快速脱除船舶发动机NO制造技术

本发明专利技术提出了一种快速脱除船舶发动机NOx的径向脱硝装置和脱硝方法，本发明专利技术中SO2吸收装置于NO预氧化装置前端，NO预氧化装置分为内外两层管道，在内层管道中设置电子控制阀，通过调节内层管道上的电子控制阀的开度控制旁通气量，以达到调节NO与NO2比例的目的；船舶尾气首先经SO2吸收装置，脱除废气中少量的SO2，再经NO预氧化装置，部分NO被氧化为NO2，经氧化后的船舶尾气与尿素溶液热解、水解形成的NH3一同进入选择性催还原装置，发生快速SCR反应。快速脱除船舶发动机NO

【技术实现步骤摘要】
快速脱除船舶发动机NO
X
的径向脱硝装置和脱硝方法


[0001]本专利技术属于船舶低硫/零硫燃料发动机尾气处理
，特别是涉及一种快速脱除船舶发动机NO
X
的径向脱硝装置和脱硝方法。

技术介绍

[0002]船舶发动机在工作过程中会产生大量NO，船舶发动机的高温燃烧是导致船舶废气中NO产生的主要原因。在高温条件下，船舶发动机进气中的N2被氧化成NO，船舶尾气中NOx是海洋大气以及沿海城市空气的主要污染物，在对环境造成破坏的同时也严重影响人体健康。国际海事组织(IMO)一直以来对船舶尾气排放都有严格的限制标准，其中2016年1月1日起MARPOL公约TierIII排放标准正式实施，对船舶发动机NO
X
的排放控制提出了巨大的挑战，众多研究机构也在船舶NO
X
排放控制方面取得了诸多的成果。
[0003]选择性催化还原技术(SCR)技术是当前最有效的脱硝技术。目前，船舶SCR技术主要采用标准SCR技术，用尿素水溶液产生的NH3作为还原剂，在催化剂的作用下将船舶尾气中的NO
X
(主要为NO)还原为N2。目前，标准SCR技术已经比较成熟，但存在SCR反应速率较慢，反应器体积过大以及反应温度要求高等问题，严重影响了SCR在船舶上的应用(尤其是涡轮后SCR方式)。快速SCR反应相比于标准SCR反应提高了氮氧化物中NO2的比例(50％左右)，NO和NO2同时和NH3反应。快速SCR反应的反应速率是标准SCR反应速率的10倍，同时快速SCR反应具有更低的反应温度和更高的低温反应效率。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，针对上述
技术介绍
中提到的现有的船舶尾气中NO
X
处理方法所存在的问题，本专利技术提出一种快速脱除船舶发动机NO
X
的径向脱硝装置和脱硝方法，是一种反应温度要求低、具有更好低温活性、更快反应速率、更小体积、更长寿命的船用脱硝装置及方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种快速脱除船舶发动机NO
X
的径向脱硝装置，包括三通阀、SO2吸收装置、NO预氧化装置、尿素喷射系统、选择性催化还原装置和控制单元，所述三通阀、SO2吸收装置、NO预氧化装置、尿素喷射系统、选择性催化还原装置依次连接，船舶尾气从船舶发动机排出后经过三通阀，然后经过SO2吸收装置，将船舶尾气中少量的SO2吸收掉，随后到达NO预氧化装置，船舶尾气中部分NO被氧化成NO2，从NO预氧化装置中出来后尾气经过设有尿素喷射系统的管道，与尿素水溶液混合后进入选择性催化还原装置中，在选择性催化还原装置中进行快速SCR反应，尾气中的NO
X
被还原为N2，处理后的尾气经排气管道直接排放到大气中，发生故障时船舶尾气经三通阀旁通直接排向大气。
[0006]更进一步地，所述SO2吸收装置采用碱性吸收剂脱除尾气中的SO2。
[0007]更进一步地，所述尿素喷射系统包括尿素喷射装置、一号电子控制阀和尿素储存罐，所述尿素喷射装置、一号电子控制阀和尿素储存罐依次连接，一号电子控制阀受控制单元控制，船舶尾气与尿素喷射装置所喷射出的尿素溶液混合，在尾气余热作用下尿素溶液发生热解、水解反应产生NH3。
[0008]更进一步地，所述NO预氧化装置包括管道、氧化催化剂、二号电子控制阀、NO传感器和NO2传感器，所述管道包括外层管道和内层管道，所述氧化催化剂置于外层管道中，二号电子控制阀置于内层管道中部，二号电子控制阀的开度由NO传感器和NO2传感器传递回控制单元的控制信号决定，通过调节内外管道气体量来是实现NO/NO2比值维持1：1的动态平衡。
[0009]更进一步地，先在NO预氧化装置中将船舶尾气中部分NO氧化为NO2，然后经过氧化的船舶尾气与由尿素溶液热解、水解产生的NH3混合，一起进入选择性催化还原装置中发生快速SCR反应。
[0010]更进一步地，所述选择性催化还原装置包括壳体、防返流板、进气道、一号密封挡板、排气道、还原催化剂、隔离网和二号密封挡板，所述选择性催化装置中横向前后分别设有防返流板和二号密封挡板，中间轴向设置有柱状隔离网，柱状隔离网内为进气道，柱状隔离网外周放置有还原催化剂。
[0011]更进一步地，所述还原催化剂和壳体之间存在腔体，形成排气道，所述排气道的前端安装有一号密封挡板，船舶尾气径向流经还原催化剂，然后进入排气道，在选择性催化还原装置出口端锥型管处进行汇合，最后从尾气出口排向大气。
[0012]更进一步地，选择性催化还原装置出口端设有NO
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传感器和NH3传感器，NO
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传感器和NH3传感器将检测信号传递给控制单元，通过控制单元调节一号电子控制阀的开度，调节尿素的喷入量。
[0013]一种所述的快速脱除船舶发动机NO
X
的径向脱硝装置进行脱硝的方法，具体包括以下步骤：
[0014]步骤1：船舶尾气进入SO2吸收装置中，在SO2吸收剂的作用下将船舶尾气中少量的SO2脱除；
[0015]步骤2：船舶尾气进入NO预氧化装置中，通过预氧化催化剂将船舶尾气中部分NO氧化为NO2，在NO预氧化装置出口端设有NO传感器和NO2传感器，两个传感器将浓度信号送入控制单元，计算出NO/NO2的值，通过对比设定值，输出电信号调节NO预氧化装置中二号电子控制阀的开度，通过调节气体旁通量以实现对NO和NO2比值的调控，使NO/NO2比值控制在1:1；
[0016]步骤3：预氧化之后的船舶尾气经过排气管通向选择性催化还原装置，在排气管中，尾气与尿素喷射装置所喷入的尿素喷雾混合，尿素水溶液在高温作用下分解产生NH3；
[0017]步骤4：混合后的船舶尾气进入选择性催化还原装置中，混合尾气由选择性催化还原装置径向方向进入选择性还原催化剂进行快速SCR反应，船舶尾气中的NO
X
被催化还原为N2；
[0018]步骤5：选择性催化还原装置出口端的NO
X
传感器和NH3传感器对处理之后的船舶尾气进行检测，将测量值送入控制单元中，然后通过控制单元对一号电子控制阀8进行调节，控制尿素的喷入量，使得NO
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最终排放满足法规要求。
[0019]与现有技术相比，本专利技术所述的一种快速脱除船舶发动机NO
X
的径向脱硝装置和脱硝方法的有益效果是：
[0020](1)针对船舶现有SCR技术存在脱硝速率慢，反应器体积过大等问题，本专利技术提供了一种快速脱除船舶发动机NOx的径向脱硝装置，改变了传统船舶尾气处理方式。本专利技术基于快速SCR反应，对船舶NO
X
进行处理，在提高脱硝速率和脱硝效率的同时，降低了对SCR反
应温度的要求，减小了SCR反应器的体积；反应器采用径向进气的方式增大了船舶尾气与催化剂的接触面积，缩短了反应时间，降低了背压，基于快速SCR反应的船用径向脱硝装置，可以显著提高SCR本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速脱除船舶发动机NO
X
的径向脱硝装置，其特征在于：包括三通阀(1)、SO2吸收装置(2)、NO预氧化装置(3)、尿素喷射系统(6)、选择性催化还原装置(10)和控制单元(13)，所述三通阀(1)、SO2吸收装置(2)、NO预氧化装置(3)、尿素喷射系统(6)、选择性催化还原装置(10)依次连接，船舶尾气从船舶发动机排出后经过三通阀(1)，然后经过SO2吸收装置(2)，将船舶尾气中少量的SO2吸收掉，随后到达NO预氧化装置(3)，船舶尾气中部分NO被氧化成NO2，从NO预氧化装置(3)中出来后尾气经过设有尿素喷射系统(6)的管道，与尿素水溶液混合后进入选择性催化还原装置(10)中，在选择性催化还原装置(10)中进行快速SCR反应，尾气中的NO
X
被还原为N2，处理后的尾气经排气管道直接排放到大气中，发生故障时船舶尾气经三通阀(1)旁通直接排向大气。2.根据权利要求1所述的快速脱除船舶发动机NO
X
的径向脱硝装置，其特征在于：所述SO2吸收装置(2)采用碱性吸收剂脱除尾气中的SO2。3.根据权利要求1所述的快速脱除船舶发动机NO
X
的径向脱硝装置，其特征在于：所述尿素喷射系统(6)包括尿素喷射装置(7)、一号电子控制阀(8)和尿素储存罐(9)，所述尿素喷射装置(7)、一号电子控制阀(8)和尿素储存罐(9)依次连接，一号电子控制阀(8)受控制单元(13)控制，船舶尾气与尿素喷射装置(7)所喷射出的尿素溶液混合，在尾气余热作用下尿素溶液发生热解、水解反应产生NH3。4.根据权利要求1所述的快速脱除船舶发动机NO
X
的径向脱硝装置，其特征在于：所述NO预氧化装置(3)包括管道、氧化催化剂(15)、二号电子控制阀(16)、NO传感器(4)和NO2传感器(5)，所述管道包括外层管道和内层管道，所述氧化催化剂(15)置于外层管道中，二号电子控制阀(16)置于内层管道中部，二号电子控制阀(16)的开度由NO传感器(4)和NO2传感器(5)传递回控制单元(13)的控制信号决定，通过调节内外管道气体量来是实现NO/NO2比值维持1：1的动态平衡。5.根据权利要求1所述的快速脱除船舶发动机NO
X
的径向脱硝装置，其特征在于：气体在装置的中空部分进行混合并沿着选择性催化还原装置(10)径向方向进入还原催化剂(22)；NO、NO2与NH3在还原催化剂(22)内部的孔道内发生快速SCR反应，有效地脱除船舶尾气中的NO
X
。6.根据权利要求1或5所述的快速脱除船舶发动机NO
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的径向脱硝装置，其特征在于：所述选择性催化还原装置(10)包括壳体(17)、防返流板(18)、进气道(19)、一号密封挡...

【专利技术属性】
技术研发人员：周松，席鸿远，莫杰，张天鹏，任建军，周洪杰，朱云龙，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：