒形的端部一端密封，且固定于外燃烧室32上，内燃烧室31与外燃烧室32连通的开口 311形成于内燃烧室31另一端的端面上，燃烧器22与内燃烧室31的连通口位于内燃烧室31远离上述开口311处一侧的端面的圆心处，内燃烧室31侧壁的长度不小于内燃烧室31内火焰的喷射长度。
[0024]更为具体地，外燃烧室32也大致为圆筒形，内燃烧室31与外燃烧室32同轴设置，内燃烧室31固定于外燃烧室32的一个端面上，连接管路14与外燃烧室32的连通口位于外燃烧室32上远离内燃烧室31—侧的端面上，内燃烧室31侧壁的长度小于外燃烧室32侧壁的长度，即内燃烧室31的侧壁达不到外燃烧室32靠近反应器50—侧的端面上，内燃烧室31上的开口 311形成于外燃烧室32靠近反应器50的一端。在本实施例中，在外燃烧室32上靠近反应器50的一侧还设有收缩部321，收缩部321呈圆台形，从远离反应器50的一端至靠近反应器50的一端，收缩部321垂直于外燃烧室32轴线的截面的半径逐渐变小，优选地，靠近反应器50—端的端面的半径与连接管路14的半径相同。
[0025]废气进气管路12与外燃烧室32的连通口位于外燃烧室32的侧壁上，在本实施例中，引气管路11的与内燃烧室31连通处的轴线与废气进气管路12的与外燃烧室32连通处的轴线垂直，即废气进入外燃烧室32时的气流方向与空气进入内燃烧室31时的气流方向相互垂直。
[0026]进一步地，在本实施例中，喷射枪40设置于外燃烧室32上，且其喷射口位于外燃烧室32与连接管路14的连接处，喷射枪40的喷射口朝向外燃烧室32上靠近反应器50的一侧。该设置能够使喷入燃烧室30内的尿素溶液直接蒸发分解，从而省去了使尿素溶液分解的装置。
[0027]在本实施例中，引气管路11的端部设置有引气用的引风机71，引风机71将空气引入引气管路11，为了增加引入空气的温度同时降低油耗，在废气出气管路13上还设置有空气预热器15，引气管路11从空气预热器15内穿过，利用废气的温度将引入的空气加热，加热后的空气通过高温风机72吹入内燃烧室31。
[0028]为了充分混合废气、燃烧后的烟气及还原剂，在燃烧室30与反应器50之间还设有混合器73。
[0029]进一步地，为了便于控制脱硝进程，在主机61与燃烧室30之间设有反应器入口阀81，在反应器50与空气预热器15之间设有反应器出口阀82。在本发明实施例提供的船舶废气脱硝装置中还设有旁通管路16，旁通管路16连通于废气进气管路12与废气出气管路13之间，旁通管路16与废气进气管路12之间的连通口设置于主机61与反应器入口阀81之间，旁通管路16与废气出气管路13之间的连通口设置于反应器50与空气预热器15之间，在旁通管路16上还设置有旁通管路控制阀83。
[0030]本发明实施例提供的船舶废气脱硝装置还包括控制柜62、第一温度传感器91、第二温度传感器92、第三温度传感器93及流量计94，第一温度传感器91及流量计94设置于引气管路11上，并位于空气预热器15与高温风机72之间，第二温度传感器92设置于燃烧室30与反应器50之间的连接管路14上，第三温度传感器93设置于废气出气管路13上并位于反应器50与空气预热器15之间。第一温度传感器91、第二温度传感器92、第三温度传感器93及流量计94均与控制柜62相连，并将检测到的结果传递至控制柜62，控制柜62根据废气的排放量、各管路上的温度计算出燃烧器22的耗油量及引风机71的引风量，控制本发明提供的船舶废气脱硝装置进行脱硝作业。
[0031]当需要进行脱硝作业时，需经过扫气、点火预热、喷氨及停机四个进程。
[0032]扫气进程的步骤如下:首先开启反应器入口阀81及反应器出口阀82，关闭旁通管路控制阀83，控制柜62根据废气的排放量，各管路上的温度参数，初步计算出燃烧器22的耗油量及引风机71的引风量，其次，控制柜62开启引风机71，外部新鲜的空气经引风机71进入空气预热器15，然后经过高温风机72进入内燃烧室31及反应器50，扫除船舶废气脱硝装置中原有的气体，最后经过反应器出口阀82、空气预热器15排入大气。
[0033]点火预热的进程如下:待流量计94检测到空气的流速达到目标值并且稳定后，燃料箱21向内燃烧室31内喷出燃料油，控制柜62启动燃烧器22的点火电极，燃料在内燃烧室31内燃烧产生火焰，产生高温烟气，高温气流经内燃烧室31流向连接管路14，废气废气进气管路12经外燃烧室32流向连接管路14，由于废气在流入外燃烧室32内时受到了内燃烧室31侧壁的阻挡，因此不会对内燃烧室31内的火焰造成影响，高温气体及低温废气经过混合器73充分混合，经过反应器50及空气预热器15排入大气，此时，根据流量计94、第二温度传感器92的检测值，控制柜62矫正燃油器耗油量及引风机71的引风量。
[0034]喷氨进程如下:待流量计94及第三温度传感器93达到目标值后，喷射枪40开始喷射尿素溶液，尿素溶液与燃烧器22产生的高温气体直接相遇，蒸发分解为还原剂，携带还原剂的高温气体经过混合器73与低温废气充分混合后，进入反应器50进行脱硝反应，在此过程中，控制柜62根据第二温度传感器92检测到的检测值动态调整燃烧器22的油耗量及引风机71的风量，达到精确控制的目的。
[0035]停机进程如下:首先喷射枪40停止尿素溶液的喷射，然后开启旁通管路控制阀83，并关闭反应器入口阀81，随后停止燃烧器22的燃油供给，扫气一段时间后停止引风机71，最后关闭反应器出口阀82。
[0036]以300000DWT超大型油轮为例，其主机功率32970kW，涡轮增压器后废气温度2360C，废气流量257500kg/h，主机油耗166.5g/kffh，将主机废气加热至265°C时，在环境温度25°(:下，传统船舶废气脱硝装置的油耗为245.8kg/h，使用本发明提供的船舶废气脱硝装置的油耗为218.5kg/h，节省燃油27.3kg/h。
[0037]综上所述，本发明提供的船舶废气脱硝装置通过将燃烧室30分为内燃烧室31及外燃烧室32，通过内燃烧室31的侧壁防止废气气流对内燃烧室31内的火焰造成影响，达到稳定燃烧室30的火焰，提升燃烧效率，降低油耗的目的。
[0038]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【主权项】
1.一种船舶废气脱硝装置，包括引气管路(U)、燃料箱(21)、燃烧器(22)、废气进气管路(12)、燃烧室(30)、喷射枪(40)、反应器(50)及废气出气管路(13)，所述引气管路(11)及所述燃料箱(21)通过所述燃烧器(22)与所述燃烧室(30)相连，所述废气进气管路(12)与所述燃烧室(30)相连，所述喷射枪(40)位于所述燃烧室(30)内，所述燃烧室(30)通过连接管路(14)与所述反应器(50)相连，所述废气出气管路(13)位于所述反应器(50)远离所述燃烧室(30)的一侧并与所述反应器(50)相连，其特征在于:所述燃烧室(30)包括内燃烧室(31)及外燃烧室(32)，所述内燃烧室(31)设置于所述外燃烧室(32)内，所述燃烧器(22)设于所述内燃烧室(31)内，所述废气进气管路(12)与所述燃烧室(30)的连通口设置于外燃烧室(32)内，且所述废气进气管路(12)与所述燃烧室(30)的连通口的位置与内燃烧室(31)的侧壁对应，所述内燃烧室(31)与所述外燃烧室(32)通过所述内燃烧室(31)上的开口(311)连通。2.根据权利要求1所述的船舶废气脱硝装置，其特征在于:所述内燃烧室(31)为圆筒形，该圆筒形的端部一端密封且固定于所述外燃烧室(32)上，所述开口(311)形成于所述内燃烧室(31)另一端的端面上。3.根据权利要求2所述的船舶废气脱硝装置，其特征在于:所述内燃烧室(31)侧壁的长度不小于所述内燃烧室(31)内火焰的喷射长度。4.根据权利要求2所述的船舶废气脱硝装置，其特征在于:所述内燃烧室(31)的侧壁为由耐高温不锈钢材料制成的侧壁。5.根据权利要求2所述的船舶废气脱硝装置，其特征在于:所述外燃烧室(32)为圆筒形，所述内燃烧室(31)与所述外燃烧室(32)同轴设置，所述内燃烧室(31)固定于所述外燃烧室(32)的一个端面上，所述连接管路(14)与所述外燃烧室(32)的连通口位于所述外燃烧室(32)上远离所述内燃烧室(31)—侧的端面上，所述内燃烧室(31)侧壁的长度小于所述外燃烧室(32)侧壁的长度。6.根据权利要求5所述的船舶废气脱硝装置，其特征在于:所述外燃烧室(32)靠近所述反应器(50)的一侧还形成有收缩部(321)，所述收缩部(321)呈圆台形，从远离所述反应器(50)的一端至靠近所述反应器(50)的一端，所述收缩部(321)垂直于所述外燃烧室(32)轴线的截面的半径逐渐变小。7.根据权利要求5所述的船舶废气脱硝装置，其特征在于:所述废气进气管路(12)与所述外燃烧室(32)的连通口位于外燃烧室(32)的侧壁上，所述引气管路(11)的与所述内燃烧室(31)连通处的轴线垂直于所述废气进气管路(12)的与所述外燃烧室(32)连通处的轴线。8.根据权利要求5所述的船舶废气脱硝装置，其特征在于:所述喷射枪(40)设置于所述外燃烧室(32)上，且所述喷射枪(40)的喷射口位于外燃烧室(32)与连接管路(14)的连接处，所述喷射枪(40)的喷射口朝向所述外燃烧室(32)上靠近所述反应器(50)的一侧。9.根据权利要求1所述的船舶废气脱硝装置，其特征在于:所述船舶废气脱硝装置上还设有空气预热器(15)，所述空气预热器(15)设置于所述废气出气管路(13)上，所述引起管路从所述空气预热器(15)内穿过。10.根据权利要求1所述的船舶废气脱硝装置，其特征在于:所述船舶废气脱硝装置还设有旁通管路(16)，所述旁通管路(16)连通于所述废气进气管路(12)与所述废气出气管路(13)之间。
【文档编号】B01D53/86GK105944562SQ201610496135
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月28日
【发明人】吕炎, 刘光洲, 赵超, 于青, 张文涛
【申请人】青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司