CN105736094A - 一种用于船用尾气净化装置的气态氨生成系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于船用尾气净化装置的气态氨生成系统，所述船用尾气净化装置包括颗粒物去除装置和催化还原装置，所述气态氨生成系统包括气流式喷雾系统和喷雾调节装置，尿素溶液经所述气流式喷雾系统的喷雾口喷出与船用柴油机喷出的高温尾气充分混合产生缩二脲和供所述催化还原装置使用的气态氨，尿素溶液的喷射量受喷雾调节装置控制。气态氨生成系统将尿素溶液直接经管线输送至船用尾气净化装置中与高温尾气进行充分混合，从而产生气态氨和缩二脲，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，该气态氨生成系统能够按船用柴油机尾气净化的需求量实时生成气态氨，且使用的是尿素溶液，稳定性好，整个系统的工作安全性更高。
Description
技术领域
本发明涉及环保技术领域，具体涉及尾气净化技术领域，特别是涉及一种船用尾气净化装置中所用到的气态氨生成系统。
背景技术
船用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，包含二氧化硫、氮氧化物、细微的碳化颗粒物，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SCR装置中，会造成SCR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。
现有技术中，为了确保SCR尾气净化器正常工作，在SCR尾气催化还原装置与柴油机排口之间加设尾气净化器的前处理装置，柴油机尾气通过该装置后，可将尾气中的大部分细微的碳化颗粒物，尚未燃烧的微液滴油类物质、尿素分解成缩二脲(CONH)颗粒物、气态氨后与尾气中的二氧化硫发生化学反应形成的亚硫酸铵和硫酸铵的颗粒或液滴和类沥青的物质等被这种前处理装置截留，从而将柴油机排放的主要气态污染物(NOX、SO2)及固态颗粒污染物，实现绝大部分去除。但这种技术首先会增大尾气净化器的体积且提高了成本，这与现今设备小型化、轻量化、低成本的要求，无疑是背道而驰。
不难发现，气态氨是催化还原法净化尾气的必需物质，那么在长时间工作的柴油机中，例如船用柴油机，也就需要大量的气态氨进行反应，那就是说远程航行的船只需要携带大量的液态氨，但是氨的稳定差，一旦泄露轻则造成污染空气、使人中毒，重则引起爆炸，安全性差。
那么就需要一种能够实时产生气态氨的船载系统来克服上述缺陷。
发明内容
本发明的一个目的是要提供一种用于船用尾气净化装置的气态氨生成系统，其能够按船用柴油机尾气净化的需求量实时生成气态氨，且使用的是车用尿素溶液，稳定性好，整个系统的工作安全性更高。
特别地，本发明提供了一种用于船用尾气净化装置的气态氨生成系统，所述船用尾气净化装置包括颗粒物去除装置和催化还原装置，所述气态氨生成系统包括气流式喷雾系统和喷雾调节装置，尿素溶液经所述气流式喷雾系统的喷雾口喷出与船用柴油机喷出的高温尾气充分混合产生缩二脲和供所述催化还原装置使用的气态氨，所述尿素溶液的喷射量受所述喷雾调节装置控制。
对于上述技术方案，发明人还有进一步的优化实施方案。
优选地，所述船用尾气净化装置具有进气口和出气口，所述气态氨生成系统包括第一NOX传感器，设置于所述进气口的所述第一NOX传感器与所述喷雾调节装置通信联接，所述喷雾调节装置根据所述第一NOX传感器检测到的进入所述船用尾气净化装置的氮氧化物含量调节所述尿素溶液的喷射量。
进一步地，所述气态氨生成系统包括第二NOX传感器，设置于所述出气口，所述第二NOX传感器与所述喷雾调节装置通信联接，所述喷雾调节装置根据所述第二NOX传感器检测到的排出所述船用尾气净化装置的氮氧化物含量调节所述尿素溶液的喷射量。
优选地，所述气态氨生成系统还包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述船用尾气净化装置中，用于检测所述船用尾气净化装置中所述高温尾气的温度，所述温度传感器与所述喷雾调节装置通信联接，所述喷雾调节装置根据检测到所述高温尾气的温度启停所述气流式喷雾系统的工作。
进一步地，所述喷雾调节装置中配置有最低温度阈值和最高温度阈值，将所述温度传感器检测到的所述高温尾气的温度与所述最低温度阈值和最高温度阈值进行比较，如所述高温尾气的温度低于所述最低温度阈值或者高于所述最高温度阈值，则停止所述气流式喷雾系统的工作，否则开启保持所述气流式喷雾系统的工作。
更进一步地，所述最低温度阈值位于190℃～210℃之间，所述最高温度阈值位于450℃～470℃之间。
优选地，所述气态氨生成系统包括至少一个温度传感器，所述至少一个温度传感器设置于所述船用尾气净化装置的进气口。
进一步地，所述喷雾调节装置中配置有进气温度阈值，将检测到的所述进气口处的所述高温尾气的温度与所述进气温度阈值相比较，如所述高温尾气的温度落在所述进气温度阈值的范围内，则开启所述气流式喷雾系统的工作，否则停止所述气流式喷雾系统的工作。
更进一步地，所述进气温度阈值的范围为220℃～490℃。
与现有技术相比较，本发明的优点在于：
本发明的气态氨生成系统，用于船用尾气净化装置，所述气态氨生成系统将尿素溶液直接经管线输送至船用尾气净化装置中与高温尾气进行充分混合，从而产生气态氨和缩二脲，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，尤其远航船用柴油机来言，所述气态氨生成系统能够按船用柴油机尾气净化的需求量实时生成气态氨，且使用的是尿素溶液，稳定性好，整个系统的工作安全性更高。本发明所提供的气态氨生成西酮的整体结构简单、体积小、重量轻，更具备实用性。
进一步地，气态尿素溶液高温分解后所产生缩二脲，能够与硫酸铵形成细小的固态颗粒，能够更方便地被所述船用尾气净化装置中的所述颗粒物去除装置去除，也就避免了催化还原装置中陶瓷催化剂的堵塞问题，延长了催化还原装置的整体寿命。
进一步地，所述尿素溶液的喷射量是根据所述船用尾气净化装置的高温尾气中的氮氧化物含量进行智能控制的，在保证高效取出氮氧化物的同时，还能够避免氨逃逸情况的发生，节约了成本，且避免了环境的污染，提高了安全性。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本发明一个实施例的船用尾气净化装置的结构框图。
具体实施方式
图1是根据本实施例的船用尾气净化装置的结构框图。如图1所示，本实施例所描述的气态氨生成系统，用于船用尾气净化装置，所述船用尾气净化装置包括颗粒物去除装置4和催化还原装置3，所述气态氨生成系统一般性地可包括气流式喷雾系统2和喷雾调节装置1，尿素溶液经所述气流式喷雾系统2的喷雾口喷出与船用柴油机喷出的高温尾气充分混合产生缩二脲和供所述催化还原装置3使用的气态氨，所述尿素溶液的喷射量受所述喷雾调节装置1控制。
在所述气流式喷雾系统2中设有管线，将所述尿素溶液经管线输送至喷雾口，从而进入所述船用尾气净化装置的内部，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)将在随后的催化还原装置3中的催化条件下与尾气中的氮氧化物(包括NO和NO2)发生下列化学反应：
4NH3+4NO+O2＝4N2+6H2O
8NH3+6NO2＝7N2+12H2O
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
与此同时，气态氨(NH3)也与尾气中的二氧化硫发生如下化学反应，其反应式为：
SO2+H2O+xNH3＝(HN4)xH2-xSO3
得到亚硫酸铵中间产品，亚硫酸铵再进行氧化：
(NH4)XH2-XSO3+1/2O2+(2-x)NH3＝(NH4)2SO4
这样实现了喷雾干燥法脱硫，脱硫后的终产物硫酸铵和尿素分解后的缩二脲会形成细小的固态颗粒混入柴油机尾气中。在随后的颗粒物去除装置4中，将以上的颗粒物和柴油机尾气中原有的颗粒物一同去除，也就不会对所述催化还原装置3中的陶瓷催化剂造成堵塞。
可以理解的是，进入船用尾气净化装置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，那么在本实施例中，那么也就需要尿素的量做出调整控制。
因为若尿素溶液喷射量比较少的时候，必然产生的氨气达不到高效去除氮氧化物的需要量(反应物不足)，就必然降低去除氮氧化物的效率。反之，若尿素溶液喷射量超过去除氮氧化物的需要量(反应物过剩)，虽然能够提高去除氮氧化物的效率，但是，由于反应物过剩，未参与反应的氨直接排放到大气中，造成氨气(也是有毒有害的气体)污染，也就是常说的氨逃逸现象。同时超量喷射尿素也会造成使用尿素量加大导致运行成本增高。
因此，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。
所述船用尾气净化装置具有进气口和出气口，所述气态氨生成系统包括第一NOX传感器5，设置于所述进气口的所述第一NOX传感器5与所述喷雾调节装置1通信联接，所述喷雾调节装置1根据所述第一NOX传感器5检测到的进入所述船用尾气净化装置的氮氧化物含量调节所述尿素溶液的喷射量。
所述气态氨生成系统还包括第二NOX传感器6，设置于所述出气口，所述第二NOX传感器6与所述喷雾调节装置1通信联接，所述喷雾调节装置1根据所述第二NOX传感器6检测到的排出所述船用尾气净化装置的氮氧化物含量调节所述尿素溶液的喷射量。
可在船用尾气净化装置中设置机械隔膜式尿素泵，结合所述喷雾调节装置1，能够更为精准有效地对尿素溶液喷射量进行控制。
另外，在本实施例中，进入船用尾气净化装置的所述高温尾气必须达到一定温度，才能够实现尾气净化。因为如果高温尾气的温度低于一定温度喷射尿素进入船用尾气净化装置后会造成尿素无法分解在陶瓷催化剂内结晶，堵塞催化还原装置3；而高于一定温度尿素喷进去直接会被氧化成NOX，不但不减少NOX排放，反而增加NOX排放。
因此，所述气态氨生成系统还包括温度传感器7，所述温度传感器7设置在所述船用尾气净化装置中，用于检测所述船用尾气净化装置中所述高温尾气的温度，所述温度传感器7与所述喷雾调节装置1通信联接，所述喷雾调节装置1根据检测到所述高温尾气的温度启停所述气流式喷雾系统2的工作。
更进一步，所述喷雾调节装置1中配置有最低温度阈值和最高温度阈值，将所述温度传感器7检测到的所述高温尾气的温度与所述最低温度阈值和最高温度阈值进行比较，如所述高温尾气的温度低于所述最低温度阈值或者高于所述最高温度阈值，则停止所述气流式喷雾系统2的工作，否则开启保持所述气流式喷雾系统2的工作。
优选地，所述最低温度阈值位于190℃～210℃之间，所述最高温度阈值位于450℃～470℃之间。
对船用尾气净化装置内的高温尾气温度进行监控后，如设置最低温度阈值为200℃，最高温度阈值为460(℃，那么当检测到船用尾气净化装置内温度低于200℃时则停止向所述船用尾气净化装置喷射尿素溶液，同样的当检测到船用尾气净化装置内温度高于400℃时也停止向所述船用尾气净化装置喷射尿素溶液，否则在柴油机工作时正常所述喷雾调节装置1保持向所述船用尾气净化装置内喷射尿素溶液。
当然，为了实现温度监控，还可以直接在所述船用尾气净化装置的进气口设置一个温度传感器7，直接检测进入船用尾气净化装置的所述高温尾气的温度，也就说在气态氨生成系统具有至少一个设置于所述船用尾气净化装置的进气口的温度传感器7。
进一步，所述喷雾调节装置1中配置有进气温度阈值，将检测到的所述进气口处的所述高温尾气的温度与所述进气温度阈值相比较，如所述高温尾气的温度落在所述进气温度阈值的范围内，则开启所述气流式喷雾系统2的工作，否则停止所述气流式喷雾系统2的工作。
优选地，所述进气温度阈值的范围为220℃～490℃。
本实施例的气态氨生成系统，用于船用尾气净化装置，所述气态氨生成系统将尿素溶液直接经管线输送至船用尾气净化装置中与高温尾气进行充分混合，从而产生气态氨和缩二脲，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，尤其远航船用柴油机来言，所述气态氨生成系统能够按船用柴油机尾气净化的需求量实时生成气态氨，且使用的是尿素溶液，稳定性好，整个系统的工作安全性更高。本发明所提供的气态氨生成西酮的整体结构简单、体积小、重量轻，更具备实用性。
进一步地，气态尿素溶液高温分解后所产生缩二脲，能够与硫酸铵形成细小的固态颗粒，能够更方便地被所述船用尾气净化装置中的所述颗粒物去除装置去除，也就避免了催化还原装置中陶瓷催化剂的堵塞问题，延长了催化还原装置的整体寿命。
进一步地，所述尿素溶液的喷射量是根据所述船用尾气净化装置的高温尾气中的氮氧化物含量进行智能控制的，在保证高效取出氮氧化物的同时，还能够避免氨逃逸情况的发生，节约了成本，且避免了环境的污染，提高了安全性。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
Claims (9)
1.一种用于船用尾气净化装置的气态氨生成系统，所述船用尾气净化装置包括颗粒物去除装置和催化还原装置，其特征在于，所述气态氨生成系统包括气流式喷雾系统和喷雾调节装置，尿素溶液经所述气流式喷雾系统的喷雾口喷出与船用柴油机喷出的高温尾气充分混合产生缩二脲和供所述催化还原装置使用的气态氨，所述尿素溶液的喷射量受所述喷雾调节装置控制。
2.根据权利要求1所述的一种用于船用尾气净化装置的气态氨生成系统，其特征在于，所述船用尾气净化装置具有进气口和出气口，所述气态氨生成系统包括第一NOX传感器，设置于所述进气口的所述第一NOX传感器与所述喷雾调节装置通信联接，所述喷雾调节装置根据所述第一NOX传感器检测到的进入所述船用尾气净化装置的氮氧化物含量调节所述尿素溶液的喷射量。
3.根据权利要求2所述的一种用于船用尾气净化装置的气态氨生成系统，其特征在于，所述气态氨生成系统包括第二NOX传感器，设置于所述出气口，所述第二NOX传感器与所述喷雾调节装置通信联接，所述喷雾调节装置根据所述第二NOX传感器检测到的排出所述船用尾气净化装置的氮氧化物含量调节所述尿素溶液的喷射量。
4.根据权利要求1所述的一种用于船用尾气净化装置的气态氨生成系统，其特征在于，所述气态氨生成系统还包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述船用尾气净化装置中，用于检测所述船用尾气净化装置中所述高温尾气的温度，所述温度传感器与所述喷雾调节装置通信联接，所述喷雾调节装置根据检测到所述高温尾气的温度启停所述气流式喷雾系统的工作。
5.根据权利要求4所述的一种用于船用尾气净化装置的气态氨生成系统，其特征在于，所述喷雾调节装置中配置有最低温度阈值和最高温度阈值，将所述温度传感器检测到的所述高温尾气的温度与所述最低温度阈值和最高温度阈值进行比较，如所述高温尾气的温度低于所述最低温度阈值或者高于所述最高温度阈值，则停止所述气流式喷雾系统的工作，否则开启保持所述气流式喷雾系统的工作。
6.根据权利要求5所述的一种用于船用尾气净化装置的气态氨生成系统，其特征在于，所述最低温度阈值位于190℃～210℃之间，所述最高温度阈值位于450℃～470℃之间。
7.根据权利要求1所述的一种用于船用尾气净化装置的气态氨生成系统，其特征在于，所述气态氨生成系统包括至少一个温度传感器，所述至少一个温度传感器设置于所述船用尾气净化装置的进气口。
8.根据权利要求7所述的一种用于船用尾气净化装置的气态氨生成系统，其特征在于，所述喷雾调节装置中配置有进气温度阈值，将检测到的所述进气口处的所述高温尾气的温度与所述进气温度阈值相比较，如所述高温尾气的温度落在所述进气温度阈值的范围内，则开启所述气流式喷雾系统的工作，否则停止所述气流式喷雾系统的工作。
9.根据权利要求8所述的一种用于船用尾气净化装置的气态氨生成系统，其特征在于，所述进气温度阈值的范围为220℃～490℃。
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