船舶废气脱硝系统的制作方法
【专利摘要】一种船舶废气脱硝系统，包括废气脱硝管路，通过第一阀门与柴油机的排气端连接；废气旁通管路，通过第二阀门与柴油机的排气端连接；脱硝反应器，连接在废气脱硝管路中；加热管路，通过第三阀门与焚烧炉连接；加热旁通管路，通过第四阀门与焚烧炉连接；第一阀门与第三阀门开启、第二阀门与第四阀门关闭，焚烧炉废气经加热管路与柴油机废气在废气脱硝管路进行混合调温后进入脱硝反应器进行脱硝；第一阀门与第三阀门关闭、第二阀门与第四阀门开启，焚烧炉废气与柴油机废气分别经加热旁通管路与废气旁通管路排出。本发明通过加热管路连接焚烧炉与废气脱硝管路，利用焚烧炉废气对柴油机废气的温差进行加热调温，使混合废气的温度满足反应器的反应要求。
【专利说明】
船舶废气脱硝系统
技术领域
[0001]本发明涉及大气环境保护领域，特别是关于一种船舶废气脱硝系统。
【背景技术】
[0002]根据国际海事组织(MO)通过的《MARP0L 73/78公约》附则VI中《防止船舶造成空气污染规则》的修正案的要求，船舶废气中的氮氧化物必须经过处理达标之后才能排放。对于低速船用柴油机(转速n〈130rpm)，处理后的氮氧化物含量要小于3.4g/kwh，而对于目前的低速柴油机，仅靠优化柴油机燃烧方式，无法达到该排放要求。因此，船舶柴油机必须配备船舶废气脱硝系统，而选择性催化还原技术(Selective Catalytic Reduct1n，SCR)是目前应用性最强的一种柴油机后处理技术，该技术是在290°C?420°C下，利用还原剂选择性地与NOx在催化剂上进行还原反应，生成无毒无污染的NdPH2O。目前，船舶废气脱硝系统只有在进入排放控制区域(Emiss1n Control Area，ECA区域)时才会运行，船舶在非ECA区域运行时，脱硝系统处于停机状态。
[0003]对应用于大功率船用低速柴油机的SCR系统来说，有两种安装方式:安装在涡轮增压器前和安装在涡轮增压器后。安装在涡轮增压器之后的SCR系统对于柴油机本体的影响相对较小，因此广泛应用于各种船舶。对于安装在涡轮增压器之后的SCR系统来说，由于船舶废气经过涡轮增压之后温度变低(230°C左右)，尤其是在柴油机在低负荷时，不能完全满足SCR所需的反应温度，因此需要对废气进行加热，目前普遍采用的加热方式为增加燃烧器，通过燃烧器中燃油燃烧的热量来加热柴油机废气。然而，使用燃烧器需要新的设备，同时燃油消耗量也大，增加了能耗及成本。
[0004]另一方面，船上的污油、污泥和塑料、纸板、罐头盒、食品废弃物等垃圾需通过增加焚烧炉焚烧的方式来处理，而目前对焚烧炉废气的处理方式是，将废气温度降低到350 °C以避免二噁英的生成，然后直接排放到大气中，这样既造成了热量损失，还会导致废气中的NOx污染大气。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种船舶废气脱硝系统，可使船舶废气温度满足SCR反应所需的温度并减少大气污染。
[0006]本发明的船舶废气脱硝系统，包括
[0007]废气脱硝管路，该废气脱硝管路通过第一阀门与柴油机的排气端连接；
[0008]废气旁通管路，该废气旁通管路通过第二阀门与柴油机的排气端连接；
[0009]脱硝反应器，该脱硝反应器连接在该废气脱硝管路中；
[0010]加热管路，该加热管路的一端通过第三阀门与焚烧炉的出气口连接，另一端与该废气脱硝管路连通；
[0011 ]加热旁通管路，该加热旁通管路通过第四阀门与焚烧炉的出气口连接;其中，
[0012]该第一阀门与该第三阀门开启、该第二阀门与该第四阀门关闭，焚烧炉废气经该加热管路与柴油机废气在该废气脱硝管路进行混合调温后，进入该脱硝反应器进行脱硝并排出；该第一阀门与该第三阀门关闭、该第二阀门与该第四阀门开启，焚烧炉废气与柴油机废气分别经该加热旁通管路与该废气旁通管路直接排出。
[0013]进一步的，该脱硝反应器的出口端设有排气管路，该排气管路通过排气阀门与该废气脱硝管路连接，该废气脱硝管路在与该排气管路连接的位置之后设有第五阀门，该第一阀门、该第四阀门与该第五阀门关闭，该第三阀门与该排气阀门开启，焚烧炉废气经该加热管路、该废气脱硝管路进入该脱硝反应器后由该排气管路排出。
[0014]进一步的，该焚烧炉的出气口与该脱硝反应器的入口之间的管路长度小于2.5米。
[0015]进一步的，该加热旁通管路的排气端与该废气旁通管路连接，该连接的位置位于该第二阀门之后。
[0016]进一步的，该废气脱硝管路的排气端与废热锅炉连接，该废气旁通管路的排气端通过第六阀门与该废热锅炉连接。
[0017]进一步的，各阀门为自动控制阀门。
[0018]进一步的，该柴油机与该船舶废气脱硝系统之间设有涡轮增压器，该涡轮增压器包括废气进口端、废气出口端、空气进口端与空气出口端，该废气进口端与该柴油机的排气端连接，该废气出口端与该废气脱硝管路、该废气旁通管路连接。
[0019]进一步的，该废气脱硝管路中还设有混合器，该混合器位于该脱硝反应器之前，该混合器中设有尿素溶液喷枪。
[0020]进一步的，该脱硝反应器中设有吹灰器。
[0021 ]进一步的，该加热管路在该第三阀门之后设有第一引风机，该加热旁通管路在该第四阀门之后设有第二引风机。
[0022]本发明的实施例中，通过加热管路连接焚烧炉与废气脱硝管路，将焚烧炉的高温废气与柴油机的废气进行混合，利用两者的温差，提高柴油机废气的温度，降低焚烧炉废气的温度，提高了能量利用效率，并使船舶废气的温度满足脱硝反应所需的温度。同时，焚烧炉废气与柴油机废气混合后温度降低，避免了焚烧炉废气中二噁英的生成，焚烧炉废气与柴油机废气混合后一起经过脱硝反应处理后排出，可有效减少大气污染。
【附图说明】
[0023]图1为本发明实施例中船舶废气脱硝系统的组成框图。
【具体实施方式】
[0024]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，对本发明的【具体实施方式】、结构、特征及其功效，详细说明如后。
[0025]首先需要说明的是，本说明书中“之前”与“之后”是以废气在管路中的流动方向作为参考方向，“之后”即指位于废气流动方向的下游。
[0026]请参阅图1，本发明实施例的船舶废气脱硝系统包括与柴油机10连接的涡轮增压器11，连接在涡轮增压器11与废热锅炉18之间的废气脱硝管路12与废气旁通管路13，连接在焚烧炉15与废气脱硝管路12之间的加热管路16以及连接在焚烧炉15与废气旁通管路13之间的加热旁通管路17。本发明实施例的船舶废气脱硝系统还包括位于废气脱硝管路12中的第一阀门121、混合器122、脱硝反应器14及第五阀门124，位于废气旁通管路13中的第二阀门131及第六阀门132，位于加热管路16中的第三阀门161与第一引风机162，以及位于加热旁通管路17中的第四阀门171与第二引风机172。其中，本发明实施例中的各个阀门均为自动控制阀门。
[0027]涡轮增压器11位于柴油机10与废气脱硝系统之间。涡轮增压器11包括空气进口端111、空气出口端112、废气进口端113与废气出口端114，其中，空气进口端111与大气连通，为柴油机10的扫气入口，空气出口端112与柴油机10的进气端101连接，废气进口端113与柴油机10的排气端102连接，废气出口端114与废气脱硝管路12、废气旁通管路13连接，也就是说，废气脱硝管路12与废气旁通管路13连接于柴油机10的排气端102。
[0028]废气脱硝管路12通过第一阀门121与柴油机10的排气端102连接，混合器122、脱硝反应器14与第五阀门124连接在废气脱硝管路12中，第五阀门124位于脱硝反应器14与废热锅炉18之间，混合器122设置在脱硝反应器14之前，混合器122中设有尿素溶液喷枪123，尿素溶液喷枪123用于对尿素溶液进行雾化，混合器122的作用是将尿素溶液水解生成的氨气与废气充分混合，混合不充分会导致废气在脱硝反应器14内反应不充分，不仅会导致废气处理不达标，同时氨逃逸也会增加。
[0029]加热管路16连接焚烧炉15与废气脱硝管路12。具体的，加热管路16的一端通过第三阀门161与焚烧炉15的出气口连接，加热管路16的一端(排气端)与废气脱硝管路12连接，且加热管路16与废气脱硝管路12的连接位置位于第一阀门121之后。进一步的，为保证进入废气脱硝管路12的焚烧炉废气量及防止焚烧炉废气回流，加热管路16在第三阀门161之后还设有第一引风机162。
[0030]当第一阀门121、第三阀门161与第五阀门124开启时，柴油机10产生的废气经涡轮增压器11进入废气脱硝管路12中，经过涡轮增压器11的柴油机废气温度降低，此时，焚烧炉15产生的废气经加热管路16进入废气脱硝管路12中并与柴油机废气汇合，由于焚烧炉废气的温度较高，使得柴油机废气与焚烧炉废气混合而成的废气的温度高于柴油机废气的温度，从而将废气的温度提高到满足脱硝反应的温度。混合后的废气首先进入混合器122，在混合器122中与尿素溶液分解生成的氨气充分混合后进入脱硝反应器14中进行脱硝，使废气中的Ν0、Ν02被还原为N2和H2O,最后，脱硝后的废气经第五阀门124进入废热锅炉18进行余热回收后排出。进一步的，为了防止废气中的灰尘、颗粒物等阻塞脱硝反应器14的催化剂孔道，脱硝反应器14中可设置吹灰器(图未示)对催化剂表层进行定时吹扫，该吹灰器的工作介质为高压压缩空气。
[0031]在本实施例中，焚烧炉15的最低出口烟气温度为850°C，为了避免二噁英的生成，焚烧炉15的废气应在距离焚烧炉15的出口 2.5m的范围内冷却到350 °C，因此，焚烧炉15的出气口与废气脱硝管路12之间的距离应尽可能的缩短，并且焚烧炉15的出气口与脱硝反应器14的入口之间的管路长度应小于2.5米，以使焚烧炉废气的温度在尽量短的距离内下降到350 0C ο在本实施例中，两种废气的混合温度为310 °C?350°C。可以理解，控制废气混合的温度及焚烧炉废气的降温速度也可通过控制焚烧炉15的排气量的方式实现。
[0032]本发明实施例将焚烧炉15的高温废气与柴油机10的废气进行混合，利用两者的温差，提高柴油机废气的温度，降低焚烧炉废气的温度，提高了能量利用效率，并使船舶废气的温度满足脱硝反应所需的温度。同时，焚烧炉废气与柴油机废气混合后温度降低，避免了焚烧炉废气中二噁英的生成，焚烧炉废气与柴油机废气混合后一起经过脱硝反应处理后排出，可有效减少大气污染。
[0033]在本实施例中，焚烧炉15的主要工作介质为船上的污油、污泥和塑料、纸板、罐头盒、食品废弃物等垃圾，当这些垃圾的量较少时，高温废气的产生量不能满足提高柴油机废气温度的目的时，也能以船用燃油为介质运行。可以理解，焚烧炉15的工作介质以焚烧垃圾为主，并以燃油为辅，即使使用少量燃油，其相对直接使用燃油燃烧器对废气进行加热，也节省了大部分的燃油消耗。
[0034]请继续参见图1，进一步的，在本实施例中，脱硝反应器14的出口端设有排气管路19，排气管路19通过排气阀门191与废气脱硝管路12连接。当第一阀门121、第四阀门171与第五阀门124关闭，第三阀门161与排气阀门191开启时，焚烧炉废气经加热管路16、废气脱硝管路12进入脱硝反应器14后由排气管路19排出。
[0035]由于柴油机废气中的SO3会与NH3反应生成硫酸氢铵，当温度降低时，硫酸氢铵会在催化剂表面凝结，堵塞催化剂，长时间的硫酸氢铵的凝结，会造成催化剂堵塞，甚至失活。因此，在脱硝反应器14停止运行时，通过焚烧炉15焚烧少量燃油(不焚烧垃圾)，并将焚烧炉废气直接通入脱硝反应器14，将脱硝反应器14的温度提高到350°C，此时硫酸氢铵分解，并随废气从排气管路19的排气阀门191排出，使脱硝反应器14内的气体硫酸氢铵含量逐渐降低。焚烧炉15运行两个小时之后可认为脱硝反应器14内的硫酸氢铵已全部排出，此时关闭焚烧炉15，关闭排气阀门191。本发明实施例利用焚烧炉废气的高温使催化剂表面的硫酸氢铵挥发，达到使脱硝反应器14中催化剂再生的目的。
[0036]请继续参见图1，废气旁通管路13通过第二阀门131与柴油机10的排气端102连接，加热旁通管路17通过第四阀门171与焚烧炉15的出气口连接。
[0037]进一步的，加热旁通管路17的排气端与废气旁通管路13连接，且连接的位置位于第二阀门131之后，如此，焚烧炉废气可通过加热旁通管路17进入废气旁通管路13，废气旁通管路13的排气端通过第六阀门132与废热锅炉18连接。此外，为保证进入废气旁通管路13的焚烧炉废气量及防止焚烧炉废气回流，加热旁通管路17在第四阀门171之后还设有第二引风机172。
[0038]当第二阀门131、第四阀门171与第六阀门132开启时，柴油机10产生的废气经涡轮增压器11进入废气旁通管路13中，焚烧炉15产生的废气经加热旁通管路17进入废气旁通管路13中，两者混合后经第六阀门132进入废热锅炉18进行余热回收后排出。在本实施例中，为了避免二噁英的生成，加热旁通管路17的长度也应尽可能缩短。
[0039]接下来，对本发明的船舶废气脱硝系统的工作过程详细说明如下。
[0040]当船舶在ECA区域内运行时，开启第一阀门121、第三阀门161、与第五阀门124，同时关闭第二阀门131、第四阀门171、第六阀门132与排气阀门191，柴油机10产生的废气经涡轮增压器11进入废气脱硝管路12中，焚烧炉15产生的废气经加热管路16进入废气脱硝管路12中并与柴油机废气汇合，使得柴油机废气与焚烧炉废气混合而成的废气的温度高于柴油机废气的温度，从而将废气的温度提高到满足脱硝反应的温度。混合后的废气首先进入混合器122，在混合器122中与尿素溶液分解生成的氨气充分混合后的气体进入脱硝反应器14中进行脱硝，使废气中的Ν0、Ν02被还原为他和出0，最后，脱硝后的废气进入废热锅炉18进行余热回收后排出，以满足当前区域的废气排放要求。
[0041]当船舶在非ECA区域运行时，脱硝反应器14关闭，尿素溶液关闭，焚烧炉15的工作介质换成燃油，此时，关闭第一阀门121、第四阀门171与第五阀门124，开启第二阀门131、第三阀门161、第六阀门132与排气阀门191，柴油机10的废气经涡轮增压器11出来后不进入脱硝反应器14，而直接从废气旁通管路13进入废热锅炉18中进行余热回收后排出，焚烧炉15燃烧燃油产生的烟气经加热管路16、废气脱硝管路12进入脱硝反应器14，将脱硝反应器14的温度提高到350°C，此时硫酸氢铵分解，并随烟气从排气管路19的排气阀门191排出，使脱硝反应器14内的催化剂再生。
[0042]焚烧炉15运行两个小时之后可认为脱硝反应器14内的硫酸氢铵已全部排出，此时，关闭焚烧炉15，关闭第三阀门161与排气阀门191。如焚烧炉15还需焚烧垃圾，则开启第四阀门171，使焚烧炉15产生的废气经加热旁通管路17进入废气旁通管路13，焚烧炉废气与柴油机废气汇合后温度降低，并经第六阀门132进入废热锅炉18进行余热回收后排出。
[0043]综上所述，本发明的船舶废气脱硝系统至少包括如下优点:
[0044]本发明通过加热管路连接焚烧炉与废气脱硝管路，利用柴油机和焚烧炉的废气温差，并控制焚烧炉与柴油机废气管道的距离及排气量，在使废气温度达到脱硝反应所需温度的同时，实现了对焚烧炉的废气进行冷却、避免焚烧炉废气中生成二噁英的目的，并对焚烧炉烟气进行了脱硝处理，减少了大气污染。同时，在脱硝反应器未运行时，将少量焚烧炉废气单独直接通入脱硝反应器中，利用废气的高温使脱硝反应器的催化剂表面的硫酸氢铵挥发，达到催化剂再生的目的，延长了催化剂的使用寿命。
[0045]最后，本发明以具体的实施例来说明其所达到的效果:
[0046]实施例一:
[0047]某72000DWT散货船，主机功率为8000kw，废气流量为50000kg/h。经过涡轮增压器的柴油机废气温度为235°C，使用本发明的船舶废气脱硝系统，经焚烧炉废气混合之后温度可达345°C，能够满足SCR反应所需温度。同时，与使用燃烧器进行加热相比，节省燃油(船用柴油MD0)消耗约为20kg/h。
[0048]实施例二:
[0049]某150000DWT原油船，主机功率为15000kw，废气流量约为130000kg/h，经过涡轮增压器的柴油机废气温度为225°C，使用本发明的船舶废气脱硝系统，经焚烧炉废气混合之后温度可达340°C，能够满足SCR反应所需温度。同时，与使用燃烧器进行加热相比，节省燃油(船用柴油MD0)消耗约为37.5kg/h。
[0050]实施例三:
[0051 ] 某2000TEU集装箱船，主机功率为17000kw，废气流量为150000kg/h，经过涡轮增压器的柴油机废气温度为230°C，使用本发明的船舶废气脱硝系统，经焚烧炉废气混合之后温度可达340°C，能够满足SCR反应所需温度。同时，与使用燃烧器进行加热相比，节省燃油(船用柴油MDO)消耗约为41 kg/h。
[0052]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系统，其特征在于:包括 废气脱硝管路(12)，该废气脱硝管路(12)通过第一阀门(121)与柴油机(10)的排气端(102)连接； 废气旁通管路(13)，该废气旁通管路(13)通过第二阀门(131)与柴油机(10)的排气端(102)连接； 脱硝反应器(14)，该脱硝反应器(14)连接在该废气脱硝管路(12)中； 加热管路(16)，该加热管路(16)的一端通过第三阀门(161)与焚烧炉(I5)的出气口连接，另一端与该废气脱硝管路(12)连通； 加热旁通管路(17)，该加热旁通管路(17)通过第四阀门(171)与焚烧炉(15)的出气口连接;其中， 该第一阀门(121)与该第三阀门(161)开启、该第二阀门(131)与该第四阀门(171)关闭，焚烧炉废气经该加热管路(16)与柴油机废气在该废气脱硝管路(12)进行混合调温后，进入该脱硝反应器(14)进行脱硝并排出；该第一阀门(121)与该第三阀门(161)关闭、该第二阀门(131)与该第四阀门(171)开启，焚烧炉废气与柴油机废气分别经该加热旁通管路(17)与该废气旁通管路(13)直接排出。2.如权利要求1所述的船舶废气脱硝系统，其特征在于:该脱硝反应器(14)的出口端设有排气管路(19)，该排气管路(19)通过排气阀门(191)与该废气脱硝管路(12)连接，该废气脱硝管路(12)在与该排气管路(19)连接的位置之后设有第五阀门(124)，该第一阀门(121)、该第四阀门(171)与该第五阀门(124)关闭，该第三阀门(161)与该排气阀门(191)开启，焚烧炉废气经该加热管路(16)、该废气脱硝管路(12)进入该脱硝反应器(14)后由该排气管路(19)排出。3.如权利要求1所述的船舶废气脱硝系统，其特征在于:该焚烧炉(15)的出气口与该脱硝反应器(14)的入口之间的管路长度小于2.5米。4.如权利要求1所述的船舶废气脱硝系统，其特征在于:该加热旁通管路(17)的排气端与该废气旁通管路(13)连接，该连接的位置位于该第二阀门(131)之后。5.如权利要求3所述的船舶废气脱硝系统，其特征在于:该废气脱硝管路(12)的排气端与废热锅炉(18)连接，该废气旁通管路(13)的排气端通过第六阀门(132)与该废热锅炉(18)连接。6.如权利要求2或5所述的船舶废气脱硝系统，其特征在于:各阀门为自动控制阀门。7.如权利要求1所述的船舶废气脱硝系统，其特征在于:该柴油机(10)与该船舶废气脱硝系统之间设有涡轮增压器(U)，该涡轮增压器(11)包括废气进口端(113 )、废气出口端(114)、空气进口端(111)与空气出口端(112)，该废气进口端(113)与该柴油机(10)的排气端(102)连接，该废气出口端(114)与该废气脱硝管路(12)、该废气旁通管路(13)连接。8.如权利要求1所述的船舶废气脱硝系统，其特征在于:该废气脱硝管路(12)中还设有混合器(122)，该混合器(122)位于该脱硝反应器(14)之前，该混合器(122)中设有尿素溶液喷枪(123)。9.如权利要求1所述的船舶废气脱硝系统，其特征在于:该脱硝反应器(14)中设有吹灰器。10.如权利要求1所述的船舶废气脱硝系统，其特征在于:该加热管路(16)在该第三阀门(161)之后设有第一引风机(162)，该加热旁通管路(17)在该第四阀门(171)之后设有第二引风机(172)。
【文档编号】B01D53/86GK105944567SQ201610474217
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】高健, 范昊, 张文涛, 于航, 刘光洲
【申请人】青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司