本發(fā)明涉及大氣環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種船舶廢氣脫硝系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

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(guī)則》的修訂案，該修訂案規(guī)定從2016年1月1日起在排放控制區(qū)(Emission ControlArea，ECA區(qū)域)實(shí)行Tier III排放標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)確定了更低的氮氧化物排放值，這就需要對(duì)船舶廢氣進(jìn)行脫硝處理。目前，應(yīng)用最廣泛的船舶廢氣集氣箱廢氣脫硝處理技術(shù)是選擇性催化還原(Selective CatalyticReduction，SCR)。

采用選擇性催化還原技術(shù)對(duì)廢氣進(jìn)行脫硝處理時(shí)，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(chǔ)和運(yùn)輸，一般作為還原劑的首選，尿素經(jīng)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(fā)生催化反應(yīng)，使氮氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)榈獨(dú)夂退魵夂笈懦觯瑥亩档土伺艢庵蠳Ox的含量。

目前，實(shí)現(xiàn)上述選擇性催化還原技術(shù)的脫硝設(shè)備主要包括尿素供應(yīng)系統(tǒng)、催化反應(yīng)系統(tǒng)和壓縮空氣系統(tǒng)等，尿素供應(yīng)系統(tǒng)主要包括尿素罐、尿素計(jì)量泵和尿素溶液噴槍，催化反應(yīng)系統(tǒng)主要包括反應(yīng)器和蒸發(fā)混合器，壓縮空氣系統(tǒng)主要包括吹灰、通風(fēng)和設(shè)備吹掃等。然而，現(xiàn)有的脫硝設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所需占用的空間較大，影響了船上人員的活動(dòng)空間及其他設(shè)備的排布。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)緊湊的船舶廢氣脫硝系統(tǒng)。

本發(fā)明提供的船舶廢氣脫硝系統(tǒng)，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(yīng)器，該脫硝反應(yīng)器連接在該廢氣脫硝管路中，包括尿素蒸發(fā)室、混合器與反應(yīng)室，該尿素蒸發(fā)室設(shè)有尿素溶液噴槍，該混合器連接該尿素蒸發(fā)室與該反應(yīng)室；其中，

該第一閥門開啟、第二閥門關(guān)閉，廢氣經(jīng)該廢氣直排管路排出；該第一閥門關(guān)閉、第二閥門開啟，廢氣經(jīng)該廢氣脫硝管路進(jìn)入該脫硝反應(yīng)器的尿素蒸發(fā)室后，與尿素混合并經(jīng)該混合器進(jìn)入該反應(yīng)器進(jìn)行脫硝后排出。

進(jìn)一步的，該脫硝反應(yīng)器包括相對(duì)的第一端與第二端，該脫硝反應(yīng)器的進(jìn)氣口與排氣口位于該第一端，該尿素蒸發(fā)室與該進(jìn)氣口連接，該反應(yīng)室與該排氣口連接，該尿素蒸發(fā)室由該脫硝反應(yīng)器的第一端延伸至第二端并沿該第二端的側(cè)壁設(shè)置，該尿素蒸發(fā)室的出口位于遠(yuǎn)離該第二端的側(cè)壁的一側(cè)，該混合器連接該尿素蒸發(fā)室的出口與該反應(yīng)室的入口。

進(jìn)一步的，該尿素蒸發(fā)室在靠近該第二端的側(cè)壁處設(shè)有導(dǎo)流板。

進(jìn)一步的，該船舶廢氣脫硝系統(tǒng)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(yīng)器與該第二閥門之間，該廢氣氧化支路依次設(shè)有第三閥門與氣體氧化器。

進(jìn)一步的，該尿素溶液噴槍與尿素供應(yīng)裝置連接，該尿素供應(yīng)裝置包括尿素管路、尿素罐、空氣管路與空壓機(jī)，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(shè)有計(jì)量泵與第四閥門，該空壓機(jī)通過第五閥門與該尿素管路的出口端連接。

進(jìn)一步的，該船舶廢氣脫硝系統(tǒng)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(shè)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(diǎn)位于該計(jì)量泵與該尿素罐之間。

進(jìn)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(jìn)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(jìn)氣口之間設(shè)有渦輪增壓器。

進(jìn)一步的，該廢熱鍋爐的排氣口設(shè)有消音器。

進(jìn)一步的，各閥門為自動(dòng)控制閥門。

本發(fā)明的實(shí)施例中，船舶廢氣脫硝系統(tǒng)的尿素蒸發(fā)室、混合器與反應(yīng)室合并在脫硝反應(yīng)器中，與尿素蒸發(fā)室、混合器、反應(yīng)室沿廢氣脫硝管路串聯(lián)設(shè)置的方式相比，縮短了管路的長度，減少了連接件的設(shè)置，使得船舶廢氣脫硝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加緊湊。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中船舶廢氣脫硝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中船舶廢氣脫硝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的船舶廢氣脫硝系統(tǒng)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(yīng)器30、渦輪增壓器90與廢熱鍋爐80，其中，脫硝反應(yīng)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(shè)有消音器81。

根據(jù)船舶所在區(qū)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(qū)，第一閥門11開啟、第二閥門21與第八閥門22關(guān)閉，廢氣集氣箱50中的廢氣經(jīng)廢氣直排管路10排入廢熱鍋爐80后排出，在ECA區(qū)，第一閥門11關(guān)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(jīng)廢氣脫硝管路10進(jìn)入脫硝反應(yīng)器30進(jìn)行脫硝后排入廢熱鍋爐80再排出。

脫硝反應(yīng)器30包括尿素蒸發(fā)室31、混合器32與反應(yīng)室33，尿素蒸發(fā)室31設(shè)有尿素溶液噴槍35與導(dǎo)流板34，混合器32連接尿素蒸發(fā)室31與反應(yīng)室33。具體的，脫硝反應(yīng)器30包括位于脫硝反應(yīng)器30兩端的第一端36與第二端37，脫硝反應(yīng)器30的進(jìn)氣口與排氣口位于第一端36，尿素蒸發(fā)室31與脫硝反應(yīng)器30的進(jìn)氣口連接，反應(yīng)室33與脫硝反應(yīng)器30的排氣口連接，尿素蒸發(fā)室31由脫硝反應(yīng)器30的第一端36延伸至第二端37并沿第二端37的側(cè)壁設(shè)置，尿素蒸發(fā)室31的出口位于遠(yuǎn)離第二端37的側(cè)壁的一側(cè)，混合器32連接尿素蒸發(fā)室31的出口與反應(yīng)室33的入口，如此，尿素蒸發(fā)室31沿脫硝反應(yīng)器30的側(cè)壁繞至混合器32的入口，形成具有轉(zhuǎn)角的氣體通道，導(dǎo)流板34設(shè)置在尿素蒸發(fā)室31內(nèi)靠近第二端37的側(cè)壁處，也即位于尿素蒸發(fā)室31的轉(zhuǎn)角處。

在本實(shí)施例中，通過將脫硝反應(yīng)器30的進(jìn)氣口與排氣口設(shè)置在脫硝反應(yīng)器30的同一端，使得尿素蒸發(fā)室31可設(shè)置成具有轉(zhuǎn)角的氣體通道，并在氣體通道的轉(zhuǎn)角處設(shè)置導(dǎo)流板34，如此，廢氣進(jìn)入尿素蒸發(fā)室31后，可對(duì)反應(yīng)室33進(jìn)行預(yù)熱并與尿素分解生成的氨氣進(jìn)行充分混合，混合后的氣體再次進(jìn)入混合器32中旋轉(zhuǎn)混合以提高混合均勻性，可有效提高脫硝效率。同時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例將尿素蒸發(fā)室31、混合器32與反應(yīng)室33合并在脫硝反應(yīng)器30中，與尿素蒸發(fā)室31、混合器32、反應(yīng)室33沿廢氣脫硝管路20串聯(lián)設(shè)置的方式相比，縮短了管路的長度，減少了連接件的設(shè)置，使得船舶廢氣脫硝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加緊湊。

接上述，尿素溶液噴槍35與尿素供應(yīng)裝置60連接，尿素供應(yīng)裝置60包括尿素管路62、尿素罐61、空氣管路67與空壓機(jī)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(shè)有計(jì)量泵64與第四閥門63，空壓機(jī)66通過第五閥門68與尿素管路62的出口端連接。

進(jìn)一步的，本實(shí)施例的船舶廢氣脫硝系統(tǒng)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(yīng)器30與第二閥門21之間，廢氣氧化支路40依次設(shè)有第三閥門41與氣體氧化器42。

由于柴油機(jī)廢氣中NO的含量在NO_x中占大部分(90％以上)，因而反應(yīng)室33中通常主要發(fā)生標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)：4NH₃+4NO+O₂→4N₂+6H₂O。然而，NO₂的存在會(huì)使反應(yīng)室33中發(fā)生快速反應(yīng)：2NH₃+NO+NO₂→2N₂+3H₂O，催化反應(yīng)的速率較標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)更快。本發(fā)明實(shí)施例利用NO在有氧氣的條件下即能被氧化為NO₂的不穩(wěn)定性，從廢氣脫硝管路20中引出一定比例的廢氣(調(diào)節(jié)第三閥門41的開度)進(jìn)入氣體氧化器42內(nèi)氧化，通過在氣體氧化器42內(nèi)連續(xù)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(jìn)入脫硝反應(yīng)器30，從而增加了NO_x中NO₂的比例，使低溫下的NO_x催化轉(zhuǎn)化效率顯著提高，可有效提高脫硝效率，從而減少氨逃逸。

進(jìn)一步的，本實(shí)施例的船舶廢氣脫硝系統(tǒng)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(shè)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(diǎn)位于計(jì)量泵64與尿素罐61之間，通過調(diào)節(jié)第六閥門73與第七閥門74的開度可調(diào)節(jié)沖洗水的溫度。

在船舶進(jìn)入非ECA區(qū)時(shí)，第一閥門11開啟、第二閥門21與第八閥門22關(guān)閉，無需尿素溶液供應(yīng)，此時(shí)需要沖洗尿素管路62以避免尿素結(jié)晶堵塞管路。具體的，由船艙內(nèi)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(dāng)提高沖洗水的溫度，能有效改善沖洗水對(duì)尿素管路62和尿素溶液噴槍35內(nèi)尿素溶液或尿素結(jié)晶體的沖洗效果。通過利用廢熱鍋爐80對(duì)沖洗水進(jìn)行加熱，無需另外設(shè)置加熱裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，且有效改善了沖洗效果。

優(yōu)選的，以上所述的各閥門均為自動(dòng)控制閥門。

綜上所述，本發(fā)明的船舶廢氣脫硝系統(tǒng)至少包括如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)將尿素蒸發(fā)室、混合器與反應(yīng)室合并在脫硝反應(yīng)器中，與尿素蒸發(fā)室、混合器、反應(yīng)室沿廢氣脫硝管路串聯(lián)設(shè)置的方式相比，縮短了管路的長度，減少了連接件的設(shè)置，使得船舶廢氣脫硝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加緊湊；

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

(3)通過設(shè)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(nèi)氧化，增加了NO_x中NO₂的比例，使低溫下的NO_x催化轉(zhuǎn)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(duì)尿素管路的沖洗水進(jìn)行加熱，無需另外設(shè)置加熱裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，且有效改善了沖洗效果。

最后，本發(fā)明以具體的實(shí)施例來說明其所達(dá)到的效果：

實(shí)施例一：

對(duì)型號(hào)A的柴油機(jī)進(jìn)行廢氣脫硝處理：廢氣由柴油機(jī)排出到廢氣集氣箱，從廢氣脫硝管路中引出1/4的廢氣進(jìn)行氧化后排入脫硝反應(yīng)器，此時(shí)，尿素溶液在計(jì)量泵的作用下進(jìn)入到尿素蒸發(fā)室中分解為氨氣，混合氣體在導(dǎo)流板的作用下側(cè)向進(jìn)入混合器中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)混合，混合后的氣體進(jìn)入到反應(yīng)室中發(fā)生催化還原反應(yīng)，反應(yīng)后的氣體進(jìn)入渦輪增壓器，隨之進(jìn)入廢熱鍋爐和消音器，最后排放到大氣中。

脫硝過程結(jié)束后，沖洗水進(jìn)入到與廢熱鍋爐相連的熱水管路中，水被加熱，并通過調(diào)節(jié)第六閥門改變進(jìn)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(jìn)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(fā)室內(nèi)。測(cè)試脫硝效率較不使用氣體氧化器提高了5％。

實(shí)施例二：

對(duì)型號(hào)A的柴油機(jī)進(jìn)行廢氣脫硝處理：廢氣由柴油機(jī)排出到廢氣集氣箱，從廢氣脫硝管路中引出1/2的廢氣進(jìn)行氧化后排入脫硝反應(yīng)器，此時(shí)，尿素溶液在計(jì)量泵的作用下進(jìn)入到尿素蒸發(fā)室中分解為氨氣，混合氣體在導(dǎo)流板的作用下側(cè)向進(jìn)入混合器中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)混合，混合后的氣體進(jìn)入到反應(yīng)室中發(fā)生催化還原反應(yīng)，反應(yīng)后的氣體進(jìn)入渦輪增壓器，隨之進(jìn)入廢熱鍋爐和消音器，最后排放到大氣中。

脫硝過程結(jié)束后，沖洗水進(jìn)入到與廢熱鍋爐相連的熱水管路中，水被加熱，并通過調(diào)節(jié)第六閥門改變進(jìn)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(jìn)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(fā)室內(nèi)。測(cè)試脫硝效率較不使用氣體氧化器提高了10％。

實(shí)施例三：

對(duì)型號(hào)A的柴油機(jī)進(jìn)行廢氣脫硝處理：廢氣由柴油機(jī)排出到廢氣集氣箱，從廢氣脫硝管路中引出1/8的廢氣進(jìn)行氧化后排入脫硝反應(yīng)器，此時(shí)，尿素溶液在計(jì)量泵的作用下進(jìn)入到尿素蒸發(fā)室中分解為氨氣，混合氣體在導(dǎo)流板的作用下側(cè)向進(jìn)入混合器中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)混合，混合后的氣體進(jìn)入到反應(yīng)室中發(fā)生催化還原反應(yīng)，反應(yīng)后的氣體進(jìn)入渦輪增壓器，隨之進(jìn)入廢熱鍋爐和消音器，最后排放到大氣中。

脫硝過程結(jié)束后，沖洗水進(jìn)入到與廢熱鍋爐相連的熱水管路中，水被加熱，并通過調(diào)節(jié)第六閥門改變進(jìn)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(jìn)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(fā)室內(nèi)。測(cè)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(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。