一种船用柴油机尾气高压选择性催化还原脱硝系统的制作方法

1.本实用新型涉及船舶发动机尾气处理技术，尤其涉及一种船用柴油机尾气高压选择性催化还原脱硝系统。


背景技术：

2.船舶柴油机废气中的氮氧化合物(nox)是大气污染物的重要组成之一，而选择性催化还原脱硝(scr)是目前较为广泛应用的船用尾气净化技术。由于船舶柴油机尾气温度偏低(220
‑
280℃)，这对于脱硝催化剂发挥其催化性能以及还原剂热解都具有一定的挑战性。尤其是对于还原剂热解，以尿素举例，当尾气温度不足以支持其发生充分的热分解时，将会有大量的结晶物产生反应器的进口处，从而导致scr系统失去净化性能。
3.将scr反应器安装与船舶柴油机增压器前端，由于增压器前端的废气未发生做功，其温度通常较高(280
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500℃)，足够使还原剂发生热分解，同时该温度也是脱硝催化剂发挥其催化性能的最佳温度区间，因此增压前高压选择性催化还原系统(hp
‑
scr)目前已经广泛应用于船舶柴油机尾气净化中。然而，其缺点也较为明显，系统内通常需要在反应器前布置一根较长的还原剂蒸发混合管，以保证还原剂得到充分分解并与烟气充分混合，从而在经过反应器时可以获得较好的净化效果。但这给系统布置带来一定的困难，会导致系统整体占用面积较大，且系统成本较高。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种船用柴油机尾气高压选择性催化还原脱硝系统，其能解决上述问题。
5.设计原理：本方案将还原剂喷射单元集成于柴油机增压器前排气集管上，利用排气集管的空间以及高温废气(280
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500℃)，是使还原剂溶液发生充分的蒸发分解，同时实现还原剂与柴油机废气充分混合，从而可以省去布置较为常用的还原剂蒸发混合装置，有效降低系统占地面积，降低系统整体成本。
6.本实用新型的目的采用以下技术方案实现。
7.一种船用柴油机尾气高压选择性催化还原脱硝系统，所述高压选择性催化还原脱硝系统包括脱硝反应单元、旁通单元、还原剂供给单元以及还原剂计量喷射单元，其中所述脱硝反应单元设置在排气集管下游与增压器排气侧上游之间，所述旁通单元可控的将柴油机的排气集管与增压器连通以及对增压器的排气侧可控的旁通，所述还原剂供给单元和还原剂计量喷射单元为柴油机的排气集管供给还原剂，所述还原剂计量喷射单元将还原剂供给单元提供的还原剂可控的向所述排气集管计量喷射。
8.优选的，所述脱硝反应单元包括脱硝反应器、进口阀和出口阀，所述进口阀、脱硝反应器、和出口阀依次设置在排气集管下游，并在出口阀的下游端连接至增压器排气侧的上游排气管上。
9.优选的，所述旁通单元包括排气总阀、增压排气旁通阀、和反应进气旁通阀，所述
增压排气旁通阀将排气总阀排出的尾气可控的不通过增气压的排气侧而直接排出，所述反应进气旁通阀将出口阀排出的脱硝净化后尾气可控的旁通连接至扫气集管。
10.优选的，所述脱硝反应单元的出口阀下游端排气管连接至所述排气总阀下游。
11.优选的，所述还原剂供给单元包括还原剂箱和还原剂泵，所述还原剂计量喷射单元包括计量器和喷射阀，所述还原剂箱、还原剂泵、计量器和喷射阀依次连接，喷射阀在控制器ecu的控制下向排气集管喷射还原剂。
12.优选的，所述还原剂箱内的还原剂为尿素溶液、氨水中的一种或组合。
13.相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：该新型hp
‑
scr系统净化效率高、结构紧凑，并且不会对柴油机性能产生影响，占地面积小而且成本低。
附图说明
14.图1为本实用新型一种船用柴油机尾气高压选择性催化还原脱硝系统的示意图。
具体实施方式
15.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
16.船用发动机排气进气示意图，参见图1，包括柴油机300、排气集管400、增压器200、扫气集管500和尾气高压选择性催化还原脱硝系统100。
17.一种船用柴油机尾气高压选择性催化还原脱硝系统100，包括脱硝反应单元10、旁通单元20、还原剂供给单元30以及还原剂计量喷射单元40，其中所述脱硝反应单元10设置在排气集管400下游与增压器200排气侧上游之间，所述旁通单元20可控的将柴油机300的排气集管400与增压器200连通以及对增压器200的排气侧可控的旁通，所述还原剂供给单元30和还原剂计量喷射单元40为柴油机300的排气集管400供给还原剂，所述还原剂计量喷射单元40将还原剂供给单元30提供的还原剂可控的向所述排气集管400计量喷射。
18.其中，脱硝反应单元10包括脱硝反应器11、进口阀12和出口阀13，所述进口阀12、脱硝反应器11、和出口阀13依次设置在排气集管400下游，并在出口阀13的下游端连接至增压器200排气侧的上游排气管上。
19.其中，旁通单元20包括排气总阀21、增压排气旁通阀22、和反应进气旁通阀23，所述增压排气旁通阀22将排气总阀21排出的尾气可控的不通过增气压200的排气侧而直接排出，所述反应进气旁通阀23将出口阀13排出的脱硝净化后尾气可控的旁通连接至扫气集管500。
20.进一步的，脱硝反应单元10的出口阀13下游端排气管连接至所述排气总阀21下游。
21.其中，还原剂供给单元30包括还原剂箱31和还原剂泵32，所述还原剂计量喷射单元40包括计量器41和喷射阀42，所述还原剂箱31、还原剂泵32、计量器41和喷射阀42依次连接，喷射阀42在控制器ecu的控制下向排气集管400喷射还原剂。
22.进一步的，所述还原剂箱31内的还原剂为尿素溶液、氨水中的一种或组合。
23.进一步的，所述喷射阀42集成在排气集管400上。
24.其中，所述系统100适用于船用低速、中速、高速柴油机主机以及柴油机发电机组，柴油机功率覆盖200kw～80000kw。
25.其中，船用的所述船用柴油机适用油品包括但不限于轻油(mgo)、船用燃油(mdo)、或重油(hfo)。
26.工作原理：关于船舶柴油机尾气氮氧化物净化的高压选择性催化还原脱硝系统(hp
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scr)设计方法，该系统安装于柴油机增压器前端。scr系统中的还原剂喷射阀集成于柴油机增压前的排气集管上。柴油机启动tier iii运行模式后，scr系统启动运行，还原剂将直接通过喷射阀的喷嘴喷射进入柴油机排气集管400内；在排气集管内，由于废气温度较高(280
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500℃)，喷射进入的还原剂将发生充分的热分解，生成scr反应所需的nh3并与高温烟气充分混合，然后进入脱硝反应器发生选择性催化还原反应，生成n2和h2o，从而达到净化柴油机废气的目的；净化后的废气直接进入增压器继续推动增压器做功。该新型hp
‑
scr系统具有净化效率高、占地面积小等特点，同时其也不会影响增压器以及柴油机的性能
27.试验验证实例1
28.将新型的hp
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scr系统安装于6s50
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mec 8.5船用低速柴油机上(额定功率9960kw，转速127rpm)，燃油为低硫油(mgo)。柴油机在75％负荷时，切换至tier iii运行模式后，新型的hp
‑
scr系统开始运行。还原剂供给单元将40.wt％尿素溶液输送至还原剂喷射单元，并直接喷入柴油机排气集管中，然后随废气进入scr反应器发生脱硝反应。在氨氮比为0.85时，经检测，净化后柴油机废气中的nox浓度为207ppm，氨逃逸为1ppm。
29.试验验证实例2
30.将新型的hp
‑
scr系统安装于6s50
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mec 8.5船用低速柴油机上(额定功率9960kw，转速127rpm)，燃油为低硫油(mgo)。柴油机在100％负荷时，切换至tier iii运行模式后，新型的hp
‑
scr系统开始运行。还原剂供给单元将40.wt％尿素溶液输送至还原剂喷射单元，并直接喷入柴油机排气集管中，然后随废气进入scr反应器发生脱硝反应。在氨氮比为0.95时，经检测，净化后柴油机废气中的nox浓度为178ppm，氨逃逸为1ppm。
31.试验验证实例3
32.将新型的hp
‑
scr系统安装于man 6l23
‑
30h船用辅机柴油机上(额定功率852kw，转速720rpm)，燃油为低硫油(mgo)。柴油机在75％负荷时，切换至tier iii运行模式，新型的hp
‑
scr系统开始运行。还原剂供给单元将40.wt％尿素溶液输送至还原剂喷射单元，并直接喷入柴油机排气集管中，然后随废气一同进入scr反应器发生脱硝反应。在氨氮比为0.85时，经检测，净化后柴油机废气中的nox浓度为169ppm，氨逃逸为2ppm。
33.试验验证实例4
34.将新型的lp
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scr系统安装于man 6l23
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30h船用中速辅机柴油机上(额定功率852kw，转速720rpm)，燃油为低硫油(mgo)。柴油机在100％负荷时，切换至tier iii运行模式，新型的lp
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scr系统开始运行。还原剂供给单元将40.wt％尿素溶液输送至还原剂喷射单元，并直接喷入柴油机排气集管中，经增压器做功后，进入scr反应器发生脱硝反应。在氨氮比为0.95时，经检测，净化后柴油机废气中的nox浓度为174ppm，氨逃逸为1ppm。
35.试验验证实例6
36.将新型的hp
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scr系统安装于6s50
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mec 8.5船用低速柴油机上(额定功率9960kw，转速127rpm)，燃油为船用柴油(mdo)。柴油机在75％负荷时，切换至tier iii运行模式后，新型的hp
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scr系统开始运行。还原剂供给单元将40.wt％尿素溶液输送至还原剂喷射单元，并直接喷入柴油机排气集管中，然后随废气进入scr反应器发生脱硝反应。在氨氮比为0.85时，经检测，净化后柴油机废气中的nox浓度为219ppm，氨逃逸为3ppm。
37.试验验证实例7
38.将新型的hp
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scr系统安装于6s50
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mec 8.5船用低速柴油机上(额定功率9960kw，转速127rpm)，燃油为低硫油(mgo)。柴油机在75％负荷时，切换至tier iii运行模式后，新型的hp
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scr系统开始运行。还原剂供给单元将20wt.％氨水输送至还原剂喷射单元，并直接喷入柴油机排气集管中，然后随废气进入scr反应器发生脱硝反应。在氨氮比为0.85时，经检测，净化后柴油机废气中的nox浓度为203ppm，氨逃逸为1ppm。
39.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。