一种快速脱除船舶发动机NOX的径向脱硝装置

本技术属于船舶低硫/零硫燃料发动机尾气处理，特别是涉及一种快速脱除船舶发动机nox的径向脱硝装置。

背景技术：

1、船舶发动机在工作过程中会产生大量no，船舶发动机的高温燃烧是导致船舶废气中no产生的主要原因。在高温条件下，船舶发动机进气中的n2被氧化成no，船舶尾气中nox是海洋大气以及沿海城市空气的主要污染物，在对环境造成破坏的同时也严重影响人体健康。国际海事组织(imo)一直以来对船舶尾气排放都有严格的限制标准，其中2016年1月1日起marpol公约tier iii排放标准正式实施，对船舶发动机nox的排放控制提出了巨大的挑战，众多研究机构也在船舶nox排放控制方面取得了诸多的成果。

2、选择性催化还原技术(scr)技术是当前最有效的脱硝技术。目前，船舶scr技术主要采用标准scr技术，用尿素水溶液产生的nh3作为还原剂，在催化剂的作用下将船舶尾气中的nox(主要为no)还原为n2。目前，标准scr技术已经比较成熟，但存在scr反应速率较慢，反应器体积过大以及反应温度要求高等问题，严重影响了scr在船舶上的应用(尤其是涡轮后scr方式)。快速scr反应相比于标准scr反应提高了氮氧化物中no2的比例(50％左右)，no和no2同时和nh3反应。快速scr反应的反应速率是标准scr反应速率的10倍，同时快速scr反应具有更低的反应温度和更高的低温反应效率。

技术实现思路

1、有鉴于此，针对上述背景技术中提到的现有的船舶尾气中nox处理方法所存在的问题，本实用新型提出一种快速脱除船舶发动机nox的径向脱硝装置，是一种反应温度要求低、具有更好低温活性、更快反应速率、更小体积、更长寿命的船用脱硝装置及方法。

2、为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种快速脱除船舶发动机nox的径向脱硝装置，包括三通阀、so2吸收装置、no预氧化装置、尿素喷射系统、选择性催化还原装置和控制单元，所述三通阀、so2吸收装置、no预氧化装置、尿素喷射系统、选择性催化还原装置依次连接，船舶尾气从船舶发动机排出后经过三通阀，然后经过so2吸收装置，将船舶尾气中少量的so2吸收掉，随后到达no预氧化装置，船舶尾气中部分no被氧化成no2，从no预氧化装置中出来后尾气经过设有尿素喷射系统的管道，与尿素水溶液混合后进入选择性催化还原装置中，在选择性催化还原装置中进行快速scr反应，尾气中的nox被还原为n2，处理后的尾气经排气管道直接排放到大气中，发生故障时船舶尾气经三通阀旁通直接排向大气，所述so2吸收装置采用碱性吸收剂脱除尾气中的so2。

3、更进一步地，所述尿素喷射系统包括尿素喷射装置、一号电子控制阀和尿素储存罐，所述尿素喷射装置、一号电子控制阀和尿素储存罐依次连接，一号电子控制阀受控制单元控制，船舶尾气与尿素喷射装置所喷射出的尿素溶液混合，在尾气余热作用下尿素溶液发生热解、水解反应产生nh3。

4、更进一步地，所述no预氧化装置包括管道、氧化催化剂、二号电子控制阀、no传感器和no2传感器，所述管道包括外层管道和内层管道，所述氧化催化剂置于外层管道中，二号电子控制阀置于内层管道中部，二号电子控制阀的开度由no传感器和no2传感器传递回控制单元的控制信号决定，通过调节内外管道气体量来是实现no/no2比值维持1：1的动态平衡。

5、更进一步地，先在no预氧化装置中将船舶尾气中部分no氧化为no2，然后经过氧化的船舶尾气与由尿素溶液热解、水解产生的nh3混合，一起进入选择性催化还原装置中发生快速scr反应。

6、更进一步地，所述选择性催化还原装置包括壳体、防返流板、进气道、一号密封挡板、排气道、还原催化剂、隔离网和二号密封挡板，所述选择性催化装置中横向前后分别设有防返流板和二号密封挡板，中间轴向设置有柱状隔离网，柱状隔离网内为进气道，柱状隔离网外周放置有还原催化剂。

7、更进一步地，所述还原催化剂和壳体之间存在腔体，形成排气道，所述排气道的前端安装有一号密封挡板，船舶尾气径向流经还原催化剂，然后进入排气道，在选择性催化还原装置出口端锥型管处进行汇合，最后从尾气出口排向大气。

8、更进一步地，选择性催化还原装置出口端设有nox传感器和nh3传感器，nox传感器和nh3传感器将检测信号传递给控制单元，通过控制单元调节一号电子控制阀的开度，调节尿素的喷入量。

9、与现有技术相比，本实用新型所述的一种快速脱除船舶发动机nox的径向脱硝装置的有益效果是：

10、(1)针对船舶现有scr技术存在脱硝速率慢，反应器体积过大等问题，本实用新型提供了一种快速脱除船舶发动机nox的径向脱硝装置，改变了传统船舶尾气处理方式。本实用新型基于快速scr反应，对船舶nox进行处理，在提高脱硝速率和脱硝效率的同时，降低了对scr反应温度的要求，减小了scr反应器的体积；反应器采用径向进气的方式增大了船舶尾气与催化剂的接触面积，缩短了反应时间，降低了背压，基于快速scr反应的船用径向脱硝装置，可以显著提高scr反应速率和低温脱除效率。

11、(2)快速脱除船舶发动机nox的径向脱硝装置相比于现有的船用scr装置，so2吸收装置可以保护快速scr反应催化剂免于硫中毒，提高scr催化剂的转化效率和使用寿命；no预氧化装置在no传感器、no2传感器、电子控制阀和控制单元的协同作用实现no2浓度的动态调节，确保快速scr反应处于最佳状态，促进快速scr反应的发生。

12、(3)本实用新型相比现有的船用脱硝装置，采用尾气径向流经催化剂的方式，实现更大的尾气和催化剂之间的接触面积，避免了船舶尾气在脱硝反应器进口端，由于速度、压力的不均匀对催化剂造成的损害，可有效地提高了催化剂的寿命。

技术特征：

1.一种快速脱除船舶发动机nox的径向脱硝装置，其特征在于：包括三通阀(1)、so2吸收装置(2)、no预氧化装置(3)、尿素喷射系统(6)、选择性催化还原装置(10)和控制单元(13)，所述三通阀(1)、so2吸收装置(2)、no预氧化装置(3)、尿素喷射系统(6)、选择性催化还原装置(10)依次连接，所述so2吸收装置(2)内装有碱性吸收剂，用以脱除尾气中的so2；

2.根据权利要求1所述的快速脱除船舶发动机nox的径向脱硝装置，其特征在于：所述尿素喷射系统(6)包括尿素喷射装置(7)、一号电子控制阀(8)和尿素储存罐(9)，所述尿素喷射装置(7)、一号电子控制阀(8)和尿素储存罐(9)依次连接，一号电子控制阀(8)受控制单元(13)控制。

3.根据权利要求1所述的快速脱除船舶发动机nox的径向脱硝装置，其特征在于：二号电子控制阀(16)的开度由no传感器(4)和no2传感器(5)传递回控制单元(13)的控制信号决定。

4.根据权利要求1所述的快速脱除船舶发动机nox的径向脱硝装置，其特征在于：所述还原催化剂(22)和壳体(17)之间存在腔体，形成排气道(21)，所述排气道(21)的前端安装有一号密封挡板(20)。

5.根据权利要求4所述的快速脱除船舶发动机nox的径向脱硝装置，其特征在于：选择性催化还原装置(10)出口端设有nox传感器(11)和nh3传感器(12)。

6.根据权利要求5所述的快速脱除船舶发动机nox的径向脱硝装置，其特征在于：nox传感器(11)和nh3传感器(12)将检测信号传递给控制单元(13)，通过控制单元(13)调节一号电子控制阀(8)的开度。

技术总结
本技术提出了一种快速脱除船舶发动机NOx的径向脱硝装置，本技术中SO<subgt;2</subgt;吸收装置于NO预氧化装置前端，NO预氧化装置分为内外两层管道，在内层管道中设置电子控制阀，通过调节内层管道上的电子控制阀的开度控制旁通气量，以达到调节NO与NO<subgt;2</subgt;比例的目的；船舶尾气首先经SO<subgt;2</subgt;吸收装置，脱除废气中少量的SO<subgt;2</subgt;，再经NO预氧化装置，部分NO被氧化为NO<subgt;2</subgt;，经氧化后的船舶尾气与尿素溶液热解、水解形成的NH<subgt;3</subgt;一同进入选择性催还原装置，发生快速SCR反应。快速脱除船舶发动机NO<subgt;X</subgt;的径向脱硝装置通过快速SCR反应大幅提高了SCR反应速率和脱硝效率，降低了SCR反应温度要求。

技术研发人员：周松,席鸿远,莫杰,张天鹏,任建军,周洪杰,朱云龙
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：20230301
技术公布日：2024/1/12