CN108757125A - 一种改进后的适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改进后的适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置，其特征在于，包括进气管、静态混合器、弯管和SCR反应器；所述进气管下端与柴油机的排气管连接，所述进气管上端与静态混合器下端连接，所述静态混合器上端通过弯管与SCR反应器连接；所述进气管侧壁上设置有尿素喷嘴；所述进气管内部设置有旋转叶片；所述弯管内设置有与弯管同弧度的导流片；所述SCR反应器呈圆管型结构，其内部沿轴向设置有催化剂载体。本发明提高了混合气与尿素水溶液的混合均匀程度，减少了尿素液滴在排气管等部件中堆积结晶，提高了反应效率，减小了安装难度，使得装置布置更方便快捷。

Description

一种改进后的适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置
技术领域
本发明涉及船舶排污处理技术领域，尤其涉及一种改进后的适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置。
背景技术
目前，船舶已成为我国沿海、沿河地区主要的大气污染源。根据国家环境保护部监控中心的数据，2013年在中国港口靠泊的船舶共排放二氧化硫58.8万吨，约占全国排放总量的8.4％，港口船舶氮氧化物排放量27.8万吨，约占全国排放总量的11.3％。国际海事组织IMO颁布的《MARPOL 73/78》公约，自2016年1月1日起在排放控制区内的船舶排放要求达到TierⅢ排放标准，对船舶废气中有害成分排放进行了严格限制，因此开展船舶大气污染控制技术迫在眉睫。根据目前的技术水平，仅仅依靠柴油机自身的减排技术已经很难满足TierⅢ的标准，这就意味着柴油机必须通过后处理技术来实现这一目标。在NOx后处理技术中，SCR被公认为最成熟、有效的措施，已得到国际社会的广泛认可。
船用SCR***中一般都要使用尿素柜储存尿素水溶液，船舶所使用的SCR反应器和尿素柜体积较大，据了解，SCR***尺寸与柴油机都需要较大的空间，而船上所能为柴油机和SCR反应器提供的空间十分有限，这就导致了SCR***的安装困难，大大限制了SCR***的应用。另外，尿素泵直接将尿素水溶液喷入混合器，液态的尿素水溶液进入混合器在排气的高温作用下，再与废气混合，由于液态的尿素水溶液喷入后与废气接触面积小，也就是说尿素水溶液与废气接触不充分，混合不均匀，致使汽化不完全，进而降低反应效率即影响脱硝效率。再者，残留下来的尿素液滴在排气管等部件中堆积结晶，易腐蚀部件，致使生产成本提高。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种改进后的适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置，其提高了混合气与尿素水溶液的混合均匀程度，减少了尿素液滴在排气管等部件中堆积结晶，而对SCR反应器进行结构改进有利于混合气在催化剂表面的均匀分布，能够提高反应效率，而且较小直径的SCR反应器，可以减小安装难度，使得装置布置更方便快捷。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种改进后的适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置，包括进气管、静态混合器、弯管和SCR反应器；其中
进气管下端与柴油机的排气管连接，而进气管上端与静态混合器下端连接，静态混合器上端通过弯管与SCR反应器连接；
所述进气管侧壁上设置有尿素喷嘴；所述进气管内部设置有旋转叶片；
所述弯管内设置有与弯管同弧度的导流片；
所述SCR反应器呈圆管型结构，其内部沿轴向设置有催化剂载体。
优选地，所述SCR反应器配置有清洁***，所述清洁***包括风机，所述风机通过管路与催化剂载体相连。
优选地，所述弯管内壁固定有支架，所述导流片与支架固定，所述导流片有多组，例如7组同弧度并排设置。
优选地，所述导流片两端各设置有一延伸段，用以均匀导流混合气。
优选地，所述进气管内壁固定有支架轴，所述旋转叶片可转动地固定在支架轴上，所述旋转叶片有多组，例如沿支架轴上下排列3组。
优选地，所述尿素喷嘴通过管道与尿素柜相连，所述尿素喷嘴与尿素柜之间配有尿素控制单元，所述尿素控制单元包括设置在管道上的尿素泵。
优选地，所述催化剂载体有多组并沿SCR反应器圆管型结构轴向并列布置，例如5组。
优选地，所述催化剂载体选用陶瓷材料，其耐高温，且对于选择性催化还原反应具有一定的促进作用。
本发明提供的改进后的适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置，旋转叶片和导流片的安装采用，可以使柴油机尾气与尿素水溶液混合更加充分、均匀，使混合气较均匀地分布于催化剂各处，利于催化还原反应的进行，从而提高了柴油机SCR***的脱硝效率，而且在一定程度上减少了排气管内壁和尿素喷嘴等部件上残留下来的尿素结晶，降低了尿素对管件等的腐蚀速度，进而提高了整个装置的使用寿命，降低了生产成本；SCR反应器圆管型结构及多层催化剂载体的安装采用，既可以使NOx与NH3均匀分布在催化剂各处，保证催化还原反应的正常进行，又可以使管道布置更加方便、灵活，同时降低了SCR反应器对安装空间的要求。
附图说明
图1是本发明改进后的适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置的结构示意图。
其中：1-尿素柜；2-尿素泵；3-尿素喷嘴；4-进气管；5-旋转叶片；6-静态混合器；7-弯管；8-导流片；9-SCR反应器；10-催化剂载体；11-钒基催化剂；12-风机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，一种改进后的适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置，包括进气管4、静态混合器6、弯管7和SCR反应器9；其中
进气管4下端与柴油机的排气管连接，而进气管4上端与静态混合器6下端连接，静态混合器6上端通过弯管7与SCR反应器9连接；
所述进气管4侧壁上设置有尿素喷嘴3；所述进气管4内部设置有旋转叶片5；
所述弯管7内设置有与弯管7同弧度的导流片8；
所述SCR反应器9呈圆管型结构，其内部沿轴向设置有催化剂载体10。
优选地，所述SCR反应器9配置有清洁***，所述清洁***包括风机12，所述风机12通过管路与催化剂载体10相连。
优选地，所述弯管7内壁固定有支架，所述导流片8与支架固定，所述导流片8有多组，例如7组同弧度并排设置。
优选地，所述导流片8两端各设置有一延伸段，用以导流混合气。
优选地，所述进气管4内壁固定有支架轴，所述旋转叶片5可转动地固定在支架轴上，所述旋转叶片5有多组，例如沿支架轴上下排列3组。
优选地，所述尿素喷嘴3通过管道与尿素柜1相连，所述尿素喷嘴3与尿素柜1之间配有尿素控制单元，所述尿素控制单元包括设置在管道上的尿素泵2。
优选地，所述催化剂载体10有多组并沿SCR反应器9圆管型结构轴向并列布置，例如5组。
优选地，所述催化剂载体10选用陶瓷材料，其耐高温，且对于选择性催化还原反应具有一定的促进作用。
本发明提供的改进后的适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置，工作时：
在尿素控制单元的控制下即尿素泵2的作用下来自尿素柜1的尿素水溶液从尿素喷嘴3喷入进气管4内，而来自柴油机排气管的高温废气从进气管下端排入进气管4内后气流动力会带动旋转叶片5旋转使得高温废气在进气管4内形成涡流，此时尿素水溶液的喷射方向与高温废气的来流方向大致呈90度分布，可以充分接触混合，即实现两者的预混合，在此，涡流的产生在一定程度上可减少尿素水溶液在进气管等部件上的堆积结晶，降低了残留的尿素水溶液对进气管等部件的腐蚀速度，进而提高了整个装置的使用寿命，降低了生产成本；
尿素水溶液在高温废气的热传导作用下，流经静态混合器6时发生水解，产生NH3；在此混合器具有的特殊结构单元使得高温废气的扰动程度得到了加强，进而使高温废气中的NOx与NH3气体互相混合；
混合废气经过静态混合器6后到达弯管7处并经过导流片8到达SCR反应器9内，在此弯管7处的导流片8可使得混合气流经时分布均匀、流速平缓，而导流片8两端的延伸段起到了引流和固流的作用，即在弯管7处设置的多组导流片8可以将混合气进行分流，使混合气到达SCR反应器9内时能够较均匀的分布于圆管型结构横截面的各处；
均匀进入SCR反应器9内的混合气与催化剂载体10上呈蜂窝状排布的钒基催化剂11接触进行催化还原反应，在此多组催化剂载体10沿SCR反应器9圆管型结构轴向并列布置，使得混合气与钒基催化剂更充分地接触，保证催化还原反应更彻底，在此，在减小SCR反应器9圆管型结构的直径基础上，将催化剂载体10由3组增加为5组，从而确保将混合气中的NOx脱除干净，防止最终排气污染大气环境；
混合气流经SCR反应器9时，在高温(300℃)作用下，与催化剂载体10中的钒基催化剂11充分接触发生催化还原反应，生成N2和水，之后以排气排出反应器9，在此，SCR反应器9呈圆管型结构设计，其在保证高效脱硝效率的前提下，可以使管道布置更加方便、灵活，同时降低了SCR反应器对安装空间的要求；
最后，为了保持SCR反应器清洁不被污染，给SCR反应器9配置有清洁***，其可定期运行对SCR反应器9进行清理，即通过风机12压缩空气吹动粘附在SCR反应器内催化剂载体10上的烟尘后随排气排出。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种改进后的适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置，其特征在于，包括进气管、静态混合器、弯管和SCR反应器；所述进气管下端与柴油机的排气管连接，所述进气管上端与静态混合器下端连接，所述静态混合器上端通过弯管与SCR反应器连接；所述进气管侧壁上设置有尿素喷嘴；所述进气管内部设置有旋转叶片；所述弯管内设置有与弯管同弧度的导流片；所述SCR反应器呈圆管型结构，其内部沿轴向设置有催化剂载体。
2.如权利要求1所述的改进后的适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置，其特征在于，所述进气管内壁固定有支架轴，所述旋转叶片可转动地固定在支架轴上。
3.如权利要求2所述的改进后的适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置，其特征在于，所述旋转叶片有多组，沿支架轴上下排列。
4.如权利要求1所述的改进后的适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置，其特征在于，所述尿素喷嘴通过管道与尿素柜相连，所述尿素喷嘴与尿素柜之间配有尿素控制单元，所述尿素控制单元包括设置在管道上的尿素泵。
5.如权利要求1所述的改进后的适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置，其特征在于，所述弯管内壁固定有支架，所述导流片与支架固定。
6.如权利要求1所述的改进后的适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置，其特征在于，所述导流片有多组，同弧度并排设置。
7.如权利要求6所述的改进后的适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置，其特征在于，所述导流片两端各设置有一延伸段。
8.如权利要求1所述的改进后的适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置，其特征在于，所述催化剂载体有多组并沿SCR反应器圆管型结构轴向并列布置。
9.如权利要求1所述的改进后的适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置，其特征在于，所述催化剂载体选用陶瓷材料。
10.如权利要求1-9任一项所述的改进后的适用于船舶柴油机的选择性催化还原装置，其特征在于，所述SCR反应器配置有清洁***，所述清洁***包括风机，所述风机通过管路与催化剂载体相连。
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