一种船用尿素喷射系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种船用尿素喷射系统，包括泵站单元、尿素溶液压力控制单元、计量控制单元以及喷嘴喷枪单元；计量控制单元包括尿素溶液模块、压缩空气雾化模块和压缩空气吹扫模块；泵站单元与尿素溶液压力控制单元管路、尿素溶液模块以及喷嘴喷枪单元依次管路连通；压缩空气雾化模块和压缩空气吹扫模块管路并联后与喷嘴喷枪单元连通。本实用新型的实施使得系统在所需最大流量约为最小流量的4倍的范围内，供给的尿素溶液压力恒定。最终使得船用SCR系统得以成功应用于船舶柴油机尾气NOx处理，效率达到98%以上，减少了环境污染及资源的浪费，且其排放含量达标，满足Tier Ⅲ标准变成现实。
【专利说明】
一种船用尿素喷射系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种低速柴油机尾气氮氧化合物NOx排放后处理装置，尤其是一种船用尿素喷射系统，属于船舶机械领域。
【背景技术】
[0002]据
【申请人】了解，就船舶废气排放防污染领域这块，对NOx的排放控制标准主要由国际海事组织(頂O) 2008年1月通过的MAPOL附则VI修正案。在NOx排放控制方面，该修正案要求2016年I月I日及以后建造的船舶上安装的柴油机的NOx排放量(当船舶航行于控制区内)必须达到Tier 111标准，即排放限值为:低速机(11<1301'/111；[11)为3.4 g/(kff.h)；中速机(η=130?2000r/min)为9 Xn-0.2g/(kff.h)；高速机(n>2000r/min)为2.0g/(kff.h)。
[0003]船用低速二冲程柴油机NOx排放标准要达到Tier III标准，必须加装尾气后处理装置。船用SCR系统主要是对其尾气中的NOx进行处理，是目前国内外消除柴油机尾气NOx效果最好的装置，其效率可以达到94?98%。船用SCR系统作为最有前途的船舶柴油机尾气处理系统在未来的约束船舶排放NOx方面一定会起到决定性的作用，而船用尿素喷射系统为其核心子系统之一，将起到关键作用。
[0004]检索发现，国内外应用于汽车产业、锅炉产业的SCR系统中的尿素喷射系统已较为成熟；国外应用于船用SCR系统中的尿素喷射系统已有装船实例；国内应用于船用SCR系统中的尿素喷射系统尚处于研究阶段，技术不成熟，未见装船实例。已有的船用尿素喷射系统其控制策略采用计量栗控制尿素溶液的流量。当尿素溶液流量在大范围内变动时，尿素溶液压力波动较大，影响尿素溶液雾化效果，进而影响尿素喷射系统的稳定运行。
[0005]综上所述，船用SCR系统技术尚未成熟、普及。作为船用SCR系统中的核心子系统船用尿素喷射系统技术的成熟将极大的有助于船用SCR系统技术的成熟应用。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的在于:针对上述现有技术存在的问题，提出一种成功配机于船用SCR系统中，可布置增压器前或增压器后处理船舶柴油机尾气，使其NOx含量达标排放，且满足Tier ΙΠ标准的船用尿素喷射系统。
[0007]为了达到以上目的，本实用新型的一种船用尿素喷射系统，其特征在于:包括栗站单元、尿素溶液压力控制单元、计量控制单元以及喷嘴喷枪单元;所述计量控制单元包括尿素溶液模块、压缩空气雾化模块和压缩空气吹扫模块;所述栗站单元与尿素溶液压力控制单元管路、尿素溶液模块以及喷嘴喷枪单元依次管路连通;所述压缩空气雾化模块和压缩空气吹扫模块管路并联后与喷嘴喷枪单元连通。
[0008]本实用新型进一步限定的技术方案为:
[0009]进一步的，所述栗站单元包括依次连接的第一球阀(1)、第一压力表(2)、第一过滤器(16)、第二压力表(3)以及第二球阀(17);所述第二球阀(17)的出口并列连接第三球阀
(5)和第四球阀(21);所述第三球阀(5)的出口连接第一单螺杆栗(4);所述第一单螺杆栗(4)的出口连接第一单向阀(7)后与第五球阀(6)连接;所述第五球阀(6)的出口连接栗清洗液管路;所述第四球阀(21)的出口连接第二单螺杆栗(22)后与第二单向阀(19)连接;第二单向阀(19)的出口连接至第五球阀(6)的入口处;第二单向阀(19)的入口处管路连接第十一球阀(18);所述第十一球阀(18)的出口与第三球阀(5)、第二球阀(17)以及第四球阀(21)连通;所述第一单向阀(7)和第二单向阀(19)的出口与第一压力开关(8)、第一压力传感器
(9)、第一过滤器(20)以及第六球阀(10)管路依次连接。栗站采用冗余设计，配备两台100%容量的定量单螺杆栗。当一台栗出现故障而停栗时，另一台栗自动并入系统运行，确保SCR系统正常连续运行。
[0010]进一步的，所述尿素溶液压力控制单元包括并列连接在第六球阀(10)出口管路上的第十二球阀(11)、第七球阀(12)、第八球阀(13 )以及溢流阀(14);所述第八球阀(13 )的出口连接有第三压力表(31);所述溢流阀(14)的出口管路上还连接有第九球阀(15);所述第九球阀(15)的出口与尿素溶液日用罐连通。通过自力式压力调节溢流阀来调节供给计量控制单元的尿素溶液压力的大小，起到稳压作用，使进入计量控制单元的尿素溶液压力随流量变化而基本保持不变。
[0011 ]进一步的，所述尿素溶液模块用于向烟道喷射需要量的尿素溶液(即还原剂)；其包括与第十二球阀(11)依次管路连接的第三过滤器(23)、第二压力传感器(24)、比例调节阀(25)、第一电磁流量计(26)、气动球阀(27)、第三单向阀(29);所述第三单向阀(29)与喷枪连接。
[0012]进一步的，所述压缩空气雾化模块用于雾化尿素溶液;依次包括与气源连通的第十球阀(32)、第四过滤器(33)、气液分离器(34);所述气液分离器(34)的出口分别与气动球阀(27)和空气减压阀(37)连接;所述气液分离器(34)和空气减压阀(37)之间安装有流量传感器(3 5 );所述空气减压阀(3 7 )的入口端与压缩空气吹扫模块连接；出口与第一电磁阀
(39)、第三压力传感器(40)、第四过滤器(41)以及喷枪依次连接。
[0013]进一步的，所述压缩空气吹扫模块包括在流量传感器(35)管路后依次连接的第二电磁阀(36)、第四压力传感器(38)以及第四球阀(42);所述第四球阀(42)与喷枪连接。该模块用于吹扫喷枪喷嘴(喷枪内管)中残留的尿素溶液，防止系统长时间停车后，尿素溶液淤积、堵塞管路，影响系统下次正常运行。
[0014]进一步的，所述第二单螺杆栗(22)和第一单螺杆栗(4)为定量单螺杆栗。额定流量约是系统所需最大流量的4倍。
[0015]进一步的，所述喷嘴喷枪单元采用双流道内混式结构。喷雾粒径达20?ΙΟΟμπι，索特平均直径达< 60μπι，喷雾锥角为实心锥且< 60°。
[0016]进一步的，船用尿素喷射系统的电气控制由栗清洗控制、尿素溶液喷射(包括尿素溶液计量、压缩空气雾化和压缩空气吹扫)控制等两个部分组成。栗清洗控制是手动控制，尿素溶液喷射控制是由PLC控制。船用尿素喷射系统接收船用SCR总控制系统发出的喷射需求量信号4?20mA(4?20mA=0?200L/h)，同时反馈实际喷射量信号4?20mA(4?20mA=0?200L/h)给SCR总控制系统。尿素喷射量的控制精度为土 3%。
[0017]本实用新型的有益效果:因为当船舶航行于控制区内，頂OTier III标准的实施具有强制性，没有安装船用SCR系统装置的船舶将要缴纳高昂的排放费，极大影响船舶航运的收益。本实用新型的实施使得系统在所需最大流量约为最小流量的4倍的范围内，供给的尿素溶液压力恒定。最终使得船用SCR系统得以成功应用于船舶柴油机尾气NOx处理，效率达到98%以上，减少了环境污染及资源的浪费，且其排放含量达标，满足Tier ΙΠ标准变成现实。船用SCR系统装置的产品化和标准化，将带来的巨大的经济效益和产生良好的社会效益。
【附图说明】
[0018]下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
[0019]图1为本实用新型的船用尿素喷射系统结构组成连接示意图。
[0020]图2为本实用新型的船用尿素喷射系统布置示意图。
【具体实施方式】
[0021 ] 实施例一
[0022]本实施例的一种船用尿素喷射系统，包括栗站及尿素溶液压力控制单元101、计量控制单元102、喷嘴喷枪单元103组成。栗站和尿素溶液压力控制单元做成撬装式整体结构，如图2所示。
[0023]如图1所示，栗站单元包括依次连接的第一球阀1、第一压力表2、第一过滤器16、第二压力表3以及第二球阀17;第二球阀17的出口并列连接第三球阀5和第四球阀21;第三球阀5的出口连接第一单螺杆栗4;第一单螺杆栗4的出口连接第一单向阀7后与第五球阀6连接;第五球阀6的出口连接栗清洗液管路;第四球阀21的出口连接第二单螺杆栗22后与第二单向阀19连接;第二单向阀19的出口连接至第五球阀6的入口处;第二单向阀19的入口处管路连接第i^一球阀18 ;第^^一球阀18的出口与第三球阀5、第二球阀17以及第四球阀21连通;第一单向阀7和第二单向阀19的出口与第一压力开关8、第一压力传感器9、第一过滤器20以及第六球阀10依次管路连接，所述第二单螺杆栗22和第一单螺杆栗4为定量单螺杆栗。
[0024]其中尿素溶液压力控制单元包括并列连接在栗站单元第六球阀10出口管路上的第十二球阀11、第七球阀12、第八球阀13以及溢流阀14;第八球阀13的出口连接有第三压力表31;溢流阀14的出口管路上还连接有第九球阀15;第九球阀15的出口与尿素溶液日用罐连通。
[0025]所述的计量控制单元包括尿素溶液模块、压缩空气雾化模块和压缩空气吹扫模块;尿素溶液模块包括与尿素溶液压力控制单元的第十二球阀11依次管路连接的第三过滤器23、第二压力传感器24、比例调节阀25、第一电磁流量计26、气动球阀27、第三单向阀29;第三单向阀29与喷枪连接。压缩空气雾化模块依次包括与气源连通的第十球阀32、第四过滤器33、气液分离器34;气液分离器34的出口分别与气动球阀27和空气减压阀37连接;气液分离器34和空气减压阀37之间安装有流量传感器35;空气减压阀37的入口端与压缩空气吹扫模块连接;空气减压阀37的出口管道上依次安装有第一电磁阀39、第三压力传感器40、第四过滤器41，然后再与喷枪连接。压缩空气吹扫模块包括在流量传感器35管路后依次连接的第二电磁阀36、第四压力传感器38以及第四球阀42;第四球阀42与喷枪连接。以实现栗站单元与尿素溶液压力控制单元管路、尿素溶液模块以及喷嘴喷枪单元依次管路连通;压缩空气雾化模块和压缩空气吹扫模块管路并联后与喷嘴喷枪单元连通。
[0026]喷嘴喷枪单元采用双流道内混式结构，喷枪有两个进入流道，分别为压缩空气进入流道和尿素溶液进入流道。
[0027]其中栗站和计量控制是电气受控单元，所述电器受控单元可采用常规电控控制，分别设置电控箱，放置于各单元之中实现联动。
[0028]本实用新型船用尿素喷射系统的喷射方法，包括以下几个步骤:
[0029]第一步、清洗栗
[0030]船用尿素喷射系统运行前状态整定。检查尿素喷射系统，确保各管路布置、连接正确完好;各元器件无明显机械损坏；电气接线完好、无破损；电源、气源、还原剂即尿素溶液、水源供应正常，满足工艺要求。
[0031 ]船用尿素喷射系统栗清洗控制，手动/停止。当系统停用较长时间时，需清洗栗，以防止尿素溶液对栗的过流部件、密封装置等的腐蚀损坏而影响栗的正常使用。清洗栗前需接通第二单螺杆栗22或第一单螺杆栗4的清洗进口及清洗出口，打开第三球阀5、第五球阀6以及第十一球阀18或打开四球阀21、第五球阀6以及第十一球阀18;其余球阀关闭；启动电源清洗第一单螺杆洗栗4或第二单螺杆栗22。
[0032]尿素喷射系统所有阀件初始皆为关闭状态。接通尿素喷射系统主电源，手动启动第一单螺杆栗4或第二单螺杆栗22，运行5分钟后手动关闭。关闭所有球阀，关闭电源，系统恢复原状，栗清洗结束。
[0033]具体清洗时间视清洗效果而定。栗清洗需用清水；为节约用水，可采用循环水清洗。清洗水过脏后，需更换，清洗后的水需妥善处理，以免污染环境。
[0034]第一单螺杆栗4或第二单螺杆栗22运行期间，若栗出口压力2 9bar时，第一压力开关8输出报警信号，自动停第一单螺杆栗4或第二单螺杆栗22;若第一单螺杆栗4PTC或第二单螺杆栗22PTC输出报警信号，自动停第一单螺杆栗4第二单螺杆栗22;若栗出口压力超过第一压力传感器9的预设值时，输出报警信号，自动停第一单螺杆栗4或第二单螺杆栗22。以上因输出报警信号而自动停栗后，按消音按钮，排除故障后，报警灯熄灭，手动启动第一单螺杆栗4或第二单螺杆栗22，继续清洗第一单螺杆栗4或第二单螺杆栗22，直至满足栗的清洗要求时为止。
[0035]第二步、尿素溶液喷射启动准备
[0036]打开第一球阀1、第二球阀17、第三球阀5、第四球阀21、第六球阀1、第十二球阀
11、第八球阀13、第九球阀15以及第十球阀32，其余球阀关闭；启动尿素喷射系统等待SCR系统指令。
[0037]第三步、尿素溶液喷射
[0038]尿素喷射系统接受船用SCR系统指令后操作程序。当SCR系统运行时，其总控制系统发出喷射需求量信号(4?20mA)，尿素喷射系统响应并反馈。
[0039]首先，压缩空气雾化模块管路中的第一电磁阀39得电开启，压缩空气通过压缩空气雾化模块管路进入喷枪，空气减压阀37可手动调节进入烟道雾化尿素溶液的压缩空气压力；使其稳定在6?9bar范围内；流量传感器35监测从气源进入尿素喷射系统计量控制单元的压缩空气流量。若压缩空气流量超过预设限值，系统报警，停4或22，(若其已启动)。消音，故障排除后检查气源、第七球阀12第十球阀32开闭状况，报警灯熄灭，系统恢复正常，尿素喷射系统继续运行。
[0040]第三压力传感器40监测经过空气减压阀37调节后的压缩空气压力。若压力超过预设限值，系统报警，停栗4或22(若其已启动)。消音，排除故障后可调节气源压力或调节空气减压阀37，报警灯熄灭，系统恢复正常，尿素喷射系统继续运行。
[0041 ] 第一电磁阀39打开后，流量传感器35、第三压力传感器40均未报警，系统默认先启动栗4，将尿素溶液从尿素溶液日用罐中输送到尿素溶液模块管路中。
[0042]若栗4运行期间出现故障时栗4PTC输出报警信号或第一压力开关8输出报警信号或第一压力传感器9输出报警信号，如排除误报警(系统自动判断)，停栗4，报警。则栗22得电启动(自动)，尿素喷射系统继续运行。
[0043]若栗22运行期间出现故障时，即栗22PTC输出报警信号或第一压力开关8输出报警信号或第一压力传感器9输出报警信号，如排除误报警(系统自动判断)，停栗22，报警。关闭尿素喷射系统运行程序，关闭所有球阀、切断电源，检修系统。待系统恢复正常后，重新运行尿素溶液喷射控制程序。
[0044]第一压力开关8设定安全压力为9bar，超过9bar时，输出开关量信号，系统报警。
[0045]栗4或22正常工作出口压力约7?8bar。第一压力传感器9监测栗4或栗22输出的尿素溶液压力。
[0046]栗4或栗22正常运行，经其给送的尿素溶液经过尿素溶液压力控制单元的调节，使进入计量控制单元的尿素溶液压力随尿素溶液流量变化而稳定在一定范围内即视为恒定。第二压力传感器24监测进入到尿素喷射系统计量控制单元中的尿素溶液压力。
[0047]若第二压力传感器24输出压力超过预设限制且排除误报警时，系统报警，停栗4或栗22。消音，排除故障后检查尿素溶液供给是否正常、尿素溶液压力控制单元中第一压力传感器9、第十二球阀11、第九球阀15开闭状况、溢流阀14开闭状况、系统管路是否有泄漏等，报警灯熄灭，栗4或栗22自动启动，尿素喷射系统继续运行。
[0048]第四步、尿素溶液反馈控制
[0049]气动球阀27打开，第一电磁流量计26测量实际进入尿素溶液模块中的尿素溶液量，并输出4?20mAd的信号至船用SCR总控制系统；比例调节阀25根据船用尿素喷射系统输入的4?20mA信号，自动调节其开度大小并反馈;尿素溶液经过压缩空气雾化后，在烟道中与压缩空气充分混合，充分混合后进入船用SCR系统后道工序;最终使烟气中的NOx含量达标排放。通过比例调节阀25的自动调节，所需尿素溶液量进入烟道，余下的尿素溶液则返回到尿素溶液日用灌中。尿素喷射量采用PID控制。电磁流量计26测量实际进入烟道中的尿素溶液量，并输出信号(4?20mA)给船用SCR总控制系统。尿素溶液流量的实际信号与需求量信号进行比较，比较信号再反馈给比例调节阀25。比例调节阀25根据比较信号(4?20mA)自动调节其开度大小，且反馈。
[0050]第五步、喷枪喷嘴单元管路清洗
[0051]船用尿素喷射系统接收其总控制系统发出的停车信号，关闭第一单螺杆洗栗4或第二单螺杆栗22，气动球阀27以及第一电磁阀39;第二电磁阀36启动，压缩空气经过压缩空气吹扫模块管路进入喷枪喷嘴单元，吹扫喷枪喷嘴单元管内残留的尿素溶液;流量传感器35、第四压力传感器38分别监测清洗压缩空气的流量和压力。若流量超过预设限值或压力超过预设限值时，第二电磁阀36关闭，系统报警。消音，排除故障后，报警灯熄灭。压缩空气吹扫程序重新运行，第二电磁阀36得电开启。运行时间达到预设时间时，压缩空气吹扫程序自动停止，即第二电磁阀36关闭。
[0052]系统报警，压缩空气吹扫时间自动清零，重新运行时，吹扫时间重新计算。
[0053]流量传感器35、第四压力传感器38均未输出报警信号且达到吹扫时间时，第二电磁阀36关闭，吹扫结束。
[0054]第六步、完成工作
[0055]关闭所有球阀，系统恢复原状，尿素溶液喷射系统工作结束。根据需要可手动运行栗清洗程序，清洗栗。
[0056]除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。
【主权项】
1.一种船用尿素喷射系统，其特征在于:包括栗站单元、尿素溶液压力控制单元、计量控制单元以及喷嘴喷枪单元;所述计量控制单元包括尿素溶液模块、压缩空气雾化模块和压缩空气吹扫模块;所述栗站单元与尿素溶液压力控制单元、计量控制单元的尿素溶液模块以及喷嘴喷枪单元依次管路连通;所述计量控制单元的压缩空气雾化模块和压缩空气吹扫模块管路并联后与喷嘴喷枪单元连通。2.根据权利要求1所述的船用尿素喷射系统，其特征在于:所述栗站单元包括依次连接的第一球阀(I)、第一压力表(2)、第一过滤器(16)、第二压力表(3)以及第二球阀(17);所述第二球阀(I7)的出口并列连接第三球阀(5)和第四球阀(21);所述第三球阀(5)的出口连接第一单螺杆栗(4);所述第一单螺杆栗(4)的出口连接第一单向阀(7)后与第五球阀(6)连接;所述第五球阀(6)的出口连接栗清洗液管路;所述第四球阀(21)的出口连接第二单螺杆栗(22)后与第二单向阀(19)连接;第二单向阀(19)的出口连接至第五球阀(6)的入口处;第二单向阀(I9)的入口处管路连接第^^一球阀(18);所述第^^一球阀(I8)的出口与第三球阀(5)、第二球阀(17)以及第四球阀(21)连通;所述第一单向阀(7)和第二单向阀(19)的出口与第一压力开关(8)、第一压力传感器(9)、第一过滤器(20)以及第六球阀(10)依次管路连接。3.根据权利要求1或2所述的船用尿素喷射系统，其特征在于:所述尿素溶液压力控制单元包括并列连接在第六球阀(10)出口管路上的第十二球阀(11)、第七球阀(12)、第八球阀(13)以及溢流阀(14);所述第八球阀(13)的出口连接有第三压力表(31);所述溢流阀(14)的出口管路上还连接有第九球阀(15);所述第九球阀(15)的出口与尿素溶液日用罐连通。4.根据权利要求3所述的船用尿素喷射系统，其特征在于:所述尿素溶液模块包括与第十二球阀(II)依次管路连接的第三过滤器(23)、第二压力传感器(24)、比例调节阀(25)、第一电磁流量计(26)、气动球阀(27)、第三单向阀(29);所述第三单向阀(29)与喷枪连接。5.根据权利要求1所述的船用尿素喷射系统，其特征在于:所述计量控制单元的压缩空气雾化模块依次包括与气源连通的第十球阀(32)、第四过滤器(33)、气液分离器(34);所述气液分离器(34)的出口分别与气动球阀(27)和空气减压阀(37)连接;所述气液分离器(34)和空气减压阀(37)之间安装有流量传感器(35);所述空气减压阀(37)的入口端与压缩空气吹扫模块连接；出口与第一电磁阀(39)、第三压力传感器(40)、第四过滤器(41)以及喷枪依次连接。6.根据权利要求1或5所述的船用尿素喷射系统，其特征在于:所述计量控制单元的压缩空气吹扫模块包括在流量传感器(35)管路后依次连接的第二电磁阀(36)、第四压力传感器(38)以及第四球阀(42);所述第四球阀(42)与喷枪连接。7.根据权利要求2所述的船用尿素喷射系统，其特征在于:所述第二单螺杆栗(22)和第一单螺杆栗(4)为定量单螺杆栗。8.根据权利要求7所述的船用尿素喷射系统，其特征在于:所述喷嘴喷枪单元采用双流道内混式结构。
【文档编号】F01N3/20GK205477842SQ201620023245
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月11日
【发明人】陈纪赛, 檀净, 秦海燕
【申请人】南京中船绿洲环保有限公司