CN207111206U - 一种船舶发动机排气污染物中nox的选择性非催化还原装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种船舶发动机排气污染物中NOX的选择性非催化还原装置，包括颗粒物过滤装置、SNCR反应器、次级反应器、喷雾器、NOX传感器、电控单元、多级反应器和催化氧化/还原装置、气体加热器、气体压力缓冲装置和溴冷机，所述颗粒物过滤装置固定安装在尾气排放管的末端，多级反应器密封安装在颗料物过滤装置的出气端，多级反应器由SNCR反应器和次级反应器组成，所述设备结构简单、体积小、重量轻，更具备实用性，且能够实现节能减排，避免了环境污染和能源的不必要浪费。

Description

一种船舶发动机排气污染物中NOX的选择性非催化还原装置

技术领域

本实用新型涉及尾气处理领域，尤其是涉及一种船舶发动机排气污染物中NOX的选择性非催化还原装置。

背景技术

船舶运输工业发展迅速,成为物流的主力，2015年全国港口完成货物吞吐量107.8亿吨，其中外贸吞吐量达30.6亿吨，分别是1978年的38和51倍，港口吞吐量连续多年保持世界第一。

但是船用柴油机尾气排放：排放物危害大、排放量大、污染严重。船机排气中含有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、二氧化硫、颗粒物等排气污染物。美国国家环保局将柴油机排放的40 多种化合物列入了“危险空气污染物清单”（HAPs），如：甲醛、乙醛、1,3－丁二烯、苯、多环芳烃类和砷、铅、汞、锰等金属的化合物。

在相关法规中，对于环保要求，国家法律、法规提高了排放要求。例如大气污染防治法》等一系列相关法律法规正式实施，环境保护部正式发布《船舶发动机排气污染物排放限值及测量方法（中国第一、二阶段）》（GB15097-2016）。

但是船舶尾气治理技术研究现状：国外垄断、国内空白。因国内船舶尾气治理的标准和技术落后，和发达国家相比， GB15097-2016的第一阶段和目前欧洲实施的标准相当，第二阶段和美国第三阶段实施的标准相当。

柴油机所使用的柴油含有大量高燃点的油类物质，致使其在柴油机气缸内燃烧远远没有轻油彻底、这就造成尾气中含有大量有毒有害物质，包含一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、碳氢化合物，甚至还有尚未燃烧的微液滴油类和类沥青的物质。这些物质进入到后级的SNCR装置中，会造成SNCR装置中的陶瓷催化剂的堵塞，大大降低其使用寿命，使价格高昂的陶瓷催化剂失效报废。另外，SNCR装置中采用氨气与氮氧化物进行反应去除氮氧化物，但是氨气由于其自身的不稳定性，导致使用过程中存在安全隐患。

实用新型内容

本实用新型为克服上述情况不足，旨在提供一种能解决上述问题的技术方案。

一种船舶发动机排气污染物中NOX的选择性非催化还原装置，包括颗粒物过滤装置、SNCR反应器、次级反应器、喷雾器、NOX传感器、电控单元、多级反应器和催化氧化/还原装置、气体加热器、气体压力缓冲装置和溴冷机，所述颗粒物过滤装置固定安装在尾气排放管的末端，多级反应器密封安装在颗料物过滤装置的出气端，多级反应器由SNCR反应器和次级反应器组成，催化氧化/还原装置由SNCR反应器、喷雾器、NOX传感器和电控单元组成，颗粒物过滤装置的出气口与气体加热器的进气口相连接，气体加热器的出气口通过管路与气体压力缓冲装置相连接，气体压力缓冲装置与多级反应器相连接，多级反应器的末端与溴冷机连接。

作为本实用新型进一步的方案：所述气体加热器上固定安装第一温度计，气体压力缓冲装置上固定安装第二温度计和压力计。

作为本实用新型再进一步的方案：所述SNCR反应器内设有管线，管线的一端连接在装有尿素溶液的容器中，管线的另一端穿过SNCR反应器且与喷雾器的进水口相连接，喷雾器采用计量喷雾器。

作为本实用新型再进一步的方案：所述NOX传感器固定安装在SNCR反应器的进气端内部。

作为本实用新型再进一步的方案：SNCR反应器上设有安装槽，电控单元()固定安装在SNCR反应器的安装槽内，且电控单元与NOX传感器、喷雾器电连。

作为本实用新型再进一步的方案：所述次级反应器密封安装在SNCR反应器的出气口处。

作为本实用新型再进一步的方案：所述多级反应器之间通过法兰盘进行密封连接。

作为本实用新型再进一步的方案：所述颗粒物过滤装置为用于去除PM.级及以上颗粒物的颗粒床。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本发明实施例的一种船舶发动机排气污染物中NOX的选择性非催化还原装置，将尿素溶液直接经管线输送至催化氧化/还原装置中的SNCR反应器中，使得尿素溶液与高温尾气进行充分混合，从而产生气态氨和缩二脲，这样就无需现有技术常用的气态氨生成装置，代替了选择性催化还原法中由氨气蒸发器、氨气缓冲罐、气体流量阀等庞大的设备组成的气态氨生成装置，这对于大部分为移动污染源柴油机来言，本发明所提供的尾气净化***的结构简单、体积小、重量轻，更具备实用性。另外，还增加了次级反应器，对一氧化碳与烃类进行有效的催化还原，达到可靠净化的目的。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是船舶发动机排气污染物中NOX的选择性非催化还原装置的结构示意图。

图中：颗粒物过滤装置1、SNCR反应器2、次级反应器3、喷雾器4、NOX传感器5、电控单元6、多级反应器7和催化氧化/还原装置8、气体加热器9、气体压力缓冲装置10、溴冷机11、第一温度计12、第二温度计13和压力计14。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型实施例中，一种船舶发动机排气污染物中NOX的选择性非催化还原装置，请参阅图1，一种船舶发动机排气污染物中NOX的选择性非催化还原装置，包括颗粒物过滤装置1、SNCR反应器2、次级反应器3、喷雾器4、NOX传感器5、电控单元6、多级反应器7和催化氧化/还原装置8、气体加热器9、气体压力缓冲装置10、溴冷机11、第一温度计12、第二温度计13和压力计14，所述颗粒物过滤装置1固定安装在尾气排放管的末端，多级反应器7密封安装在颗料物过滤装置1的出气端，多级反应器7由SNCR反应器2和次级反应器3组成，催化氧化/还原装置8由SNCR反应器2、喷雾器4、NOX传感器5和电控单元6组成，颗粒物过滤装置1的出气口与气体加热器9的进气口相连接，气体加热器9的出气口通过管路与气体压力缓冲装置10相连接，气体压力缓冲装置10与多级反应器7相连接，多级反应器7的末端与溴冷机11连接。

所述气体加热器9上固定安装第一温度计12，气体压力缓冲装置10上固定安装第二温度计13和压力计14。

所述颗粒物过滤装置1为颗粒床，用于去除PM2.5级及以上的颗粒物；所述催化氧化/还原装置8为多级反应器7，用于去除氮氧化物、一氧化碳及烃类。

优选地，所述非催化氧化/还原装置包括去除氮氧化物的SNCR反应器2，所述SNCR反应器2内设有转化器和喷雾器4，所述喷雾器4用于向所述SNCR反应器2内喷射尿素溶液。

在所述SNCR反应器2中设有管线，将所述尿素溶液经管线输送至喷雾器4，从而进入所述SNCR反应器2的内部，通过气流喷雾将尿素溶液变为微液滴状态并与高温尾气充分混合，在高温尾气的作用下尿素溶液中的尿素迅速被加热至160℃以上进而分解，产生气态氨（NH3）和缩二脲（CONH），其中气态氨（NH3）将在高温条件下与尾气中的氮氧化物（包括NO和NO2）发生化学反应：该方法是把含有NHx基的还原剂喷入炉膛温度为850℃~1100℃的区域后，迅速热分解成NH3和其它副产物，随后NH3与烟气中的NOx进行SNCR反应而生成N2。

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

4NH3+2NO+2O2→3N2+6H2O

8NH3+6NO2→7N2+12H2O

而采用尿素作为还原剂还原NOx的主要化学反应为:

(NH2)2CO→2NH2+CO

NH2+NO→N2+H2O

CO+NO→N2+CO2

SNCR还原NO的反应对于温度条件非常敏感，SNCR反应气温度的选择，也就是所谓的温度窗口的选择，是SNCR还原NO效率高低的关键。一般认为理想的温度范围为850℃~1100℃，并随反应器类型的变化而有所不同。当反应温度低于温度窗口时，由于停留时间的限制，往往使化学反应进行不够充分，从而造成NO的还原率较低，同时未参与反应的NH3增加也会造成氨气的逃逸，遇到SO2会NH4HSO4和(NH4)2SO4，易造成空气预热器堵塞，并有腐蚀的危险。而当反应温度高于温度窗口时，NH3的氧化反应开始起主导作用:

4NH3+5O2→4NO+6H2O

从而，NH3的作用成为氧化并生成NO，而不是还原NO为N2。如何选取合适的温度条件同时兼顾减少还原剂的泄漏成为SNCR技术成功应用的关键。

在上述脱硝处理的同时，在高温和催化条件下，尾气混合气中的一氧化碳与氮氧化物（包括NO和NO2）发生下列化学反应：

2CO+2NO+O2=2CO2 + N2

4CO+2NO2=4CO2 + N2

如此实现了氮氧化物的催化还原去除，同时还去除了大量的一氧化碳，尾气净化效果明显。

可以理解的是，进入反应器中的氮氧化物的含量是时刻在变化的，因为柴油机的运行状况不同，所产生的氮氧化物也是必然不同的，那么净化这些主要污染物也就是氮氧化物所需的气态氨的也是不同的。针对这一情况，发明人在所述SNCR反应器2的进气端也就是尾气排入的地方设有NOX传感器5，用于检测进入SNCR反应器2的尾气中NOX的含量，所述喷雾器4的开度根据NOX传感器5的检测信号进行调节。

为了避免尿素溶液喷射量不足或尿素溶液过量喷射，就必须根据柴油机工况（转速和负载的不同导致尾气的流量不同、其尾气中含有的氮氧化物浓度不同）的变化，即时改变进入尾气净化装置的尿素溶液过量喷射，由于气态氨在尾气中的注入量完全取决于尿素溶液的浓度和注入量，而尿素溶液浓度很好控制，只要能精确地调整尿素溶液喷射量即可。进一步地，将所述喷雾器4采用计量喷雾器4，结合尿素溶液浓度，通过所述SNCR反应器2中电控单元6进行电控喷雾。在所述NOX传感器5的检测信号送至电控单元6后，进行信息处理，然后所述电控单元6再发出控制信号，控制所述计量喷雾器4所喷出的尿素溶液量。

前面在SNCR反应器2中已经去除了一定量的一氧化碳，但可能还会有残留，因此可在所述非催化氧化/还原装置中再设置去除一氧化碳与烃类的次级反应器3，所述次级反应器3的进气端与所述SNCR反应器2的出气端相连，也就是设置在SNCR反应器2的后端

本实用新型的工作原理是：

排气管中的高温气体进入颗粒物过滤装置1中，使尾气中的PM2.5及以上颗粒物过滤，过滤后的气体通过导管与进入到气体加热器9中，尾气在气体加热器9中进行加热至合适温度，尾气进行加热后，由于体积不变，故尾气压强增大，若将很大压强的气体直接通入到多级反应器7中容易降低设备使用寿命，因此，高温高压尾气经过气体压力缓冲装置10进行缓冲，尾气经过缓冲进入到多级反应器7中并与尿素溶液在催化温度下进行反应，从而能够有效的去除尾气中的氮氧化物，最后经过处理的尾气经过溴冷机11降温后排入大气中。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种船舶发动机排气污染物中NOX的选择性非催化还原装置，包括颗粒物过滤装置(1)、SNCR反应器(2)、次级反应器(3)、喷雾器(4)、NOX传感器(5)、电控单元(6)、多级反应器(7)和催化氧化/还原装置(8)、气体加热器(9)、气体压力缓冲装置(10)和溴冷机(11)，其特征在于，所述颗粒物过滤装置(1)固定安装在尾气排放管的末端，多级反应器(7)密封安装在颗料物过滤装置(1)的出气端，多级反应器(7)由SNCR反应器(2)和次级反应器(3)组成，催化氧化/还原装置(8)由SNCR反应器(2)、喷雾器(4)、NOX传感器(5)和电控单元(6)组成，颗粒物过滤装置(1)的出气口与气体加热器(9)的进气口相连接，气体加热器(9)的出气口通过管路与气体压力缓冲装置(10)相连接，气体压力缓冲装置(10)与多级反应器(7)相连接，多级反应器(7)的末端与溴冷机(11)连接。

2.根据权利要求1所述的船舶发动机排气污染物中NOX的选择性非催化还原装置，其特征在于，所述气体加热器(9)上固定安装第一温度计(12)，气体压力缓冲装置(10)上固定安装第二温度计(13)和压力计(14)。

3.根据权利要求1所述的船舶发动机排气污染物中NOX的选择性非催化还原装置，其特征在于，所述SNCR反应器(2)内设有管线，管线的一端连接在装有尿素溶液的容器中，管线的另一端穿过SNCR反应器(2)且与喷雾器(4)的进水口相连接，喷雾器(4)采用计量喷雾器。

4.根据权利要求1所述的船舶发动机排气污染物中NOX的选择性非催化还原装置，其特征在于，所述NOX传感器(5)固定安装在SNCR反应器(2)的进气端内部。

5.根据权利要求1或3所述的船舶发动机排气污染物中NOX的选择性非催化还原装置，其特征在于，SNCR反应器(2)上设有安装槽，电控单元(6)固定安装在SNCR反应器(2)的安装槽内，且电控单元(6)与NOX传感器(5)、喷雾器(4)电连。

6.根据权利要求1所述的船舶发动机排气污染物中NOX的选择性非催化还原装置，其特征在于，所述次级反应器(3)密封安装在SNCR反应器(2)的出气口处。

7.根据权利要求1所述的船舶发动机排气污染物中NOX的选择性非催化还原装置，其特征在于，所述多级反应器(7)之间通过法兰盘进行密封连接。

8.根据权利要求1所述的船舶发动机排气污染物中NOX的选择性非催化还原装置，其特征在于，所述颗粒物过滤装置(1)为用于去除PM2.5级及以上颗粒物的颗粒床。