船舶廢氣脫硝系統的制作方法

本發明涉及大氣環境保護領域，特別是關于一種船舶廢氣脫硝系統。

背景技術：

為了控制船用廢氣集氣箱NOx的排放，國際海事組織通過了《MARPOL 73/78公約》附則VI《防止船舶造成空氣污染規則》的修訂案，該修訂案規定從2016年1月1日起在排放控制區(Emission ControlArea，ECA區域)實行Tier III排放標準。該標準確定了更低的氮氧化物排放值，這就需要對船舶廢氣進行脫硝處理。目前，應用最廣泛的船舶廢氣集氣箱廢氣脫硝處理技術是選擇性催化還原(Selective CatalyticReduction，SCR)。

采用選擇性催化還原技術對廢氣進行脫硝處理時，首先向溫度為170～550℃的廢氣中噴入還原劑，還原劑可以是純氨氣、氨水或尿素溶液，由于尿素便于存儲和運輸，一般作為還原劑的首選，尿素經過噴槍的霧化，熱解或水解為氨氣。隨后，氨氣和廢氣的混合物一起通過催化劑發生催化反應，使氮氧化物轉變為氮氣和水蒸氣后排出，從而降低了排氣中NOx的含量。

目前，實現上述選擇性催化還原技術的脫硝設備主要包括尿素供應系統、催化反應系統和壓縮空氣系統等，尿素供應系統主要包括尿素罐、尿素計量泵和尿素溶液噴槍，催化反應系統主要包括反應器和蒸發混合器，壓縮空氣系統主要包括吹灰、通風和設備吹掃等。然而，現有的脫硝設備結構復雜，所需占用的空間較大，影響了船上人員的活動空間及其他設備的排布。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種結構緊湊的船舶廢氣脫硝系統。

本發明提供的船舶廢氣脫硝系統，包括：

廢氣直排管路，該廢氣直排管路通過第一閥門與廢氣集氣箱的排氣口連接；

廢氣脫硝管路，該廢氣脫硝管路通過第二閥門與廢氣集氣箱的排氣口連接；

脫硝反應器，該脫硝反應器連接在該廢氣脫硝管路中，包括尿素蒸發室、混合器與反應室，該尿素蒸發室設有尿素溶液噴槍，該混合器連接該尿素蒸發室與該反應室；其中，

該第一閥門開啟、第二閥門關閉，廢氣經該廢氣直排管路排出；該第一閥門關閉、第二閥門開啟，廢氣經該廢氣脫硝管路進入該脫硝反應器的尿素蒸發室后，與尿素混合并經該混合器進入該反應器進行脫硝后排出。

進一步的，該脫硝反應器包括相對的第一端與第二端，該脫硝反應器的進氣口與排氣口位于該第一端，該尿素蒸發室與該進氣口連接，該反應室與該排氣口連接，該尿素蒸發室由該脫硝反應器的第一端延伸至第二端并沿該第二端的側壁設置，該尿素蒸發室的出口位于遠離該第二端的側壁的一側，該混合器連接該尿素蒸發室的出口與該反應室的入口。

進一步的，該尿素蒸發室在靠近該第二端的側壁處設有導流板。

進一步的，該船舶廢氣脫硝系統還包括廢氣氧化支路，該廢氣氧化支路與該廢氣脫硝管路連接且位于該脫硝反應器與該第二閥門之間，該廢氣氧化支路依次設有第三閥門與氣體氧化器。

進一步的，該尿素溶液噴槍與尿素供應裝置連接，該尿素供應裝置包括尿素管路、尿素罐、空氣管路與空壓機，該尿素罐通過該尿素管路與該尿素溶液噴槍連接，該尿素管路上依次設有計量泵與第四閥門，該空壓機通過第五閥門與該尿素管路的出口端連接。

進一步的，該船舶廢氣脫硝系統還包括尿素清洗管路，該尿素清洗管路包括熱水管路與冷水管路，該熱水管路設置在廢熱鍋爐的外壁上，該熱水管路通過第六閥門與該尿素管路連接，該冷水管路通過第七閥門與該尿素管路連接，該第六閥門、第七閥門與該尿素管路的連接點位于該計量泵與該尿素罐之間。

進一步的，該廢氣脫硝管路的排氣端通過第八閥門與該廢氣直排管路的排氣端連接，該廢氣直排管路的排氣端與該廢氣脫硝管路的排氣端均與該廢熱鍋爐連接。

進一步的，該廢氣直排管路的排氣端和該廢氣脫硝管路的排氣端與該廢熱鍋爐的進氣口之間設有渦輪增壓器。

進一步的，該廢熱鍋爐的排氣口設有消音器。

進一步的，各閥門為自動控制閥門。

本發明的實施例中，船舶廢氣脫硝系統的尿素蒸發室、混合器與反應室合并在脫硝反應器中，與尿素蒸發室、混合器、反應室沿廢氣脫硝管路串聯設置的方式相比，縮短了管路的長度，減少了連接件的設置，使得船舶廢氣脫硝系統的結構更加緊湊。

附圖說明

圖1為本發明實施例中船舶廢氣脫硝系統的結構示意圖。

具體實施方式

為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對本發明的具體實施方式、結構、特征及其功效，詳細說明如后。

圖1為本發明實施例中船舶廢氣脫硝系統的結構示意圖。如圖1所示，本發明實施例的船舶廢氣脫硝系統包括廢氣集氣箱50、廢氣直排管路10、廢氣脫硝管路20、脫硝反應器30、渦輪增壓器90與廢熱鍋爐80，其中，脫硝反應器30連接在廢氣脫硝管路20中，廢氣直排管路10與廢氣脫硝管路20連接在廢氣集氣箱50與廢熱鍋爐80之間，廢氣直排管路10通過第一閥門11與廢氣集氣箱50的排氣口連接，廢氣脫硝管路20通過第二閥門21與廢氣集氣箱50的排氣口連接，廢氣脫硝管路20的排氣端通過第八閥門22與廢氣直排管路10的排氣端連接，渦輪增壓器90連接在廢氣直排管路10和廢氣脫硝管路20的排氣端與廢熱鍋爐80之間，廢熱鍋爐80的排氣口設有消音器81。

根據船舶所在區域的排放要求，可控制廢氣集氣箱50中的廢氣通過廢氣直排管路10或廢氣脫硝管路20排出。具體的，在非ECA區，第一閥門11開啟、第二閥門21與第八閥門22關閉，廢氣集氣箱50中的廢氣經廢氣直排管路10排入廢熱鍋爐80后排出，在ECA區，第一閥門11關閉、第二閥門21與第八閥門22開啟，廢氣集氣箱50中的廢氣經廢氣脫硝管路10進入脫硝反應器30進行脫硝后排入廢熱鍋爐80再排出。

脫硝反應器30包括尿素蒸發室31、混合器32與反應室33，尿素蒸發室31設有尿素溶液噴槍35與導流板34，混合器32連接尿素蒸發室31與反應室33。具體的，脫硝反應器30包括位于脫硝反應器30兩端的第一端36與第二端37，脫硝反應器30的進氣口與排氣口位于第一端36，尿素蒸發室31與脫硝反應器30的進氣口連接，反應室33與脫硝反應器30的排氣口連接，尿素蒸發室31由脫硝反應器30的第一端36延伸至第二端37并沿第二端37的側壁設置，尿素蒸發室31的出口位于遠離第二端37的側壁的一側，混合器32連接尿素蒸發室31的出口與反應室33的入口，如此，尿素蒸發室31沿脫硝反應器30的側壁繞至混合器32的入口，形成具有轉角的氣體通道，導流板34設置在尿素蒸發室31內靠近第二端37的側壁處，也即位于尿素蒸發室31的轉角處。

在本實施例中，通過將脫硝反應器30的進氣口與排氣口設置在脫硝反應器30的同一端，使得尿素蒸發室31可設置成具有轉角的氣體通道，并在氣體通道的轉角處設置導流板34，如此，廢氣進入尿素蒸發室31后，可對反應室33進行預熱并與尿素分解生成的氨氣進行充分混合，混合后的氣體再次進入混合器32中旋轉混合以提高混合均勻性，可有效提高脫硝效率。同時，本發明實施例將尿素蒸發室31、混合器32與反應室33合并在脫硝反應器30中，與尿素蒸發室31、混合器32、反應室33沿廢氣脫硝管路20串聯設置的方式相比，縮短了管路的長度，減少了連接件的設置，使得船舶廢氣脫硝系統的結構更加緊湊。

接上述，尿素溶液噴槍35與尿素供應裝置60連接，尿素供應裝置60包括尿素管路62、尿素罐61、空氣管路67與空壓機66，尿素罐61通過尿素管路62與尿素溶液噴槍35連接，尿素管路62上依次設有計量泵64與第四閥門63，空壓機66通過第五閥門68與尿素管路62的出口端連接。

進一步的，本實施例的船舶廢氣脫硝系統還包括廢氣氧化支路40，廢氣氧化支路40與廢氣脫硝管路20連接且位于脫硝反應器30與第二閥門21之間，廢氣氧化支路40依次設有第三閥門41與氣體氧化器42。

由于柴油機廢氣中NO的含量在NO_x中占大部分(90％以上)，因而反應室33中通常主要發生標準反應：4NH₃+4NO+O₂→4N₂+6H₂O。然而，NO₂的存在會使反應室33中發生快速反應：2NH₃+NO+NO₂→2N₂+3H₂O，催化反應的速率較標準反應更快。本發明實施例利用NO在有氧氣的條件下即能被氧化為NO₂的不穩定性，從廢氣脫硝管路20中引出一定比例的廢氣(調節第三閥門41的開度)進入氣體氧化器42內氧化，通過在氣體氧化器42內連續注入空氣，NO被空氣中的O₂氧化成NO₂，氧化后的氣體重新注入到廢氣脫硝管路20中，與未氧化的廢氣一起進入脫硝反應器30，從而增加了NO_x中NO₂的比例，使低溫下的NO_x催化轉化效率顯著提高，可有效提高脫硝效率，從而減少氨逃逸。

進一步的，本實施例的船舶廢氣脫硝系統還包括尿素清洗管路70，尿素清洗管路70包括熱水管路71與冷水管路72，熱水管路71設置在廢熱鍋爐80的外壁上，熱水管路71通過第六閥門73與尿素管路62連接，冷水管路72通過第七閥門74與尿素管路62連接，第六閥門73、第七閥門74與尿素管路62的連接點位于計量泵64與尿素罐61之間，通過調節第六閥門73與第七閥門74的開度可調節沖洗水的溫度。

在船舶進入非ECA區時，第一閥門11開啟、第二閥門21與第八閥門22關閉，無需尿素溶液供應，此時需要沖洗尿素管路62以避免尿素結晶堵塞管路。具體的，由船艙內的水箱提供沖洗水，熱水管路71中的沖洗水與廢熱鍋爐80換熱，水溫增加后與冷水管路72中的沖洗水混合以提高水溫，而適當提高沖洗水的溫度，能有效改善沖洗水對尿素管路62和尿素溶液噴槍35內尿素溶液或尿素結晶體的沖洗效果。通過利用廢熱鍋爐80對沖洗水進行加熱，無需另外設置加熱裝置，結構緊湊，且有效改善了沖洗效果。

優選的，以上所述的各閥門均為自動控制閥門。

綜上所述，本發明的船舶廢氣脫硝系統至少包括如下優點：

(1)將尿素蒸發室、混合器與反應室合并在脫硝反應器中，與尿素蒸發室、混合器、反應室沿廢氣脫硝管路串聯設置的方式相比，縮短了管路的長度，減少了連接件的設置，使得船舶廢氣脫硝系統的結構更加緊湊；

(2)通過將脫硝反應器的進氣口與排氣口設置在脫硝反應器的同一端，使得尿素蒸發室可設置成具有轉角的氣體通道，并在氣體通道的轉角處設置導流板，如此，廢氣進入尿素蒸發室后可對反應室進行預熱并與尿素分解生成的氨氣進行充分混合，混合后的氣體再次進入混合器中旋轉混合以提高混合均勻性，可有效提高脫硝效率；

(3)通過設置氣體氧化器，將廢氣脫硝管路中一定比例的廢氣引入氣體氧化器內氧化，增加了NO_x中NO₂的比例，使低溫下的NO_x催化轉化效率顯著提高，可有效提高脫硝效率，從而減少氨逃逸；

(4)利用廢熱鍋爐對尿素管路的沖洗水進行加熱，無需另外設置加熱裝置，結構緊湊，且有效改善了沖洗效果。

最后，本發明以具體的實施例來說明其所達到的效果：

實施例一：

對型號A的柴油機進行廢氣脫硝處理：廢氣由柴油機排出到廢氣集氣箱，從廢氣脫硝管路中引出1/4的廢氣進行氧化后排入脫硝反應器，此時，尿素溶液在計量泵的作用下進入到尿素蒸發室中分解為氨氣，混合氣體在導流板的作用下側向進入混合器中進行旋轉混合，混合后的氣體進入到反應室中發生催化還原反應，反應后的氣體進入渦輪增壓器，隨之進入廢熱鍋爐和消音器，最后排放到大氣中。

脫硝過程結束后，沖洗水進入到與廢熱鍋爐相連的熱水管路中，水被加熱，并通過調節第六閥門改變進入冷水管路中熱水的流量，熱水和冷水混合后，整體的水溫得到提高，溫度提高后的沖洗水進入到尿素管路中，沖洗后的水通過尿素溶液噴槍排入到尿素蒸發室內。測試脫硝效率較不使用氣體氧化器提高了5％。

實施例二：

對型號A的柴油機進行廢氣脫硝處理：廢氣由柴油機排出到廢氣集氣箱，從廢氣脫硝管路中引出1/2的廢氣進行氧化后排入脫硝反應器，此時，尿素溶液在計量泵的作用下進入到尿素蒸發室中分解為氨氣，混合氣體在導流板的作用下側向進入混合器中進行旋轉混合，混合后的氣體進入到反應室中發生催化還原反應，反應后的氣體進入渦輪增壓器，隨之進入廢熱鍋爐和消音器，最后排放到大氣中。

脫硝過程結束后，沖洗水進入到與廢熱鍋爐相連的熱水管路中，水被加熱，并通過調節第六閥門改變進入冷水管路中熱水的流量，熱水和冷水混合后，整體的水溫得到提高，溫度提高后的水進入到尿素管路中，沖洗后的水通過尿素溶液噴槍排入到尿素蒸發室內。測試脫硝效率較不使用氣體氧化器提高了10％。

實施例三：

對型號A的柴油機進行廢氣脫硝處理：廢氣由柴油機排出到廢氣集氣箱，從廢氣脫硝管路中引出1/8的廢氣進行氧化后排入脫硝反應器，此時，尿素溶液在計量泵的作用下進入到尿素蒸發室中分解為氨氣，混合氣體在導流板的作用下側向進入混合器中進行旋轉混合，混合后的氣體進入到反應室中發生催化還原反應，反應后的氣體進入渦輪增壓器，隨之進入廢熱鍋爐和消音器，最后排放到大氣中。

脫硝過程結束后，沖洗水進入到與廢熱鍋爐相連的熱水管路中，水被加熱，并通過調節第六閥門改變進入冷水管路中熱水的流量，熱水和冷水混合后，整體的水溫得到提高，溫度提高后的水進入到尿素管路中，沖洗后的水通過尿素溶液噴槍排入到尿素蒸發室內。測試脫硝效率較不使用氣體氧化器提高了2％。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。