一种船用尿素喷射系统及其喷射方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种低速柴油机尾气氮氧化合物NOx排放后处理装置，尤其是一种船用尿素喷射系统及其喷射方法，属于船舶机械领域。
【背景技术】
[0002]据申请人了解，就船舶废气排放防污染领域这块，对NOx的排放控制标准主要由国际海事组织(頂O) 2008年1月通过的MAPOL附则VI修正案。在NOx排放控制方面，该修正案要求2016年I月I日及以后建造的船舶上安装的柴油机的NOx排放量(当船舶航行于控制区内)必须达到Tier 111标准，即排放限值为:低速机(11<1301'/111；[11)为3.4 g/(kff.h)；中速机(η=130?2000r/min)为9 Xn-0.2g/(kff.h)；高速机(n>2000r/min)为2.0g/(kff.h)。
[0003]船用低速二冲程柴油机NOx排放标准要达到Tier III标准，必须加装尾气后处理装置。船用SCR系统主要是对其尾气中的NOx进行处理，是目前国内外消除柴油机尾气NOx效果最好的装置，其效率可以达到94?98%。船用SCR系统作为最有前途的船舶柴油机尾气处理系统在未来的约束船舶排放NOx方面一定会起到决定性的作用，而船用尿素喷射系统为其核心子系统之一，将起到关键作用。
[0004]检索发现，国内外应用于汽车产业、锅炉产业的SCR系统中的尿素喷射系统已较为成熟；国外应用于船用SCR系统中的尿素喷射系统已有装船实例；国内应用于船用SCR系统中的尿素喷射系统尚处于研究阶段，技术不成熟，未见装船实例。已有的船用尿素喷射系统其控制策略采用计量栗控制尿素溶液的流量。当尿素溶液流量在大范围内变动时，尿素溶液压力波动较大，影响尿素溶液雾化效果，进而影响尿素喷射系统的稳定运行。
[0005]综上所述，船用SCR系统技术尚未成熟、普及。作为船用SCR系统中的核心子系统船用尿素喷射系统技术的成熟将极大的有助于船用SCR系统技术的成熟应用。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于:针对上述现有技术存在的问题，提出一种成功配机于船用SCR系统中，可布置增压器前或增压器后处理船舶柴油机尾气，使其NOx含量达标排放，且满足Tier ΙΠ标准的船用尿素喷射系统及其喷射方法。
[0007]为了达到以上目的，本发明的一种船用尿素喷射系统，其特征在于:包括栗站单元、尿素溶液压力控制单元、计量控制单元以及喷嘴喷枪单元;所述计量控制单元包括尿素溶液模块、压缩空气雾化模块和压缩空气吹扫模块;所述栗站单元与尿素溶液压力控制单元管路、尿素溶液模块以及喷嘴喷枪单元依次管路连通;所述压缩空气雾化模块和压缩空气吹扫模块管路并联后与喷嘴喷枪单元连通。
[0008]本发明进一步限定的技术方案为:
进一步的，所述栗站单元包括依次连接的第一球阀(I)、第一压力表(2)、第一过滤器
(16)、第二压力表(3)以及第二球阀(17);所述第二球阀(17)的出口并列连接第三球阀(5)和第四球阀(21);所述第三球阀(5)的出口连接第一单螺杆栗(4);所述第一单螺杆栗(4)的出口连接第一单向阀(7)后与第五球阀(6)连接;所述第五球阀(6)的出口连接栗清洗液管路;所述第四球阀(21)的出口连接第二单螺杆栗(22)后与第二单向阀(19)连接;第二单向阀(19 )的出口连接至第五球阀(6 )的入口处;第二单向阀(19 )的入口处管路连接第^^一球阀(18);所述第十一球阀(18)的出口与第三球阀(5 )、第二球阀(17 )以及第四球阀(21)连通;所述第一单向阀(7)和第二单向阀(19)的出口与第一压力开关(8)、第一压力传感器
(9)、第一过滤器(20)以及第六球阀(10)管路依次连接。栗站采用冗余设计，配备两台100%容量的定量单螺杆栗。当一台栗出现故障而停栗时，另一台栗自动并入系统运行，确保SCR系统正常连续运行。
[0009]进一步的，所述尿素溶液压力控制单元包括并列连接在第六球阀(10)出口管路上的第十二球阀(11)、第七球阀(12)、第八球阀(13 )以及溢流阀(14);所述第八球阀(13 )的出口连接有第三压力表(31);所述溢流阀(14)的出口管路上还连接有第九球阀(15);所述第九球阀(15)的出口与尿素溶液日用罐连通。通过自力式压力调节溢流阀来调节供给计量控制单元的尿素溶液压力的大小，起到稳压作用，使进入计量控制单元的尿素溶液压力随流量变化而基本保持不变。
[0010]进一步的，所述尿素溶液模块用于向烟道喷射需要量的尿素溶液(即还原剂)；其包括与第十二球阀(11)依次管路连接的第三过滤器(23)、第二压力传感器(24)、比例调节阀(25)、第一电磁流量计(26)、气动球阀(27)、第三单向阀(29);所述第三单向阀(29)与喷枪连接。
[0011]进一步的，所述压缩空气雾化模块用于雾化尿素溶液;依次包括与气源连通的第十球阀(32)、第四过滤器(33)、气液分离器(34);所述气液分离器(34)的出口分别与气动球阀(27)和空气减压阀(37)连接;所述气液分离器(34)和空气减压阀(37)之间安装有流量传感器(3 5 );所述空气减压阀(3 7 )的入口端与压缩空气吹扫模块连接；出口与第一电磁阀
(39)、第三压力传感器(40)、第四过滤器(41)以及喷枪依次连接。
[0012]进一步的，所述压缩空气吹扫模块包括在流量传感器(35)管路后依次连接的第二电磁阀(36)、第四压力传感器(38)以及第四单向阀(42);所述第四球阀(42)与喷枪连接。该模块用于吹扫喷枪喷嘴(喷枪内管)中残留的尿素溶液，防止系统长时间停车后，尿素溶液淤积、堵塞管路，影响系统下次正常运行。
[0013]进一步的，所述第二单螺杆栗(22)和第一单螺杆栗(4)为定量单螺杆栗。额定流量约是系统所需最大流量的4倍。
[0014I进一步的，所述喷嘴喷枪单元采用双流道内混式结构。喷雾粒径达20?ΙΟΟμπι，索特平均直径达< 60μπι，喷雾锥角为实心锥且< 60°。
[0015]进一步的，船用尿素喷射系统的电气控制由栗清洗控制、尿素溶液喷射(包括尿素溶液计量、压缩空气雾化和压缩空气吹扫)控制等两个部分组成。栗清洗控制是手动控制，尿素溶液喷射控制是由PLC控制。船用尿素喷射系统接收船用SCR总控制系统发出的喷射需求量信号4?20mA(4?20mA=0?200L/h)，同时反馈实际喷射量信号4?20mA(4?20mA=0?200L/h)给SCR总控制系统。尿素喷射量的控制精度为土 3%。
[0016]本发明还涉及一种船用尿素喷射系统的喷射方法，其特征在于包括以下几个步骤:
第一步、清洗栗接通第二单螺杆栗(22)或第一单螺杆栗(4)的清洗进口及清洗出口，打开第三球阀(5 )、第五球阀(6 )以及第十一球阀(18 )或打开四球阀(21)、第五球阀(6 )以及第十一球阀
(18);其余球阀关闭；启动电源清洗第一单螺杆栗(4)或第二单螺杆栗(22);
第二步、尿素溶液喷射启动准备
打开第一球阀(I)、第二球阀(17)、第三球阀(5)、第四球阀(21)、第六球阀(10)、第十二球阀(11)、第八球阀(13)、第九球阀(15)以及第十球阀(32)，其余球阀关闭；启动尿素喷射系统等待SCR系统指令；
第三步、尿素溶液喷射
首先，第一电磁阀(39)开启，压缩空气通过压缩空气雾化模块管路进入喷枪，空气减压阀(37)调节进入烟道雾化尿素溶液的压缩空气压力;使其稳定在6?9bar范围内；启动第一单螺杆栗(4)或第二单螺杆栗(22);将尿素溶液从尿素溶液日用罐中输送到尿素溶液模块管路中；
第四步、尿素溶液反馈控制
气动球阀(27)打开，第一电磁流量计(26)测量实际进入尿素溶液模块中的尿素溶液量，并输出信号至船用SCR总控制系统；比例调节阀(25)根据船用尿素喷射系统输入的4?20mA信号，自动调节其开度大小并反馈;尿素溶液经过压缩空气雾化后，在烟道中与压缩空气充分混合，充分混合后进入船用SCR系统后道工序；
第五步、喷枪喷嘴单元管路清洗
船用尿素喷射系统接收其总控制系统发出的停车信号，关闭第一单螺杆洗栗(4)或第二单螺杆栗(22)，气动球阀(27)以及第一电磁阀(39);第二电磁阀(36)启动，压缩空气经过压缩空气吹扫模块管路进入喷枪喷嘴单元，吹扫喷枪喷嘴单元管内残留的尿素溶液；第六步、完成工作