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CN115126574B - 一种船舶废气脱硝装置 - Google Patents

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CN115126574B CN202210714800.4A CN202210714800A CN115126574B CN 115126574 B CN115126574 B CN 115126574B CN 202210714800 A CN202210714800 A CN 202210714800A CN 115126574 B CN115126574 B CN 115126574B
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Abstract

本发明公开了一种船舶废气脱硝装置，包括：输气管、颗粒捕集与自清洁系统、废气驱动尿素溶液喷射器、SK‑4‑90静态混合器、温控催化器与排放管，输气管上依次设有颗粒捕集与自清洁系统、废气驱动尿素溶液喷射器、SK‑4‑90静态混合器，输气管的出口与温控催化器的入口连接，温控催化器的出口与排放管连接。本发明船舶废气脱硝装置能够实现对船舶废气中的固体颗粒进行过滤与自清洁、对尿素溶液雾化效果良好、废气混合物混合与分布均匀，且催化反应始终处于最佳反应温度区间。

Description

一种船舶废气脱硝装置
技术领域
本发明涉及船舶废气排放处理领域，具体地，涉及一种船舶废气脱硝装置。
背景技术
船舶作为重要的运载工具，承担了全球贸易物流总量的80％以上。现役船舶大多以柴油机为动力源，运行过程产生了大量氮氧化物(NOx)，不仅导致酸雨、光化学烟雾等环境危害，而且严重威胁人类的生命健康。随着环保法规的日益严苛，各大船企相继研发了多种船舶废气脱硝技术。其中，选择性催化还原(SCR)脱硝技术由于转化效率高、排放无污染等优点而受到广泛关注。但是，现行的SCR脱硝装置在运行过程中也存在一定的问题，例如：(1)船舶废气中往往含有炭黑等固体颗粒，随废气流动过程中容易沉积在SCR催化孔道内部，导致孔道堵塞，引起背压升高、催化效率下降；(2)催化反应过程通常采用尿素溶液与NOx反应，尿素溶液经管子注入废气管道的过程中，其雾化质量直接影响后续的催化反应效率，而现行的尿素溶液喷射设备多为压力式结构，雾化效果差、调节范围小；(3)尿素溶液受热蒸发后，变为NH3与氮氧化物反应，NH3与船舶废气的混合效果直接影响催化器的整体运行效率，而目前运行的脱硝装置中缺乏促进二者混合的设备；(4)废气混合物在流动过程中呈现出不同的流动状态，当废气混合物流动速度快，其流动状态为湍流；当废气混合物流动速度慢，其流动状态为层流。不同的流动状态条件下，废气混合物在SCR催化孔道的分布均匀性是不同的，导致SCR催化孔道的利用率不高，影响了设备的整体脱硝效率；(5)催化还原反应需要一定的温度区间，最佳反应温度为280℃-420℃。在目前的脱硝产品中，船舶废气在流动过程中产生热量损失，不能保证进入SCR催化孔道内始终处于最佳反应温度区间，导致催化器运行效率低下。
发明内容
本发明为了解决上述问题而提出，其目的在于提出一种新型船舶废气脱硝装置，能够实现对船舶废气中的固体颗粒进行过滤与自清洁、对尿素溶液雾化效果良好、废气混合物混合与分布均匀，且催化反应始终处于最佳反应温度区间。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种船舶废气脱硝装置，包括：输气管、颗粒捕集与自清洁系统、废气驱动尿素溶液喷射器、SK-4-90静态混合器、温控催化器与排放管，所述输气管上依次设有颗粒捕集与自清洁系统、废气驱动尿素溶液喷射器、SK-4-90静态混合器，所述输气管的出口与温控催化器的入口连接，所述温控催化器的出口与排放管连接。
进一步地，所述颗粒捕集与自清洁系统包括：过滤单元、第一吹灰管、第二吹灰管、主管第一阀门、主管第二阀门、第一吹灰管进气阀、第一吹灰管吹气阀、第二吹灰管排气一阀、第二吹灰管排气二阀、吹灰排放阀、第一压力传感器、吹灰排放管和第二压力传感器，所述过滤单元焊接在输气管内，所述输气管的上侧设有第一吹灰管，所述第一吹灰管的一端位于过滤单元前方，且所述第一吹灰管的一端上设有第一吹灰管进气阀，所述第一吹灰管的另一端位于过滤单元后方，且所述第一吹灰管的另一端上设有第一吹灰管吹气阀；所述第二所述输气管的下侧设有第二吹气管，所述第二吹气管的一端位于过滤单元的前方，且所述第二吹气管的一端上设有第二吹灰管排气一阀，所述第二吹气管的另一端位于过滤单元的后方，且所述第二吹气管的另一端上设有第二吹灰管排气二阀，所述第二吹气管的中部设有吹灰排放管，所述吹灰排放管上设有吹灰排放阀；在过滤单元前方的第一吹灰管一端位于第二吹灰管一端的前方，在过滤单元后方的第一吹灰管的另一端与第二吹灰管的另一端位于同一垂线上；所述输气管上设有主管第一阀门、主管第二阀门，所述主管第一阀门位于过滤单元的前方，且所述主管第一阀门位于第一吹灰管的一端与第二吹灰管的一端之间；所述主管第二阀门位于过滤单元的后方，且所述主管第二阀门位于第一吹灰管的另一端的后方；所述第一压力传感器、第二压力传感器均设置于输气管上，所述第二压力传感器位于第一吹灰管的前方，所述第一压力传感器位于第一吹灰管的后方。
进一步地，所述废气驱动尿素溶液喷射器包括：废气喷射管、废气喷射阀门、溶液进管、喷头、空压机、压缩机进口阀门；所述废气喷射阀门焊接在废气喷射管上，所述压缩机进口阀门焊接在空压机前入口管道上，所述废气喷射管与溶液进管为套管结构，废气喷射管在溶液进管的内部，所述废气喷射管、溶液进管均与喷头连接。
进一步地，所述喷头包括：废气喷射管接管、雾化片、溶液进管接管、喷嘴帽、垫片、螺纹，所述废气喷射管接管套接于溶液进管接管的内部，所述废气喷射管接管的一端与废气喷射管连接，所述废气喷射管接管的另一端与雾化片通过螺纹固定连接；所述溶液进管接管的一端与溶液进管连接，所述溶液进管接管的另一端与喷嘴帽通过螺纹固定连接；所述喷嘴帽包括：喷嘴帽壁、喷嘴帽孔、喷嘴帽内螺纹，所述喷嘴帽壁上设有喷嘴帽孔，所述喷嘴帽壁的内部上设有喷嘴帽内螺纹，所述喷嘴帽内螺纹与溶液进管接管螺纹连接；所述雾化片通过螺纹固定在废气喷射管接管上，所述雾化片与溶液进管接管之间设有垫片，且所述雾化片贯穿喷嘴帽孔，所述雾化片包括：雾化片主体、废气通孔、溶液通孔、废气压缩腔、雾化片内螺纹，所述雾化片主体内设有废气压缩腔，所述废气压缩腔与废气喷射管接管通过雾化片内螺纹连接，所述雾化片主体上设有废气通孔和溶液通孔，所述溶液通孔的一端与溶液进管接管连接，所述溶液通孔的另一端与废气通孔连接，所述废气通孔的一端与废气压缩腔连接，所述废气通孔的另一端通向输气管的内部。
进一步地，所述SK-4-90静态混合器由左旋混合单元SK-4-90-L和右旋混合单元SK-4-90-R依次焊接连接；所述左旋混合单元SK-4-90-L由四片鱼形混合片顺时针旋转90°后焊接而成；所述右旋混合单元SK-4-90-R由四片鱼形混合片逆时针旋转90°后焊接而成；所述左旋混合单元SK-4-90-L的鱼形混合片与相邻的右旋混合单元SK-4-90-R的鱼形混合片之间的夹角为45°。
进一步地，所述鱼形混合片的长度L满足：
L＝0.0294·ΔP·D1.205·ρ-0.795·v1.795·μ-0.205
其中，ΔP为混合器进出口的压差，D为输气管的内径，ρ为废气与尿素液滴的混合密度，v为废气与尿素液滴混合物的流速，μ为废气与尿素液滴的混合粘度。
进一步地，所述鱼形混合片为两端薄、中间厚的对称结构，且所述鱼形混合片的宽度W＝0.5D。
进一步地，所述温控催化器包括：扩管、蒸汽加热壳体、催化剂支撑管、蒸汽进气管、蒸汽进气阀门、蒸汽出气管、第一温度计、第二温度计、流量计、开关阀、分布器、分布器支架、SCR催化剂、汇集管、阻力器进气管、阻力器进气调节阀，所述流量计焊接在混合器后面的输气管上，所述开关阀焊接在流量计后面的输气管上，所述输气管的端部与扩管焊接连接，所述分布器支架焊接在扩管的入口处，所述分布器支架内设有分布器，所述分布器与阻力器进气管连接，所述阻力器进气管上设有阻力器进气调节阀；所述扩管出口处与催化剂支撑管的一端焊接固定连接，所述催化剂支撑管的另一端与汇集管的入口焊接固定连接，所述汇集管的另一端与排放管焊接固定连接，所述扩管上设有第二温度计，所述汇集管上设有第一温度计；所述催化剂支撑管的内部设有SCR催化剂，所述催化剂支撑管的外侧包裹蒸汽加热壳体，所述蒸汽加热壳体的上端设有蒸汽出气管，所述蒸汽加热壳体的下端设有蒸汽进气管，所述蒸汽进气管上设有蒸汽进气阀门。
进一步地，所述分布器包括：套筒、固定轴、固定螺母、叶片、阻力器，所述套筒通过焊接方式与分布器支架连接；所述固定轴穿入套筒中，所述固定轴的一端通过固定螺母连接，所述固定轴的另一端焊接有叶片，所述阻力器设置于套筒的内侧，且位于套筒与固定轴之间；所述阻力器的外表面与套筒的内壁固定连接，所述阻力器与阻力器进气管连接。
进一步地，所述蒸汽加热壳体包括：壳体侧壁、前挡板与后挡板；所述前挡板与后挡板焊接在壳体侧壁的两端；所述前挡板的外侧与扩管焊接连接，所述前挡板的内侧与催化剂支撑管的一端焊接连接；所述后挡板的内侧与催化剂支撑管的另一端焊接连接，所述后挡板的外侧与汇集管焊接连接。
与现有技术相比，本发明具有如下发明效果：
(1)本发明新型船舶废气脱硝装置中的颗粒捕集与自清洁系统，采用正吹操作方式实现对船舶废气中的固体颗粒物的补集与过滤，采用反吹操作方式，将过滤器中沉积的固体颗粒吹走，实现过滤单元的自清洁，反吹操作吹走的固体颗粒通过排放阀进入锅炉系统进行燃烧，实现了该脱硝装置固体颗粒物的零排放；
(2)本发明新型船舶废气脱硝装置中的废气驱动尿素溶液喷射器，采用过滤后的船舶废气对尿素溶液进行高速高压冲击，形成雾化效果优良的弥散尿素液滴，通过调节空压机后的的阀门开度，实现对进入喷头的船舶废气的压力与流量调节，从而可以调整尿素雾化液滴的粒径与分布效果；
(3)本发明新型船舶废气脱硝装置中的SK-4-90静态混合器，由左旋单元与右旋单元组成，使得船舶废气与尿素液滴组成的混合流体在流动过程中实现间歇性的左旋与右旋，明显增强混合流体的混合效果；左旋单元与右旋单元各由四个鱼形混合片组成，使得混合气体在流动时，被混合片切割为四个分流道，最大程度的增强废气与尿素液滴以及氨气的混合效果；同时，采用鱼形的混合片，能够在增强混合效果的同时，尽可能的减小流动过程中的阻力，降低装置整体功耗；
(4)本发明新型船舶废气脱硝装置中的温控催化器，其扩管结构采用轴流叶片，通过对船舶废气与氨气进行做功，极大提高混合气体在催化剂入口的分布均匀性，而且通过调节阻力器开关，实现对于不同流量混合气体的分布均匀性调节；蒸汽加热壳体，采用蒸汽对催化剂部分进行加热与保温，能够使得催化剂区域始终处于氮氧化物催化还原反应的最佳温度窗口280℃-420℃，极大提高催化剂的活性，从而保证该脱硝装置具有较高的脱硝效率。
附图说明
图1是本发明明船舶废气脱硝装置的原理图；
图2是本发明中喷头的结构图；
图3是本发明中雾化片的结构图；
图4是本发明中喷嘴帽的结构图，其中，图4中的a为剖视图，图4中的b为外观图；
图5是本发明中左旋混合单元SK-4-90-L结构示意图，其中，图5中的a为正视图，图5中的b为侧视图；
图6是本发明右旋混合单元SK-4-90-R结构示意图，其中，图6中的a为正视图，图6中的b为侧视图；
图7是本发明中混合器单元中的鱼形混合片的结构图；
图8是本发明中混合器单元焊接时的位置示意图；
图9是本发明中扩管的结构剖面图；
图10是本发明中阻力器的结构原理图；
图11是本发明中蒸汽加热筒的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步地解释说明。
如图1，本发明提供了一种船舶废气脱硝装置，包括：输气管1、颗粒捕集与自清洁系统、废气驱动尿素溶液喷射器、SK-4-90静态混合器4、温控催化器与排放管6，输气管1上依次设有颗粒捕集与自清洁系统、废气驱动尿素溶液喷射器、SK-4-90静态混合器4，输气管1的出口与催化器的入口连接，温控催化器的出口与排放管6连接。本发明中颗粒捕集与自清洁系统实现对船舶废气中颗粒物的捕集以及捕集载体的自清洁；废气驱动尿素溶液喷射器采用废气对尿素溶液进行雾化，实现尿素液滴雾化粒径小、分布均匀的效果；SK-4-90静态混合器4能够提高废气混合物的混合效果；温控催化器不仅改善了废气混合物在SCR催化剂的孔道中的分布均匀性，同时，保证催化反应始终处于最佳反应温度区间。本发明中船舶柴油机排出的废气经过颗粒捕集与自清洁系统时被过滤，后与喷射器喷出的尿素溶液混合，二者在SK-4-90静态混合器4中实现混合后进入温控催化器进行催化还原反应，反应后生成的无害气体经排放管6排放至大气中。
本发明中颗粒捕集与自清洁系统包括：过滤单元21、第一吹灰管22、第二吹灰管23、主管第一阀门24、主管第二阀门25、第一吹灰管进气阀26、第一吹灰管吹气阀27、第二吹灰管排气一阀28、第二吹灰管排气二阀29、吹灰排放阀210、第一压力传感器211、吹灰排放管212和第二压力传感器213，过滤单元21焊接在输气管1内，输气管1的上侧设有第一吹灰管22，第一吹灰管22的一端位于过滤单元21前方，且第一吹灰管22的一端上设有第一吹灰管进气阀26，第一吹灰管22的另一端位于过滤单元21后方，且第一吹灰管22的另一端上设有第一吹灰管吹气阀27；第二所述输气管1的下侧设有第二吹气管23，第二吹气管23的一端位于过滤单元21的前方，且第二吹气管23的一端上设有第二吹灰管排气一阀28，第二吹气管23的另一端位于过滤单元21的后方，且第二吹气管23的另一端上设有第二吹灰管排气二阀29，第二吹气管23的中部设有吹灰排放管212，吹灰排放管212上设有吹灰排放阀210；在过滤单元21前方的第一吹灰管22一端位于第二吹灰管23一端的前方，在过滤单元21后方的第一吹灰管22的另一端与第二吹灰管23的另一端位于同一垂线上；输气管1上设有主管第一阀门24、主管第二阀门25，主管第一阀门24位于过滤单元21的前方，且主管第一阀门24位于第一吹灰管22的一端与第二吹灰管23的一端之间；主管第二阀门25位于过滤单元21的后方，且主管第二阀门25位于第一吹灰管22的另一端的后方，第一压力传感器211、第二压力传感器213均设置于输气管1上，第二压力传感器213位于第一吹灰管22的前方，第一压力传感器211位于第一吹灰管22的后方。本发明中颗粒捕集与自清洁系统采用上述布置形式，不仅能够有效去除船舶废气中的固体颗粒物，而且能够根据过滤单元21进出口的压差进行周期性的反吹操作，实现颗粒过滤器的自清洁作用，使得沉积在过滤单元21上的固体颗粒物经吹灰排放阀210后进入锅炉系统，实现了该脱硝装置固体颗粒物的零排放，比现行的-溶液吸收法具有明显的优势。颗粒捕集与自清洁系统正常工作时，主管第一阀门24、主管第二阀门25开启，船舶废气经输气管1进入颗粒捕集与自清洁系统中，实现对于废气中固体颗粒的过滤。当第二压力传感器213与第一压力传感器211之间的差值ΔP超过系统允许的最大压差时，说明捕集单元内已经捕获足量的固体颗粒，从而导致捕集器的背压升高。
此时，需要对颗粒捕集与自清洁系统2进行反吹自清洁操作，具体过程为：
步骤1：关闭主管第一阀门24、主管第二阀门25；
步骤2：打开第一吹灰管进气阀26、第一吹灰管吹气阀27，废气经第一吹灰管22进入颗粒捕集与自清洁系统2后方；
步骤3：打开第二吹灰管排气一阀28和吹灰排放阀210，关闭第二吹灰管排气二阀29，废气流经颗粒捕集与自清洁系统2对齐进行反向吹灰，将颗粒捕集与自清洁系统2中捕获的固体颗粒经由第二吹灰管23和吹灰排放管212吹走，废气经排放阀210去燃油锅炉进行燃烧；
步骤4：还存在部分固体颗粒被颗粒捕集与自清洁系统2后部捕获，关闭第一吹灰管进气阀26、第一吹灰管吹气阀27、第二吹灰管排气一阀28，打开主管第一阀门24、第二吹灰管排气二阀29和吹灰排放阀210，废气在颗粒捕集与自清洁系统2前方吹灰，吹灰后的废气经第二吹灰管排气二阀29和吹灰排放阀210去燃油锅炉进行燃烧；
步骤5：查看第二压力传感器213与第一压力传感器211之间的差值ΔP是否低于系统允许的最大压差，若是，则吹灰完成；否则重复步骤1-4。
因为船舶废气的脱硝过程主要是通过氮氧化物与氨气进行氧化还原反应，将氮氧化物还原为氮气与水。因此，本发明所提供的脱硝装置需使用喷射器将尿素溶液喷入输气管中与船舶废气进行混合，尿素溶液在高温船舶废气环境中蒸发形成氨气，将船舶废气中的氮氧化物进行还原和置换。本发明中废气驱动尿素溶液喷射器包括：废气喷射管31、废气喷射阀门32、溶液进管33、喷头34、空压机35、压缩机进口阀门36；废气喷射阀门32为流量调节阀，焊接在废气喷射管31上，压缩机进口阀门36为开关阀，焊接在空压机35前入口管道上，废气喷射管31与溶液进管33为套管结构，废气喷射管31在溶液进管33的内部，废气喷射管31、溶液进管33均与喷头34连接。
尿素溶液进入输气管后在高温环境下蒸发形成氨气，最终与废气中的氮氧化物进行氧化还原反应。尿素溶液的蒸发速度直接决定氮氧化物的还原反应速率，并最终决定脱硝装置的还原效率。因此，本发明所提供的喷射器采用经过滤后纯净的船舶废气作为雾化来源，与尿素溶液在喷头中进行混合，高压条件下喷进输气管1，实现良好的尿素溶液雾化效果。而且，通过调节进入喷头区域的船舶废气的压力，可以实现对尿素溶液雾化效果的变量调节。为实现该效果，如图2所示，本发明中喷头34包括：废气喷射管接管341、雾化片、溶液进管接管343、喷嘴帽344、垫片345、螺纹346，废气喷射管接管341套接于溶液进管接管343的内部，废气喷射管接管341的一端与废气喷射管31连接，废气喷射管接管341的另一端与雾化片通过螺纹固定连接；溶液进管接管343的一端与溶液进管33连接，溶液进管接管343的另一端与喷嘴帽344通过螺纹固定连接。
尿素溶液的雾化效果与雾化片的结构具有很大关系。如图3，本发明所提供的雾化片结构包括：雾化片主体3421、废气通孔3422、溶液通孔3423、废气压缩腔3424、雾化片内螺纹3425，雾化片主体3421内设有废气压缩腔3424，废气压缩腔3424与废气喷射管接管341通过雾化片内螺纹3425连接，雾化片主体3421上设有废气通孔3422和溶液通孔3423，溶液通孔3423的一端与溶液进管接管343连接，溶液通孔3423的另一端与废气通孔3422连接，废气通孔3422的一端与废气压缩腔3424连接，废气通孔3422的另一端通向输气管1内部。船舶废气由废气喷射管接管341进入喷头34，经过压缩腔3424后经由雾化片内的废气通孔3422喷出；尿素溶液经由溶液进管33进入喷头34，经由雾化片内的溶液通孔3423进入，被废气通孔3422喷出的经压缩后的高压废气高速冲击，形成微小的雾化液滴进入输气管1，与船舶废气进行混合。经过雾化的尿素液滴在高温环境下进行蒸发，形成氨气，能够保证氮氧化物在还原过程中具有充分的还原剂，从而确保还原反应充分进行，保障脱硝装置高效运行。
如图4，喷嘴帽344包括：喷嘴帽壁3441、喷嘴帽孔3442、喷嘴帽内螺纹3443，喷嘴帽壁3441上设有喷嘴帽孔3442，喷嘴帽壁3441的内部上设有喷嘴帽内螺纹3443，喷嘴帽内螺纹3443与溶液进管接管343螺纹连接；雾化片通过螺纹346固定在废气喷射管接管341上，雾化片与溶液进管接管343之间设有垫片345，且雾化片贯穿喷嘴帽孔3442。采用该喷嘴帽结构，能够对雾化片实现较好的固定作用，保证高压船舶废气条件下雾化片不发生偏移和泄露，从而实现稳定的雾化效果。
喷射器喷出的尿素液滴与船舶废气混合，在流动过程中尿素液滴逐渐蒸发形成氨气，从而与氮氧化物进行反应。在此过程中，尿素液滴与船舶废气的混合程度直接影响氧化还原反应进行的速率，从而最终决定脱硝装置的运行效率。因此，为了提高尿素液滴与船舶废气的混合效果，如图5-8，本发明提供了SK-4-90静态混合器4，该SK-4-90静态混合器4由左旋混合单元SK-4-90-L和右旋混合单元SK-4-90-R依次焊接连接，使得流动依次经过左旋混合单元SK-4-90-L与右旋混合单元SK-4-90-R，从而进一步增强尿素液滴与船舶废气的混合效果。左旋混合单元SK-4-90-L由四片鱼形混合片顺时针旋转90°后焊接而成；右旋混合单元SK-4-90-R由四片鱼形混合片逆时针旋转90°后焊接而成；左旋混合单元与右旋混合单元均采用4片鱼形混合片，能够使得尿素液滴与船舶废气在流动过程中形成4股分流，既能保证实现较强的混合效果，又能保证混合流体在流动过程中的流动阻力不至于过大。左旋混合单元SK-4-90-L的鱼形混合片与相邻的右旋混合单元SK-4-90-R的鱼形混合片之间的夹角为45°，本发明中鱼形混合片的长度L满足：
L＝0.0294·ΔP·D1.205·ρ-0.795·v1.795·μ-0.205
其中，ΔP为混合器进出口的压差，D为输气管的内径，ρ为废气与尿素液滴的混合密度，v为废气与尿素液滴混合物的流速，μ为废气与尿素液滴的混合粘度。
本发明中鱼形混合片为两端薄、中间厚的对称结构，且鱼形混合片的宽度W＝0.5D，能够使得混合流体在分流过程中产生的流动阻力最小，从而有效降低设备运行功耗。当废气混合物流经SK-4-90静态混合器4时，在鱼形混合片的导流作用下，废气混合物在轴向速度之外又产生旋转速度，导致在垂直于管道轴向方向的平面内产生二次流动，可以极大增加混合物的混合效果。废气混合物依次经过左旋单元SK-4-90-L与右旋混合单元SK-4-90-R，进一步强化了废气混合物的混合效果。每一个混合单元由四片鱼形混合片组成，保证了管道内部空间具有较高利用率的同时，有效控制了废气混合物流动过程中的压力损失。
尿素液滴蒸发后形成的氨气与船舶废气经过混合器后逐步开始反应。因为氮氧化物的氧化还原反应所需活化能较高，因此，需在催化剂条件下进行反应才能保证氮氧化物具有较高的脱除效率。催化剂具有一定的体积，为了使各部分催化剂活性得到最充分的利用，必须使得混合流体进入催化剂后分布足够均匀；另外，催化剂发挥作用需要一定的温度窗口，对于氮氧化物的还原脱除反应，最佳反应温度为280℃-420℃。因此，还需要对催化反应器进行温度控制，使催化反应始终处于该最佳反应窗口内。为了达到上述有益效果，本发明中温控催化器5包括：扩管51、蒸汽加热壳体52、催化剂支撑管53、蒸汽进气管54、蒸汽进气阀门55、蒸汽出气管56、第一温度计57、第二温度计58、流量计59、开关阀510、分布器511、分布器支架512、SCR催化剂513、汇集管514、阻力器进气管515、阻力器进气调节阀516，流量计59焊接在混合器4后面的输气管1上，用于实时读取和监测混合流体的流量。开关阀510焊接在流量计59后面的输气管1上，用于控制分布器511的开、关。输气管1的端部与扩管51焊接连接，分布器支架512焊接在扩管51的入口处，分布器支架512内设有分布器511，该分布器为轴流叶片，通过旋转可以使混合流体均匀分布在催化剂入口；分布器511与阻力器进气管515连接，阻力器进气管515上设有阻力器进气调节阀516，通过阻力器进气调节阀516调节阻力器进气管515中气体流量，从而调节分布器511的旋转速度。扩管51出口处与催化剂支撑管53的一端焊接固定连接，催化剂支撑管53的另一端与汇集管514的入口焊接固定连接，汇集管514的另一端与排放管6焊接固定连接，扩管51上设有第二温度计58，汇集管514上设有第一温度计57，通过第二温度计58，监测混合流体在催化器5入口的温度；通过第一温度计57，监测混合流体在催化器5出口的温度。催化剂支撑管53的内部设有SCR催化剂513，催化剂支撑管53的外侧包裹蒸汽加热壳体52，蒸汽加热壳体52的上端设有蒸汽出气管56，蒸汽加热壳体52的下端设有蒸汽进气管54，蒸汽进气管54上设有蒸汽进气阀门55，高温蒸汽经由蒸汽加热壳体52下方的蒸汽进气管54进入，对催化剂支撑管53中的SCR催化剂513进行加热，并保持温度在最佳的反应温度区间，当第一温度计57监测到催化器5出口的温度低于最佳的反应温度区间时，通过蒸汽进气阀门55调大高温蒸汽的进气量，从而将催化剂支撑管53中温度调节到最佳的反应温度区间；当第一温度计57监测到催化器5出口的温度高于最佳的反应温度区间时，通过蒸汽进气阀门55调小高温蒸汽的进气量，从而将催化剂支撑管53中温度调节到最佳的反应温度区间。
如图10，本发明中分布器511包括：套筒5111、固定轴5112、固定螺母5113、叶片5114、阻力器5115，套筒5111通过焊接方式与分布器支架512连接；固定轴5112穿入套筒5111中，固定轴5112的一端通过固定螺母5113连接，固定轴5112的另一端焊接有叶片5114，船舶废气混合物进入扩管51时，会带动叶片5114的转动，从而使得船舶废气混合物进入催化剂支撑管53中时均匀分布；阻力器5115设置于套筒5111的内侧，且位于套筒5111与固定轴5112之间；阻力器5115的外表面与套筒5111的内壁固定连接，阻力器5115与阻力器进气管515连接。当流量计59监测到扩管中的船舶废气混合物流量达到一定值时，开关阀510作用，引发阻力器进气管515上阻力器进气调节阀516作用，从而改变阻力器进气管进入阻力器5115中的气体流量。当阻力器5115内的压力达到一定值时，阻力器5115完全包覆住固定轴5112，通过阻力器5115与固定轴5112之间的摩擦力大小，改变叶片5114的转动速度，从而达到调节不同废气混合物流量的分布均匀性的目的，保证其在SCR催化孔道内具有较高的分布均匀性。
如图11，本发明中蒸汽加热壳体52包括：壳体侧壁521、前挡板522与后挡板523；前挡板522与后挡板523焊接在壳体侧壁521的两端；前挡板522的外侧与扩管51焊接连接，前挡板522的内侧与催化剂支撑管53的一端焊接连接；后挡板523的内侧与催化剂支撑管53的另一端焊接连接，后挡板523的外侧与汇集管514焊接连接。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种船舶废气脱硝装置，其特征在于，包括：输气管(1)、颗粒捕集与自清洁系统、废气驱动尿素溶液喷射器、SK-4-90静态混合器(4)、温控催化器与排放管(6)，所述输气管(1)上依次设有颗粒捕集与自清洁系统、废气驱动尿素溶液喷射器、SK-4-90静态混合器(4)，所述输气管(1)的出口与温控催化器的入口连接，所述温控催化器的出口与排放管(6)连接；
所述颗粒捕集与自清洁系统包括：过滤单元(21)、第一吹灰管(22)、第二吹灰管(23)、主管第一阀门(24)、主管第二阀门(25)、第一吹灰管进气阀(26)、第一吹灰管吹气阀(27)、第二吹灰管排气一阀(28)、第二吹灰管排气二阀(29)、吹灰排放阀(210)、第一压力传感器(211)、吹灰排放管(212)和第二压力传感器(213)，所述过滤单元(21)焊接在输气管(1)内，所述输气管(1)的上侧设有第一吹灰管(22)，所述第一吹灰管(22)的一端位于过滤单元(21)前方，且所述第一吹灰管(22)的一端上设有第一吹灰管进气阀(26)，所述第一吹灰管(22)的另一端位于过滤单元(21)后方，且所述第一吹灰管(22)的另一端上设有第一吹灰管吹气阀(27)；所述输气管(1)的下侧设有第二吹灰管(23)，所述第二吹灰管(23)的一端位于过滤单元(21)的前方，且所述第二吹灰管(23)的一端上设有第二吹灰管排气一阀(28)，所述第二吹灰管(23)的另一端位于过滤单元(21)的后方，且所述第二吹灰管(23)的另一端上设有第二吹灰管排气二阀(29)，所述第二吹灰管(23)的中部设有吹灰排放管(212)，所述吹灰排放管(212)上设有吹灰排放阀(210)；在过滤单元(21)前方的第一吹灰管(22)一端位于第二吹灰管(23)一端的前方，在过滤单元(21)后方的第一吹灰管(22)的另一端与第二吹灰管(23)的另一端位于同一垂线上；所述输气管(1)上设有主管第一阀门(24)、主管第二阀门(25)，所述主管第一阀门(24)位于过滤单元(21)的前方，且所述主管第一阀门(24)位于第一吹灰管(22)的一端与第二吹灰管(23)的一端之间；所述主管第二阀门(25)位于过滤单元(21)的后方，且所述主管第二阀门(25)位于第一吹灰管(22)的另一端的后方；所述第一压力传感器(211)、第二压力传感器(213)均设置于输气管(1)上，所述第二压力传感器(213)位于第一吹灰管(22)的前方，所述第一压力传感器(211)位于第一吹灰管(22)的后方；
所述废气驱动尿素溶液喷射器包括：废气喷射管(31)、废气喷射阀门(32)、溶液进管(33)、喷头(34)、空压机(35)、压缩机进口阀门(36)；所述废气喷射阀门(32)焊接在废气喷射管(31)上，所述压缩机进口阀门(36)焊接在空压机(35)前入口管道上，所述废气喷射管(31)与溶液进管(33)为套管结构，废气喷射管(31)在溶液进管(33)的内部，所述废气喷射管(31)、溶液进管(33)均与喷头(34)连接；
所述喷头(34)包括：废气喷射管接管(341)、雾化片、溶液进管接管(343)、喷嘴帽(344)、垫片(345)、螺纹(346)，所述废气喷射管接管(341)套接于溶液进管接管(343)的内部，所述废气喷射管接管(341)的一端与废气喷射管(31)连接，所述废气喷射管接管(341)的另一端与雾化片通过螺纹固定连接；所述溶液进管接管(343)的一端与溶液进管(33)连接，所述溶液进管接管(343)的另一端与喷嘴帽(344)通过螺纹固定连接；所述喷嘴帽(344)包括：喷嘴帽壁(3441)、喷嘴帽孔(3442)、喷嘴帽内螺纹(3443)，所述喷嘴帽壁(3441)上设有喷嘴帽孔(3442)，所述喷嘴帽壁(3441)的内部上设有喷嘴帽内螺纹(3443)，所述喷嘴帽内螺纹(3443)与溶液进管接管(343)螺纹连接；所述雾化片通过螺纹(346)固定在废气喷射管接管(341)上，所述雾化片与溶液进管接管(343)之间设有垫片(345)，且所述雾化片贯穿喷嘴帽孔(3442)，所述雾化片包括：雾化片主体(3421)、废气通孔(3422)、溶液通孔(3423)、废气压缩腔(3424)、雾化片内螺纹(3425)，所述雾化片主体(3421)内设有废气压缩腔(3424)，所述废气压缩腔(3424)与废气喷射管接管(341)通过雾化片内螺纹(3425)连接，所述雾化片主体(3421)上设有废气通孔(3422)和溶液通孔(3423)，所述溶液通孔(3423)的一端与溶液进管接管(343)连接，所述溶液通孔(3423)的另一端与废气通孔(3422)连接，所述废气通孔(3422)的一端与废气压缩腔(3424)连接，所述废气通孔(3422)的另一端通向输气管(1)的内部；
所述温控催化器包括：扩管(51)、蒸汽加热壳体(52)、催化剂支撑管(53)、蒸汽进气管(54)、蒸汽进气阀门(55)、蒸汽出气管(56)、第一温度计(57)、第二温度计(58)、流量计(59)、开关阀(510)、分布器(511)、分布器支架(512)、SCR催化剂(513)、汇集管(514)、阻力器进气管(515)、阻力器进气调节阀(516)，所述流量计(59)焊接在SK-4-90静态混合器(4)后面的输气管(1)上，所述开关阀(510)焊接在流量计(59)后面的输气管(1)上，所述输气管(1)的端部与扩管(51)焊接连接，所述分布器支架(512)焊接在扩管(51)的入口处，所述分布器支架(512)内设有分布器(511)，所述分布器(511)与阻力器进气管(515)连接，所述阻力器进气管(515)上设有阻力器进气调节阀(516)；所述扩管(51)出口处与催化剂支撑管(53)的一端焊接固定连接，所述催化剂支撑管(53)的另一端与汇集管(514)的入口焊接固定连接，所述汇集管(514)的另一端与排放管(6)焊接固定连接，所述扩管(51)上设有第二温度计(58)，所述汇集管(514)上设有第一温度计(57)；所述催化剂支撑管(53)的内部设有SCR催化剂(513)，所述催化剂支撑管(53)的外侧包裹蒸汽加热壳体(52)，所述蒸汽加热壳体(52)的上端设有蒸汽出气管(56)，所述蒸汽加热壳体(52)的下端设有蒸汽进气管(54)，所述蒸汽进气管(54)上设有蒸汽进气阀门(55)。
2.根据权利要求1所述船舶废气脱硝装置，其特征在于，所述SK-4-90静态混合器(4)由左旋混合单元SK-4-90-L和右旋混合单元SK-4-90-R依次焊接连接；所述左旋混合单元SK-4-90-L由四片鱼形混合片顺时针旋转90°后焊接而成；所述右旋混合单元SK-4-90-R由四片鱼形混合片逆时针旋转90°后焊接而成；所述左旋混合单元SK-4-90-L的鱼形混合片与相邻的右旋混合单元SK-4-90-R的鱼形混合片之间的夹角为45°。
3.根据权利要求2所述船舶废气脱硝装置，其特征在于，所述鱼形混合片的长度L满足：
，
其中，ΔP为SK-4-90静态混合器进出口的压差，D为输气管的内径，ρ为废气与尿素液滴的混合密度，为废气与尿素液滴混合物的流速，μ为废气与尿素液滴的混合粘度。
4.根据权利要求3所述船舶废气脱硝装置，其特征在于，所述鱼形混合片为两端薄、中间厚的对称结构，且所述鱼形混合片的宽度W＝0.5D。
5.根据权利要求1所述船舶废气脱硝装置，其特征在于，所述分布器(511)包括：套筒(5111)、固定轴(5112)、固定螺母(5113)、叶片(5114)、阻力器(5115)，所述套筒(5111)通过焊接方式与分布器支架(512)连接；所述固定轴(5112)穿入套筒(5111)中，所述固定轴(5112)的一端通过固定螺母(5113)连接，所述固定轴(5112)的另一端焊接有叶片(5114)，所述阻力器(5115)设置于套筒(5111)的内侧，且位于套筒(5111)与固定轴(5112)之间；所述阻力器(5115)的外表面与套筒(5111)的内壁固定连接，所述阻力器(5115)与阻力器进气管(515)连接。
6.根据权利要求1所述船舶废气脱硝装置，其特征在于，所述蒸汽加热壳体(52)包括：壳体侧壁(521)、前挡板(522)与后挡板(523)；所述前挡板(522)与后挡板(523)焊接在壳体侧壁(521)的两端；所述前挡板(522)的外侧与扩管(51)焊接连接，所述前挡板(522)的内侧与催化剂支撑管(53)的一端焊接连接；所述后挡板(523)的内侧与催化剂支撑管(53)的另一端焊接连接，所述后挡板(523)的外侧与汇集管(514)焊接连接。
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