CN111330446B - 一种新型船舶尾气处理*** - Google Patents
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Abstract
一种新型船舶尾气处理***,有空气压缩***和吹灰装置,空气压缩***与烟气混合器连接,烟气混合器与SCR反应器连接,吹灰装置与SCR反应器连接,燃料主机排放的尾气进入烟气混合器内,烟气混合器连接有氨气输送***。氨气输送***带有液氨燃料储罐和氨气液化装置,液氨燃料储罐内设置有液氨低压泵,液氨通过液氨低压泵泵出,最终进入烟气混合器内。本发明充分利用液氨燃料储罐内的挥发气,优先应用于氨燃料主机尾气脱氮处理,并配备了氨气液化装置作为氨挥发气处理的补充手段,可实现液氨存储罐内挥发气的全部处理,避免了氨挥发气持续积聚导致液氨存储罐压力上升和结构破坏,避免了氨挥发气体的大量排放至大气,保证了液氨存储罐和船舶安全。
Description
技术领域
本发明涉及船舶建设和船舶设计领域,具体涉及一种新型的船舶尾气处理***。
背景技术
当前全球气候变暖现象加剧,导致世界各地极端气候现象及自然灾害频发,其罪魁祸首为以CO2为代表的温室气体排放。在船舶航运领域,IMO国际海事组织也制定了最新的关于碳排放EEDI标准,随着时间推移,该标准对船舶设计、船舶配套设备、新能源技术应用等提出了更高的要求。
燃油主机、氨燃料低速主机排放尾气含有NO及NO2等氮氧化物,不满足IMO tierIII对于氮氧化物的排放标准,针对该种情况,传统做法是额外增加一套主机尾气后处理装置SCR反应器装置,使用喷射尿素的方式与尾气混合,混合气体经SCR 反应器,在催化剂下发生还原反应,尾气中氮氧化物被还原为 N2,反应附加生成CO2和水,尾气排放至大气。但此种处理方式,还需要一套额外的尿素存储、喷射、清洗、吹灰等***,同时反应后的尾气中又由于尿素作为还原剂掺杂进来了CO2,该发动机的尾气排放无法做到“零碳”排放。
综上,研发一套尾气处理***,替代传统尿素喷射的脱氮形式,使得排放尾气满足IMO tier III氮氧化物三级排放标准。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供一种新型船舶尾气处理***,旨在达到不使用传统喷射尿素的方式处理尾气,并且在处理尾气过程中不产生CO2,使排放的尾气满足IMO tierIII氮氧化物三级排放标准的目的,其所采用的技术方案是:
一种新型船舶尾气处理***,有空气压缩***和吹灰装置,所述空气压缩***与烟气混合器通过管路连接,所述烟气混合器与SCR反应器连接,所述吹灰装置与所述SCR反应器连接,燃料主机的排烟管与所述烟气混合器连接,燃料主机排放的尾气进入所述烟气混合器内,所述烟气混合器还连接有氨气输送***。
所述氨气输送***带有液氨燃料储罐,所述液氨燃料储罐内存储有液氨,所述液氨燃料储罐内设置有液氨低压泵,所述液氨通过所述液氨低压泵泵出,依次经过液氨蒸发器、氨气气体缓冲罐、氨气加热器进入烟气混合器内。低温液氨(-33℃)通过低压泵泵出,此时的输送压力为18bar,将液氨输送至液氨蒸发器处,进行蒸发,形成低温氨气,低温氨气经管路、氨气气体缓冲罐进入氨气加热器内加热,将低温氨气加热形成高温氨气,形成的高温氨气进入烟气混合器内,与压缩空气和主机尾气进行均匀混合,形成的混合气体进入SCR反应器内。
通过氨气加热器进行加热形成的高温氨气,进入烟气混合器内,与主机排放的尾气、压缩后的空气混合,均匀混合后的混合气体进入SCR反应器内,SCR反应器处理后,形成清洁的气体排放至大气中。本发明采用高温氨气气体作为SCR反应器的还原剂,替代传统的尿素固体颗粒。由于氨气气体扩散均匀,不含固体杂质,无需清洗水***,且与烟气混合更加充分,因此烟气混合器的容积可大大减小,在燃料主机尾气排烟管设置烟气混合器和SCR反应器,烟气混合器实现尾气、压缩空气和高温氨气预混合,SCR反应器实现高温氨气与尾气中氮氧化物发生还原反应,采用这种方法排放的尾气中不含二氧化碳,做到零碳排放,实现清洁排放。
所述氨气输送***还配有氨气液化装置,所述氨气液化装置带有氨气压缩机,所述液氨燃料储罐内挥发氨气通过管路进入所述氨气压缩机,经过所述氨气压缩机压缩后,一部分氨气进入所述氨气气体缓冲罐,一部分氨气进入氨气液化装置,通过所述氨气液化装置形成液氨,经由管路回到所述液氨燃料储罐内。采用氨气压缩机及燃料储罐内的液氨低压泵建立氨气输送压力。液氨燃料储罐内的挥发氨气经由管路进入氨气压缩机,经过氨气压缩机压缩,此时输送压力为6bar,压缩后的氨气进入氨气液化装置,经由氨气液化装置液化,形成液氨,再返回至液氨燃料储罐。
氨气液化装置解决氨燃料储罐中的氨气体挥发问题,当液氨燃料储罐内挥发气过多,发动机尾气处理***无法全部消耗时,将氨气液化为液氨返回至液氨燃料储罐,解决了氨燃料储罐内氨气气体挥发问题。
上述一种新型船舶尾气处理***,更进一步地,所述氨气压缩机-分别与所述氨气液化装置、所述氨气气体缓冲罐连接,所述氨气压缩机与所述氨气液化装置之间设置有第一阀门;所述氨气压缩机与所述氨气气体缓冲罐之间设置有第二阀门。打开第二阀门时,进入氨气气体缓冲罐的气体来自两部分:一部分为氨气压缩机将液氨燃料储罐中挥发的氨气气体压缩,另一部分来自液氨低压泵泵出的液氨经液氨蒸发器蒸发后输出氨气气体。
当液氨燃料储罐内挥发气量过多,发动机尾气处理对氨气需求量少时,同时打开第一阀门和第二阀门,一部分挥发氨气进入氨气输送***,另一部分氨气进入氨气液化装置,进行液化。当液氨燃料储罐内挥发气体量与发动机尾气处理对氨气需求量基本均衡时,打开第二阀门,关闭第一阀门。当液氨燃料储罐内挥发气量过少,氨燃料发动机尾气处理对氨气需求量多时,打开第二阀门,关闭第一阀门。
上述一种新型船舶尾气处理***,进一步地,所述液氨蒸发器通过管路依次与水乙二醇加热器、主机缸套水***或锅炉蒸汽***连接,形成第一循环网的去路;所述主机缸套水***或所述锅炉蒸汽***依次与所述氨气加热器、所述水乙二醇加热器、水乙二醇循环泵、所述液氨蒸发器连接,形成第一循环网的回路,所述第一循环网内流通有水乙二醇介质。主机锅炉产生的蒸汽热量提供给液氨蒸发器及氨气加热器,给液氨蒸发器和氨气加热器供能;液氨蒸发器和氨气加热器所释放的冷能经由水乙二醇换热介质,提供给主机缸套水***或锅炉蒸汽***。
上述一种新型船舶尾气处理***,更进一步地,所述压缩空气***带有空气压缩机和缓冲罐,所述空气压缩机通过管路分别与所述缓冲罐、所述吹灰装置连接,所述缓冲罐通过管路与所述烟气混合器连接。空气压缩机将空气压缩后,输送到烟气混合器内,与主机尾气、氨气进行均匀混合,形成混合气体,混合气体进入SCR反应器内进行反应。压缩空气进入烟气混合器内,给烟气混合器提供脱氮所需的氧气。
上述一种新型船舶尾气处理***,优选地,在所述氨气加热器与所述烟气混合器之间设置有流量调节阀。通过控制流量调节阀调节氨气流量进入烟气混合器内的量。
上述一种新型船舶尾气处理***,优选地,所述燃料主机是燃油主机或氨燃料主机。
本发明充分利用液氨燃料储罐的挥发氨气及采用液氨强制蒸发的氨气气体,用于主机尾气脱氮处理,可满足IMO tierIII 对氮氧化物排放的要求。较传统SCR脱氮方式,省去了配套的尿素原料及尿素存储、喷射、清洗等***。由本发明不采用尿素作为还原剂,而是采用高温氨气气体。由于氨气气体扩散均匀,不含固体杂质,无需清洗水***,且与烟气混合更加充分,因此烟气混合器的容积可大大减小,且反应后的尾气不含二氧化碳,仅含有氮气和水,大大降低船舶排放尾气的温室气体效应。
本发明充分利用液氨燃料储罐内的挥发气,优先应用于氨燃料主机尾气脱氮处理,并配备了氨气液化装置作为氨挥发气处理的补充手段,可实现液氨存储罐内挥发气的全部处理,避免了氨挥发气持续积聚导致液氨存储罐压力上升和结构破坏,避免了氨挥发气体的大量排放至大气,保证了液氨存储罐和船舶安全。
附图说明
图1是本发明***整体结构示意图;
图2是液氨燃料储罐内挥发氨气过多,尾气处理对氨气需求量少时,***运行结构示意图;
图3是液氨燃料储罐内挥发氨气与尾气处理所需氨气量基本均等时,***运行结构示意图;
图4是液氨燃料储罐内挥发氨气过少,尾气处理所需氨气量过多时,***运行结构示意图;
其中:1-液氨燃料储罐、2-液氨低压泵、3-液氨蒸发器、4- 氨气气体缓冲罐、5-氨气加热器、6-流量调节阀、7-烟气混合器、 8-SCR反应器、9-氨气压缩机、10-氨气液化装置、11-水乙二醇循环泵、12-水乙二醇加热器、13-主机缸套水***或锅炉蒸汽***、 14-吹灰装置、15-空气压缩机、16-缓冲罐、17-第一阀门、18-第二阀门、19-燃油主机。
具体实施方式
如图1所示的一种新型船舶尾气处理***,有液氨燃料储罐 1,液氨燃料储罐内设置有液氨低压泵2,液氨低压泵通过管路,依次连接有液氨蒸发器3、氨气气体缓冲罐4、氨气加热器5、流量调节阀6,形成氨气输送***。氨气加热器与烟气混合器7连接,氨气加热器与烟气混合器之间设置有流量调节阀。燃油主机19的排烟管与烟气混合器连接,烟气混合器与SCR反应器8连接,SCR反应器还连接有吹灰装置14。烟气混合器还连接有空气压缩***,空气压缩***带有空气压缩机15和缓冲罐16,空气压缩机分别与吹灰装置、缓冲罐连接,缓冲罐另一端与烟气混合器连接,吹灰装置另一端与SCR反应器连接。
液氨燃料储罐内的挥发氨气通过管路进入氨气压缩机9内,氨气压缩机通过管路分别与氨气气体缓冲罐、氨液化装置10连接,氨液化装置通过管路将液化后的液氨送回液氨燃料储罐,形成氨气液化***。氨气压缩机与氨气气体缓冲罐之间设置有第二阀门18,氨气压缩机与氨液化装置之间设置有第一阀门17。液氨蒸发器、水乙二醇加热器12、主机锅炉13、氨气加热器、水乙二醇循环泵11依次连接,形成第一循环网。
实施例1
如图2所示,当液氨燃料储罐内挥发氨气过多,尾气处理对氨气需求量少时,打开第一阀门和第二阀门,运行氨气液化***。液氨低压泵不工作,液氨燃料储罐内的挥发氨气进入氨气压缩机内压缩,压缩后一部分氨气通过第二阀门进入氨气气体缓冲罐,另一部分氨气通过第一阀门进入氨液化装置,液化形成液氨,返回至液氨燃料储罐。
压缩后的氨气进入氨气气体缓冲罐内缓冲,再进入氨气加热器加热形成高温氨气,经控制***控制流量调节阀调节氨气流量后,喷入氨燃料发动机的烟气混合器,与发动机排放尾气、空气充分混合,形成混合气体,混合气体进入SCR反应器反应,在催化剂催化作用下,氨气与发动机尾气中的氮氧化物发生还原反应,生成氮气和水随尾气一起排放至大气。
氨气气体缓冲罐内的氨气全部来源于氨气液化***中,经由氨气压缩机压缩后的氨气。
氨气加热器与水乙二醇加热器、主机锅炉连接,形成循环网,氨气加热器工作过程中释放的冷能通过水乙二醇换热介质提供给主机锅炉或主机缸套水,主机锅炉释放的热能通过水乙二醇换热介质提供给氨气加热器。
实施例2
如图3所示,当液氨燃料储罐内挥发氨气与尾气处理所需氨气量基本均等时,打开第二阀门,关闭第一阀门,停止运行氨气液化***。液氨低压泵不工作,液氨燃料储罐内的挥发氨气进入氨气压缩机内压缩,压缩后一部分氨气通过第二阀门进入氨气气体缓冲罐,另一部分氨气通过第一阀门进入氨液化装置,液化形成液氨,返回至液氨燃料储罐。
压缩后的氨气进入氨气气体缓冲罐内缓冲,再进入氨气加热器加热形成高温氨气,经控制***控制流量调节阀调节氨气流量后,喷入氨燃料发动机的烟气混合器,与发动机排放尾气、空气充分混合,形成混合气体,混合气体进入SCR反应器反应,在催化剂催化作用下,氨气与发动机尾气中的氮氧化物发生还原反应,生成氮气和水随尾气一起排放至大气。氨气气体缓冲罐内的氨气全部来源于氨气液化***中,经由氨气压缩机压缩后的氨气。
氨气加热器与水乙二醇加热器、主机锅炉连接,形成循环网,氨气加热器工作过程中释放的冷能通过水乙二醇换热介质提供给主机锅炉或主机缸套水,主机锅炉释放的热能通过水乙二醇换热介质提供给氨气加热器。
实施例3
如图4所示,当液氨燃料储罐内挥发氨气过少,尾气处理所需氨气量过多时,打开第二阀门,氨气液化***不运行。液氨燃料储罐内存储有低温液氨(-33.6℃),液氨低压泵对液氨燃料储罐内的液氨加压至18bar,液氨燃料储罐内的液氨由液氨低压泵泵出,进入液氨蒸发器内蒸发,形成低温氨气,低温氨气进入氨气气体缓冲罐内缓冲,再进入氨气加热器加热形成高温氨气,经控制***控制流量调节阀调节氨气流量后,喷入氨燃料发动机的烟气混合器,与发动机排放尾气、空气充分混合,形成混合气体,混合气体进入SCR反应器反应,在催化剂催化作用下,氨气与发动机尾气中的氮氧化物发生还原反应,生成氮气和水随尾气一起排放至大气。
氨气气体缓冲罐内的氨气一部分来源于液氨蒸发器蒸发形成的氨气,另一部分来源于氨气液化***中,经由氨气压缩机压缩后的氨气。两部分氨气在氨气气体缓冲罐内混合后,进入氨气加热器内。
液氨蒸发器及氨气加热器工作过程中释放的冷能通过水乙二醇换热介质提供给主机锅炉,主机锅炉释放的热能通过水乙二醇换热介质提供给液氨蒸发器及氨气加热器。液氨蒸发器及氨气加热器公用一套水乙二醇循环泵。
Claims (5)
1.一种新型船舶尾气处理***,其特征在于:有空气压缩***和吹灰装置,所述空气压缩***与烟气混合器通过管路连接,所述烟气混合器与SCR反应器连接,所述吹灰装置与所述SCR反应器连接,燃料主机排放的尾气进入所述烟气混合器内,所述烟气混合器还连接有氨气输送***;
所述氨气输送***带有液氨燃料储罐,所述液氨燃料储罐内存储有液氨,所述液氨燃料储罐内设置有液氨低压泵,所述液氨通过所述液氨低压泵泵出,依次经过液氨蒸发器、氨气气体缓冲罐、氨气加热器进入烟气混合器内;
所述氨气输送***还配有氨气液化装置,所述氨气液化装置带有氨气压缩机,所述液氨燃料储罐内挥发氨气通过管路进入所述氨气压缩机,经过所述氨气压缩机压缩后,一部分氨气进入所述氨气气体缓冲罐,一部分氨气进入氨气液化装置,通过所述氨气液化装置形成液氨,经由管路回到所述液氨燃料储罐内;
所述氨气压缩机分别与所述氨气液化装置、所述氨气气体缓冲罐连接,所述氨气压缩机与所述氨气液化装置之间设置有第一阀门;所述氨气压缩机与所述氨气气体缓冲罐之间设置有第二阀门。
2.如权利要求1所述的一种新型船舶尾气处理***,其特征在于:所述液氨蒸发器通过管路依次与水乙二醇加热器、主机缸套水***或锅炉蒸汽***连接,形成第一循环网的去路;所述主机缸套水***或所述锅炉蒸汽***依次与所述氨气加热器、所述水乙二醇加热器、水乙二醇循环泵、所述液氨蒸发器连接,形成第一循环网的回路,所述第一循环网内流通有水乙二醇介质。
3.如权利要求1所述的一种新型船舶尾气处理***,其特征在于:所述空气压缩***带有空气压缩机和缓冲罐,所述空气压缩机通过管路分别与所述缓冲罐、所述吹灰装置连接,所述缓冲罐通过管路与所述烟气混合器连接。
4.如权利要求1所述的一种新型船舶尾气处理***,其特征在于:在所述氨气加热器与所述烟气混合器之间设置有流量调节阀。
5.如权利要求1所述的一种新型船舶尾气处理***,其特征在于:所述燃料主机是燃油主机或氨燃料主机。
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