船用柴油发动机尾气脱硫脱硝一体化系统与控制方法与流程

本发明涉及柴油发动机尾气净化处理，具体而言涉及一种船用柴油发动机尾气脱硫脱硝一体化系统。

背景技术：

1、近年来，随着国际海事组织(imo)的防污公约《marpol73/78防污公约附则vi》的实施，针对海洋船舶尾气污染控制措施越来越严格。对于波罗的海、英国北海、北美排放控制区、美国加勒比海排放控制区等各个排放控制区内，船舶废气中的sox(硫化物)排放要满足公约要求外，nox(氮氧化物)排放也要求满足采用tier iii nox排放标准，在排放控制区外则要求满足tier ii排放标准。

2、由于imo对nox的排放控制要求晚于sox，因此很多海洋船舶已经采用脱硫洗涤塔类装置来进行尾气中sox的净化，而nox尾气净化的装置则没有配置。随着imo组织对nox的排放控制要求开始实施，同时满足sox和nox净化的海洋船舶柴油机尾气净化技术成为一种诉求。而通过传统的脱硫洗涤塔之后的发动机尾气温度过低无法再使用scr(选择性催化还原)等技术进行nox净化，这一难题也成为海洋船舶尾气净化技术待攻克的难点和重点。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种船用柴油发动机尾气脱硫脱硝一体化系统，将船用柴油发动机尾气nox和sox的净化集成到同一个净化器中完成，相比于传统的脱硫洗涤塔和scr还原装置的设置，减少了设备的安装空间，可以为游轮等船舶提供更多载客空间，或为货轮提供更多的载货空间，同时，可实现nox和sox的同步净化，结合柴油燃烧器的方式，实现了催化剂和捕集器模块的再生，使得整个尾气净化的过程形成持续可再生的闭环。

2、根据本发明目的的第一方面，提出一种船用柴油发动机尾气脱硫脱硝一体化系统，包括：

3、接入船用柴油发动机的尾气管道的scr喷射系统，用于向尾气管道内喷射尿素溶液，所述尿素溶液能够与船用柴油发动机尾气中的nox反应，实现净化nox，并且与船用柴油发动机尾气中的sox反应，捕集柴油发动机尾气中的sox生成铵盐；

4、与尾气管道的出口连接的脱硫脱硝反应器，沿着尾气流动方向设置有scr催化剂模块以及捕集器模块，所述捕集器模块用于捕集前述生成的铵盐；

5、与所述脱硫脱硝反应器通过管道连接的尾气升温装置，被设置用于为所述脱硫脱硝反应器提供稳定热源，对脱硫脱硝反应器以及从脱硫脱硝反应器通过的尾气进行加热；

6、净化尾气出口，与所述脱硫脱硝反应器的出口端连接；以及

7、控制器，与所述scr喷射系统、尾气升温装置连接，并用于控制所述scr喷射系统、尾气升温装置的运行；

8、其中，在所述脱硫脱硝反应器内，通过加热使得scr催化剂再生恢复，并且通过加热将所述捕集器模块捕集的铵盐分解并通过所述净化尾气出口排放，为下一次在排放捕集做准备。

9、作为可选的实施例，所述尾气升温装置为柴油燃烧器，被设置用于通过燃烧柴油为所述脱硫脱硝反应器提供稳定热源。

10、作为可选的实施例，所述脱硫脱硝反应器由所述scr催化剂模块与捕集器模块依次相连构成；

11、scr催化剂模块的入口端与尾气管道的出口端连接，scr催化剂模块的出口端与捕集器模块的入口端连接，捕集器模块的出口端与净化尾气出口连接。

12、作为可选的实施例，所述scr催化剂模块包括第一壳体以及由第一壳体定义的内部腔体；

13、多个催化剂组件在尾气流动方向上，以平铺排列的方式安装到内部腔体；

14、所述第一壳体的下部和上部分别构成尾气流动的入口端与出口端。

15、作为可选的实施例，所述scr催化剂模块还设置有反吹扫装置，用于通过高压气体对催化剂组件进行吹扫。

16、作为可选的实施例，所述捕集器模块包括第二壳体以及由第二壳体定义的内部空腔；

17、多个滤芯在尾气流动方向上，以平铺横置排列的方式安装到第二壳体的内部空腔；

18、所述第二壳体的下部和上部分别构成尾气流动的入口端与出口端。

19、在可选的实施例中，所述催化剂组件以及滤芯均被以可拆卸的方式安装。

20、作为可选的实施例，所述scr喷射系统将尾气管道分成前排管道和后排管道；

21、所述前排管道设置有第一温度传感器t1、第一压力传感器p1以及第一氮氧传感器nox1，分别用于检测未经scr处理的前排温度、前排压力以及前排氮氧量；

22、所述净化尾气出口设置有第二温度传感器t2、第二压力传感器p2以及第二氮氧传感器nox2，分别用于检测净化后排放尾气的后排温度、后排压力以及后排氮氧量；

23、所述第一温度传感器t1、第一压力传感器p1、第一氮氧传感器nox1、第二温度传感器t2、第二压力传感器p2以及第二氮氧传感器nox2，分别与所述控制器连接。

24、作为可选的实施例，所述脱硫脱硝反应器300的入口端和出口端分别设置有第一so2传感器与第二so2传感器，分别用于检测流入和流出脱硫脱硝反应器的二氧化硫含量。

25、根据本发明目的的第二方面，还提出一种船用柴油发动机尾气脱硫脱硝一体化系统的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

26、在imo法规要求的排放控制区域内，采用富氨喷射的控制策略，通过所述scr喷射系统200喷射尿素溶液，在净化nox的同时，捕集柴油发动机尾气中的sox，具体反应过程包括：

27、4no+4nh3+o2→4n2+6h2o

28、6no+4nh3→5n2+6h2o

29、6no2+8nh3→7n2+12h2o

30、2no2+4nh3+o2→3n2+6h2o

31、so2+2nh3+h2o→(nh4)2so4。

32、在imo法规要求的排放控制区域外，通过控制柴油燃烧器工作，给脱硫脱硝反应器和通过脱硫脱硝反应器的尾气加热，实现scr催化剂的再生恢复，同时将捕集器模块内捕获的(nh4)2so4加热分解，为下一次在排放sox的捕集做准备；

33、在imo法规要求的排放控制区域外的具体反应过程包括：

34、(nh4)2so4→so2+2nh3+h2o

35、4no+4nh3+o2→4n2+6h2o

36、6no+4nh3→5n2+6h2o

37、6no2+8nh3→7n2+12h2o

38、2no2+4nh3+o2→3n2+6h2o。

39、由此，结合以上技术方案，本发明提出的船用柴油发动机尾气脱硫脱硝一体化系统的显著优点在于：

40、1、本发明提出的船用柴油发动机尾气脱硫脱硝一体化系统采用通过集成化的设计，体积小，占地面积少，将nox和sox的净化集成到同一个净化器中完成，相比于传统的脱硫洗涤塔和scr还原装置来说，本发明的尾气脱硫脱硝一体化系统减少了设备的安装空间，可以为游轮提供更多载客空间，或为货轮提供更多的载货空间；

41、2、本发明提出的船用柴油发动机尾气脱硫脱硝一体化系统通过集成化设计，实现了no x和sox的同步净化的目标，同时又通过较容易实现的柴油燃烧器的方式，实现了催化剂和捕集器模块的再生，使得整个尾气净化的过程形成持续可再生的闭环；

42、3、本发明提出的船用柴油发动机尾气脱硫脱硝一体化系统，相比较于其它形式的nox和sox联合净化方式(其例如传统的过氧化氢溶液洗涤法、电解海水制次氯酸钠法等)，本发明的方法不需要消耗除尿素水溶液以外的化学溶剂或者电力，实现了nox和sox净化过程中的安全、高效、低成本的目的；

43、4、本发明提出的船用柴油发动机尾气脱硫脱硝一体化系统的设计，捕集器模块在收集铵盐的过程中，同时也会将尾气中的部分pm(颗粒物)收集，在进行脱硫脱硝反应器再生的过程中，也可同时将pm物质进行分解净化，pm物质在500-650℃过程中会与尾气中o2反应，生成co2和h2o等物质，排放到大气中，进一步起到净化柴油发动机尾气的效果；

44、5、本发明提出的船用柴油发动机尾气脱硫脱硝一体化系统配备柴油燃烧器，可以在发动机冷启动的过程中，启动柴油燃烧器，给脱硫脱硝反应器进行升温，使得相关的催化剂快速达到尾气净化需要的反应温度，可以有效降低启动阶段的尾气污染物排放；

45、6、本发明提出的船用柴油发动机尾气脱硫脱硝一体化系统还可以通过工业互联网，与海洋船舶主控室进行通信获取排放控制区信息，通过获取到的排放控制区进出信息为系统工作状态切换指令，自动实现尾气中污染物的净化和催化剂的再生控制。

46、应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

47、结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。