一种联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统及其方法

本发明涉及船舶发动机尾气处理，具体涉及到一种联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统及其方法。

背景技术：

1、随着世界经济全球化的发展，船舶运输在世界经济的发展中占有的地位越来越重要。现在航行的船舶绝大部分使用的是含碳化石燃料，在燃烧后会生成大量的co2气体，在船舶领域，以氨为燃料的氨发动机设计理念越来越火热，大部分研究工作者开展了氨发动机的设计研究。氨发动机以氨气为燃料进行燃烧做功，由于发动机气缸结构和不同的工作负荷，会存在氨气燃烧不完全的情况，造成氨逃逸，另外氨发动机也不可避免的生成大量nox污染物，减少nh3和nox排放的主要方法有改善机内燃烧策略和加装机外脱除装置。

2、传统机外nox脱除方法应用最多的是选择性催化还原技术(scr)，船舶scr技术是通过尿素水溶液中尿素分解生成的nh3在scr系统催化剂表面与船舶尾气中的nox反应，生成n2，多余的nh3也被氧化为n2。目前该技术比较成熟，但也有另外一种nh3提供方式，用固体储氨材料代替尿素水溶液提供scr反应所需nh3，同时储氨材料也具有较强的氨吸附能力。

3、如申请号cn201320618998.2公开了一种可降低排放尾气中含量的中压尾气吸收系统，其使用液体吸收液吸收尾气中的氨气，但是吸收后的吸收液再利用时需要解析，容易生成废液，并且塔式设计占地空间大，发动机背压较大。

4、申请号cn201910189545.4公开了协同脱除scr后烟气中三氧化硫氨气和飞灰的系统及方法，其针对煤炉锅炉，通过减少回转式空气预热器的换热面积，将回转式空气预热器烟气出口温度提高至nh4hso4露点温度左右，利用烟气中的nh3和so3对燃煤灰颗粒进行调质，使灰粒表面生成nh4hso4，nh4hso4具有粘性，使得颗粒逐渐生成，最终将颗粒去除，同时去除了nh3和so3。但氨发动机与煤炉锅炉不同，几乎不含有硫化物，因此通过生成nh4hso4附着颗粒进而一起去除的原理行不通。

5、因此，开发一种体积小、成本低、效果好的联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统及其方法是十分必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统及其方法。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，包括scr反应器、控制器，所述scr反应器的出气端上连通有氨捕集器，所述scr反应器的进气端上分别连接有氨发动机、氨供给器，所述氨发动机的出气端安装有涡轮增压器，所述涡轮增压器通过管道分别与所述scr反应器、氨供给器相连通；所述涡轮增压器与scr反应器的管道上安装有第一nox传感器、第一nh3传感器和流量传感器，所述氨捕集器的出气端上连接有泵，所述泵的出气端通过管道与所述氨供给器的进气端相连通，所述氨供给器的出气端通过流量控制器与所述scr反应器的进气端相连通；

3、所述控制器分别与所述第一nox传感器、第一nh3传感器、流量传感器、泵、流量控制器电连接，用于根据所述第一nox传感器、第一nh3传感器和流量传感器获得的参数控制所述泵和流量控制器，向所述scr反应器内输送相匹配的含氨气体。

4、进一步的，氨捕集器的出气端管道上安装有第二nox传感器、第二nh3传感器，所述第二nox传感器、第二nh3传感器分别与所述控制器电连接。

5、进一步的，scr反应器呈圆柱形桶装结构，圆柱形桶装结构的所述scr反应器包括依次布置的scr进气口、第一整流板、第一金属格栅和金属网、催化剂、scr出气口。

6、进一步的，氨捕集器呈圆柱形桶装结构，圆柱形桶装结构的所述氨捕集器包括依次布置的捕集器进气口、第二整流板、第二金属格栅和金属网、第一储氨材料、捕集器出气口。

7、进一步的，第一储氨材料为固体材料，其呈三层结构，并呈水平放置。

8、进一步的，第一储氨材料包括无机盐材料、多孔材料中的一种或多种；所述无机盐材料包括mgcl2、cacl2中一种或多种；所述多孔材料包括沸石、氧化铝、负载离子液体的多孔材料中的一种或多种。

9、进一步的，氨供给器包括第一空腔层、第二空腔层，所述第二空腔层位于所述第一空腔层内，所述第一空腔层上设有废气旁通入口、废气旁通出口；所述第二空腔层上设有氨供给入口、第三整流板、压力传感器、温度传感器、不锈钢金属网、加热单元、第二储氨材料、氨供给出口。

10、进一步的，scr反应器、氨捕集器和氨供给器内均设置有呈喇叭形的气体膨胀局域。

11、进一步的，涡轮增压器安装于所述scr反应器出气端的管道上。

12、一种联合氨气脱除尾气中污染物的控制方法，利用上述的联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，其方法如下：

13、s1、控制器根据涡轮增压器的排气量、nox浓度和nh3浓度，计算出scr反应器所需的气流量、nh3浓度；

14、s2、控制器根据所述第二储氨材料关于温度、压力和氨气释放量的脉谱图，获取所需的nh3量；并根据所述nh3量自动控制泵、加热单和流量控制器，向scr反应器内输送相匹配的含氨气体；

15、s3、含氨气体和尾气混合进入scr反应器进行scr反应；

16、s4、反应后的尾气进入氨捕集器，在氨气被吸附后，其余气体经nox传感器、nh3传感器检测，满足tieriii排放法规后排向大气。

17、由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

18、1、本发明的联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，通过scr反应器和氨捕集器的联合使用，可以去除氨发动机未燃烧完全逃逸的nh3和生成的nox，满足tieriii排放法规。

19、2、本发明的联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，通过氨供给器和氨捕集器的联合使用，两者均使用固体储氨材料，在氨捕集器内的储氨材料吸附氨气后，可以将其放置到氨供给器充当储氨材料提供nh3到scr反应器内，实现氨气的充分利用，从而可以有效去除船舶尾气中的nh3。

20、3、本发明的联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，占用空间较小，设备成本较低。

技术特征：

1.一种联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，其特征在于：包括scr反应器、控制器，所述scr反应器的出气端上连通有氨捕集器，所述scr反应器的进气端上分别连接有氨发动机、氨供给器，所述氨发动机的出气端安装有涡轮增压器，所述涡轮增压器通过管道分别与所述scr反应器、氨供给器相连通；所述涡轮增压器与scr反应器的管道上安装有第一nox传感器、第一nh3传感器和流量传感器，所述氨捕集器的出气端上连接有泵，所述泵的出气端通过管道与所述氨供给器的进气端相连通，所述氨供给器的出气端通过流量控制器与所述scr反应器的进气端相连通；

2.根据权利要求1所述的联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，其特征在于：所述氨捕集器的出气端管道上安装有第二nox传感器、第二nh3传感器，所述第二nox传感器、第二nh3传感器分别与所述控制器电连接。

3.根据权利要求1所述的联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，其特征在于：所述scr反应器呈圆柱形桶装结构，圆柱形桶装结构的所述scr反应器包括依次布置的scr进气口、第一整流板、第一金属格栅和金属网、催化剂、scr出气口。

4.根据权利要求1所述的联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，其特征在于：所述氨捕集器呈圆柱形桶装结构，圆柱形桶装结构的所述氨捕集器包括依次布置的捕集器进气口、第二整流板、第二金属格栅和金属网、第一储氨材料、捕集器出气口。

5.根据权利要求4所述的联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，其特征在于：所述第一储氨材料为固体材料，其呈三层结构，并呈水平放置。

6.根据权利要求4所述的联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，其特征在于：所述第一储氨材料包括无机盐材料、多孔材料中的一种或多种；所述无机盐材料包括mgcl2、cacl2中一种或多种；所述多孔材料包括沸石、氧化铝、负载离子液体的多孔材料中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，其特征在于：所述氨供给器包括第一空腔层、第二空腔层，所述第二空腔层位于所述第一空腔层内，所述第一空腔层上设有废气旁通入口、废气旁通出口；所述第二空腔层上设有氨供给入口、第三整流板、压力传感器、温度传感器、不锈钢金属网、加热单元、第二储氨材料、氨供给出口。

8.根据权利要求1所述的联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，其特征在于：所述scr反应器、氨捕集器和氨供给器内均设置有呈喇叭形的气体膨胀局域。

9.根据权利要求1所述的联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，其特征在于：所述涡轮增压器安装于所述scr反应器出气端的管道上。

10.一种联合氨气脱除尾气中污染物的控制方法，其特征在于：利用权利要求1-9任一所述的联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，其方法如下：

技术总结
本发明涉及船舶发动机尾气处理技术领域，具体涉及到一种联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统及其方法。本申请的联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，通过氨供给器提供还原剂NH<subgt;3</subgt;在SCR反应器内与氨发动机生成的NOx反应从而脱除发动机尾气中的氮氧化物，经过SCR反应后的气体进入氨捕集器内，吸附在氨捕集器内的储氨材料内，从而去除氨发动机逃逸的氨气和SCR反应器未反应完的氨气。吸附大量NH<subgt;3</subgt;的储氨材料在氨供给器内通过加热再生逐步释放出氨气，旁通尾气在泵的带动下进入氨气供给器，带动释放出的氨气进入SCR反应器参与SCR反应，实现氨气的充分利用，从而可以有效去除船舶尾气中的NH<subgt;3</subgt;。

技术研发人员：席鸿远,张天鹏,周松,朱云龙,孙昂,李蕴羽,莫杰,任建军
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13