本发明涉及船舶废气处理领域，特别是关于一种船舶废气脱硝系统。
背景技术：
根据国际海事组织(IMO)通过的《MARPOL 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。根据要求，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并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装置，而选择性催化还原技术(Selective Catalytic Reduction，SCR)是目前应用性最强的一种柴油机后处理技术。
根据SCR反应器相对涡轮增压器位置的不同，SCR系统可分为高压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，受到了船东的欢迎。远洋船舶一般安装1台柴油机主机和3台柴油机副机，柴油机主机采用低速机，柴油机副机采用中速机，中速机的废气温度高于低速机的废气温度。对于采用低压SCR系统的船舶来说，低速机的排气经涡轮增压器后温度一般为200-240℃，无法满足尿素溶液的分解及脱硝反应所需的温度，容易生成硫酸氢铵，造成催化剂堵塞，反应器腐蚀，影响SCR系统正常运行。
为解决此问题，现有船用低压SCR系统多采用在SCR反应器前设置加热系统，主要是采用燃油加热或电加热的技术，将SCR反应器加热到所需的反应温度。这种方法直接有效，但系统复杂，系统包括燃烧器、燃烧室、热解室、风机等设备，能耗高，增加了船舶发电设备的负担。另一种是通过柴油机本体进行调校，将高压侧的废气部分旁通至涡轮增压器后，以提高废气温度，但这是以增加柴油机油耗为代价。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种结构简单、能耗低的船舶废气脱硝系统。
本发明提供一种船舶废气脱硝系统，包括：
主机废气集气箱，所述主机废气集气箱的进口与柴油机主机的排气口连接，所述主机废气集气箱内设有主机尿素溶液喷枪；
涡轮增压器，所述涡轮增压器的进口与所述主机废气集气箱的出口连接；
主机废气脱硝管路，所述主机废气脱硝管路与所述涡轮增压器的出口连接，所述主机废气脱硝管路中设有主机脱硝反应器；
烟气换热器，所述烟气换热器的内部设有相互分隔的第一废气腔与第二废气腔，所述第一废气腔与所述主机废气脱硝管路连通并位于所述涡轮增压器与所述主机脱硝反应器之间，所述第二废气腔与柴油机副机的脱硝废气管路连通。
进一步的，所述脱硝废气管路与副机废气脱硝管路连通，所述副机废气脱硝管路与所述柴油机副机的排气口连接，所述副机废气脱硝管路中设有副机脱硝反应器。
进一步的，所述柴油机副机的个数至少为一个，每个所述柴油机副机的排气口对应连接一条副机废气脱硝管路，所有所述副机废气脱硝管路的排气端接入所述脱硝废气管路中。
进一步的，所述副机脱硝反应器的排气口设有第一阀门，所述主机脱硝反应器的排气口设有第二阀门。
进一步的，所述主机尿素溶液喷枪与尿素供应装置连接，所述尿素供应装置还包括副机尿素溶液喷枪，所述副机尿素溶液喷枪接入所述副机废气脱硝管路且位于所述柴油机副机的排气口与所述副机脱硝反应器之间。
进一步的，所述尿素供应装置还包括尿素溶液罐、空气压缩机、尿素泵、尿素计量分配单元及背压阀组，所述尿素泵连接于所述尿素溶液罐的出口，所述尿素泵的出口分别通过主机尿素供应管路及副机尿素供应管路与所述主机尿素溶液喷枪及所述副机尿素溶液喷枪连接，所述主机尿素供应管路及所述副机尿素供应管路中均设有尿素计量分配单元，所述空气压缩机通过压缩空气管路与各尿素计量分配单元连接，所述尿素泵的出口还通过回流管路与所述尿素溶液罐的回流口连接，所述背压阀组设置在所述回流管路中。
进一步的，所述船舶废气脱硝系统还包括主机废气直排管路，所述主机废气直排管路的进气端通过第三阀门与所述涡轮增压器的出口连接，所述主机废气脱硝管路的进气端通过第四阀门与所述涡轮增压器的出口连接。
进一步的，所述烟气换热器为回转式换热器，所述回转式换热器包括外壳与转子，所述转子包括转轴以及沿所述转轴的周向间隔设置的多个换热叶片，所述转轴将所述外壳的内部分隔为所述第一废气腔与所述第二废气腔，所述第一废气腔与所述第二废气腔互不连通，所述多个换热叶片在所述转子转动时循环进入所述第一废气腔与所述第二废气腔。
进一步的，所述转子的工作转速为1-2r/min。
进一步的，所述转轴为考登钢转轴，所述换热叶片为不锈钢叶片。
本发明实施例的船舶废气脱硝系统中，主机尿素溶液喷枪设置在主机废气集气箱中，从而可利用涡轮增压器前的高温烟气将尿素溶液分解，尿素溶液分解成的氨气与废气在进入主机脱硝反应器前在涡轮增压器及主机废气脱硝管路中充分进行混合。如此，由于尿素溶液预先分解得到氨气，使得经过涡轮增压器后温度下降的柴油机主机废气在烟气换热器中与高温的柴油机副机废气进行换热后，即可将温度提高到主机脱硝反应器的反应温度，从而无需额外设置废气或尿素溶液的加热装置，通过综合利用船舶柴油机主机、副机排气的能量，解决了低速柴油机排气温度低的问题，提高了脱硝效率，减少了能量消耗，同时简化了脱硝系统的结构。
附图说明
图1为本发明一个实施例中船舶废气脱硝系统的结构示意图。
具体实施方式
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。
图1为本发明一个实施例中船舶废气脱硝系统的结构示意图。如图1所示，本发明实施例的船舶废气脱硝系统包括主机废气集气箱1、涡轮增压器2、主机废气直排管路3、主机废气脱硝管路4、主机脱硝反应器5、烟气换热器6、柴油机副机7、副机废气脱硝管路8、副机脱硝反应器11、柴油机副机的脱硝废气管路10及尿素供应装置9。
主机废气集气箱1的进口与柴油机主机(图未示)的排气口连接，柴油机主机为低速柴油机，主机废气集气箱1内设有主机尿素溶液喷枪91，涡轮增压器2的进口与主机废气集气箱1的出口连接，主机废气直排管路3的进气端通过阀门31与涡轮增压器2的出口连接。
主机废气脱硝管路4的进气端通过阀门41与涡轮增压器2的出口连接，主机废气脱硝管路4中设有主机脱硝反应器5，主机脱硝反应器5的排气口设有阀门42。
副机废气脱硝管路8与柴油机副机7的排气口连接，副机废气脱硝管路8中设有副机脱硝反应器11，柴油机副机7的排气口与副机脱硝反应器11之间的副机废气脱硝管路8中设有副机尿素溶液喷枪92，副机脱硝反应器11的排气口设有阀门81。柴油机副机为中速柴油机，在本实施例中，柴油机副机7的个数至少为一台，优选为2台，每台柴油机副机7的排气口对应连接一条副机废气脱硝管路8，所有副机废气脱硝管路8的排气端接入脱硝废气管路10中。
烟气换热器6用于实现柴油机副机7的脱硝废气对柴油机主机的待脱硝废气的加热。在本实施例中，烟气换热器6为回转式换热器，回转式换热器包括转子61与外壳62，转子61包括转轴611以及沿转轴611的周向间隔设置的多个换热叶片612，转轴611将外壳62的内部分隔为第一废气腔621与第二废气腔622，第一废气腔621与主机废气脱硝管路4连通并位于涡轮增压器2与主机脱硝反应器5之间，第二废气腔622与柴油机副机7的脱硝废气管路10连通，第一废气腔621与第二废气腔622互不连通，多个换热叶片612在转子61转动时循环进入第一废气腔621与第二废气腔622，从而将第二废气腔622中高温废气的热量转移给第一废气腔621中的低温废气。优选的，转子61的工作转速为1-2r/min，转轴611为考登钢转轴611，换热叶片612为不锈钢叶片。
尿素供应装置9包括主机尿素溶液喷枪91、副机尿素溶液喷枪92、尿素溶液罐93、空气压缩机94、尿素泵95、尿素计量分配单元96及背压阀组97。具体的，尿素泵95连接于尿素溶液罐93的出口，尿素泵95的出口分别通过主机尿素供应管路911及副机尿素供应管路921与主机尿素溶液喷枪91及副机尿素溶液喷枪92连接，主机尿素供应管路911及副机尿素供应管路921中均设有尿素计量分配单元96，空气压缩机94通过压缩空气管路941与各尿素计量分配单元96连接，其中，压缩空气管路941、主机尿素供应管路911及副机尿素供应管路921中设有对应的阀门，尿素泵95的出口还通过回流管路971与尿素溶液罐93的回流口931连接，背压阀组97设置在回流管路971中。在本实施例中，尿素溶液通过尿素泵95可同时供应到3台SCR系统，每台柴油机的SCR系统的尿素量由尿素计量分配单元96控制，从而可保证氨逃逸控制在合理范围内。
在本发明的实施例中，主机尿素溶液喷枪91设置在主机废气集气箱1中，从而可利用涡轮增压器2前的高温烟气将尿素溶液分解，尿素溶液分解成的氨气与废气进入主机脱硝反应器5之前可在涡轮增压器2及主机废气脱硝管路4中充分进行混合。如此，由于尿素溶液预先分解得到氨气，因而只需使经过涡轮增压器2后温度下降的柴油机主机废气和高温的柴油机副机废气在烟气换热器6中换热，即可将柴油机主机废气的温度提高到主机脱硝反应器5的反应温度，无需额外设置废气或尿素溶液的加热装置。
接下来，对发明的船舶废气脱硝系统的工作过程详细说明如下。
当船舶在ECA区域内运行时，阀门31关闭，阀门81、阀门41、阀门42、尿素供应装置9、烟气换热器6开启，主机废气集气箱1中的主机废气经涡轮增压器2进入主机废气脱硝管路4，主机尿素溶液喷枪91喷出的尿素溶液在主机废气集气箱1中分解并经涡轮增压器2进入主机废气脱硝管路4，尿素分解气体与主机废气的混合气体进入烟气换热器6的第一废气腔621，同时，柴油机副机7排出的副机废气进入副机废气脱硝管路8中后进入副机脱硝反应器11中进行脱硝，脱硝后的废气排入脱硝废气管路10中并进入烟气换热器6的第二废气腔622。此时，烟气换热器6的转子61上的换热叶片612循环进入第一废气腔621与第二废气腔622，换热叶片612通过柴油机副机侧的高温废气时吸收热量，温度上升，并在进入柴油机主机侧的第一废气腔622时放热，从而对第一废气腔622中的尿素分解气体与主机废气的混合气体进行加热，加热后的混合气体进入主机脱硝反应器5中进行脱硝反应，脱硝后的气体排至大气。
当船舶在非ECA区域运行时，阀门31开启，阀门41、阀门42、主机脱硝反应器5、副机脱硝反应器11、烟气换热器6、尿素供应装置9关闭，并根据柴油机副机7的运行情况确定阀门81的开闭，此时，主机废气从主机废气集气箱1出来之后通过主机废气直排管路3直接排入大气。
综上所述，本发明实施例的船舶废气脱硝系统将主机尿素溶液喷枪设置在主机废气集气箱中，从而可利用涡轮增压器前的高温烟气将尿素溶液分解，尿素溶液分解成的氨气与废气在进入主机脱硝反应器前在涡轮增压器及主机废气脱硝管路中充分进行混合。如此，由于尿素溶液预先分解得到氨气，使得经过涡轮增压器后温度下降的柴油机主机废气在烟气换热器中与高温的柴油机副机废气进行换热后，即可将温度提高到主机脱硝反应器的反应温度，从而无需额外设置废气或尿素溶液的加热装置，通过综合利用船舶柴油机主机、副机排气的能量，解决了低速柴油机排气温度低的问题，提高了脱硝效率，减少了能量消耗，同时简化了脱硝系统的结构。此外，本发明的船舶废气脱硝系统通过对柴油机主机的脱硝系统与柴油机副机的脱硝系统进行整合，使得尿素供应装置可同时向柴油机主机的脱硝系统与柴油机副机的脱硝系统供应尿素，进一步简化了系统结构。
最后，本发明以具体的实施例来说明其所达到的效果：
实施例一：
某27000DWT散货船，主机功率为4400kw，废气流量为35000kg/h，其中氮氧化物的含量为13.3g/kwh，副机功率420kw，废气流量3600kg/h，其中氮氧化物的含量为13g/kwh，使用本发明的船舶废气脱硝系统，经处理后的废气氮氧化物含量可达3g/kwh以下，能够达到IMO对氮氧化物的排放要求。低速机排气温度由210℃升高25℃，副机排气温度由350℃降低至250℃，柴油机主机不需要调校，节省油耗1g/kwh。尿素供应装置能同时提供3台柴油机尿素用量，计量准确，保证氨逃逸在控制范围内。
实施例二：
某2000TEU集装箱船，主机功率为12000kw，废气流量为86000kg/h，其中氮氧化物浓度为12.6g/kwh，副机功率1000kw，废气流量9000kg/h，其中氮氧化物的含量为13g/kwh，使用本发明的船舶废气脱硝系统，低速机排气温度由208升高27℃，副机排气温度由350℃降低至245℃，柴油机主机不需要调校，节省油耗约1g/kwh。尿素供应装置能同时提供3台柴油机尿素用量，计量准确，保证氨逃逸在控制范围内，经处理后的废气氮氧化物含量可达3g/kwh以下，能够达到IMO对氮氧化物的排放要求。
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。