一種船用尿素噴射系統(tǒng)及其噴射方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低速柴油機(jī)尾氣氮氧化合物NOx排放后處理裝置，尤其是一種船用尿素噴射系統(tǒng)及其噴射方法，屬于船舶機(jī)械領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]據(jù)申請人了解，就船舶廢氣排放防污染領(lǐng)域這塊，對NOx的排放控制標(biāo)準(zhǔn)主要由國際海事組織(頂O) 2008年1月通過的MAPOL附則VI修正案。在NOx排放控制方面，該修正案要求2016年I月I日及以后建造的船舶上安裝的柴油機(jī)的NOx排放量(當(dāng)船舶航行于控制區(qū)內(nèi))必須達(dá)到Tier 111標(biāo)準(zhǔn)，即排放限值為:低速機(jī)(11<1301'/111；[11)為3.4 g/(kff.h)；中速機(jī)(η=130?2000r/min)為9 Xn-0.2g/(kff.h)；高速機(jī)(n>2000r/min)為2.0g/(kff.h)。
[0003]船用低速二沖程柴油機(jī)NOx排放標(biāo)準(zhǔn)要達(dá)到Tier III標(biāo)準(zhǔn)，必須加裝尾氣后處理裝置。船用SCR系統(tǒng)主要是對其尾氣中的NOx進(jìn)行處理，是目前國內(nèi)外消除柴油機(jī)尾氣NOx效果最好的裝置，其效率可以達(dá)到94?98%。船用SCR系統(tǒng)作為最有前途的船舶柴油機(jī)尾氣處理系統(tǒng)在未來的約束船舶排放NOx方面一定會起到?jīng)Q定性的作用，而船用尿素噴射系統(tǒng)為其核心子系統(tǒng)之一，將起到關(guān)鍵作用。
[0004]檢索發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外應(yīng)用于汽車產(chǎn)業(yè)、鍋爐產(chǎn)業(yè)的SCR系統(tǒng)中的尿素噴射系統(tǒng)已較為成熟；國外應(yīng)用于船用SCR系統(tǒng)中的尿素噴射系統(tǒng)已有裝船實例；國內(nèi)應(yīng)用于船用SCR系統(tǒng)中的尿素噴射系統(tǒng)尚處于研究階段，技術(shù)不成熟，未見裝船實例。已有的船用尿素噴射系統(tǒng)其控制策略采用計量栗控制尿素溶液的流量。當(dāng)尿素溶液流量在大范圍內(nèi)變動時，尿素溶液壓力波動較大，影響尿素溶液霧化效果，進(jìn)而影響尿素噴射系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
[0005]綜上所述，船用SCR系統(tǒng)技術(shù)尚未成熟、普及。作為船用SCR系統(tǒng)中的核心子系統(tǒng)船用尿素噴射系統(tǒng)技術(shù)的成熟將極大的有助于船用SCR系統(tǒng)技術(shù)的成熟應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于:針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出一種成功配機(jī)于船用SCR系統(tǒng)中，可布置增壓器前或增壓器后處理船舶柴油機(jī)尾氣，使其NOx含量達(dá)標(biāo)排放，且滿足Tier ΙΠ標(biāo)準(zhǔn)的船用尿素噴射系統(tǒng)及其噴射方法。
[0007]為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明的一種船用尿素噴射系統(tǒng)，其特征在于:包括栗站單元、尿素溶液壓力控制單元、計量控制單元以及噴嘴噴槍單元;所述計量控制單元包括尿素溶液模塊、壓縮空氣霧化模塊和壓縮空氣吹掃模塊;所述栗站單元與尿素溶液壓力控制單元管路、尿素溶液模塊以及噴嘴噴槍單元依次管路連通;所述壓縮空氣霧化模塊和壓縮空氣吹掃模塊管路并聯(lián)后與噴嘴噴槍單元連通。
[0008]本發(fā)明進(jìn)一步限定的技術(shù)方案為:
進(jìn)一步的，所述栗站單元包括依次連接的第一球閥(I)、第一壓力表(2)、第一過濾器
(16)、第二壓力表(3)以及第二球閥(17);所述第二球閥(17)的出口并列連接第三球閥(5)和第四球閥(21);所述第三球閥(5)的出口連接第一單螺桿栗(4);所述第一單螺桿栗(4)的出口連接第一單向閥(7)后與第五球閥(6)連接;所述第五球閥(6)的出口連接栗清洗液管路;所述第四球閥(21)的出口連接第二單螺桿栗(22)后與第二單向閥(19)連接;第二單向閥(19 )的出口連接至第五球閥(6 )的入口處;第二單向閥(19 )的入口處管路連接第^^一球閥(18);所述第十一球閥(18)的出口與第三球閥(5 )、第二球閥(17 )以及第四球閥(21)連通;所述第一單向閥(7)和第二單向閥(19)的出口與第一壓力開關(guān)(8)、第一壓力傳感器
(9)、第一過濾器(20)以及第六球閥(10)管路依次連接。栗站采用冗余設(shè)計，配備兩臺100%容量的定量單螺桿栗。當(dāng)一臺栗出現(xiàn)故障而停栗時，另一臺栗自動并入系統(tǒng)運(yùn)行，確保SCR系統(tǒng)正常連續(xù)運(yùn)行。
[0009]進(jìn)一步的，所述尿素溶液壓力控制單元包括并列連接在第六球閥(10)出口管路上的第十二球閥(11)、第七球閥(12)、第八球閥(13 )以及溢流閥(14);所述第八球閥(13 )的出口連接有第三壓力表(31);所述溢流閥(14)的出口管路上還連接有第九球閥(15);所述第九球閥(15)的出口與尿素溶液日用罐連通。通過自力式壓力調(diào)節(jié)溢流閥來調(diào)節(jié)供給計量控制單元的尿素溶液壓力的大小，起到穩(wěn)壓作用，使進(jìn)入計量控制單元的尿素溶液壓力隨流量變化而基本保持不變。
[0010]進(jìn)一步的，所述尿素溶液模塊用于向煙道噴射需要量的尿素溶液(即還原劑)；其包括與第十二球閥(11)依次管路連接的第三過濾器(23)、第二壓力傳感器(24)、比例調(diào)節(jié)閥(25)、第一電磁流量計(26)、氣動球閥(27)、第三單向閥(29);所述第三單向閥(29)與噴槍連接。
[0011]進(jìn)一步的，所述壓縮空氣霧化模塊用于霧化尿素溶液;依次包括與氣源連通的第十球閥(32)、第四過濾器(33)、氣液分離器(34);所述氣液分離器(34)的出口分別與氣動球閥(27)和空氣減壓閥(37)連接;所述氣液分離器(34)和空氣減壓閥(37)之間安裝有流量傳感器(3 5 );所述空氣減壓閥(3 7 )的入口端與壓縮空氣吹掃模塊連接；出口與第一電磁閥
(39)、第三壓力傳感器(40)、第四過濾器(41)以及噴槍依次連接。
[0012]進(jìn)一步的，所述壓縮空氣吹掃模塊包括在流量傳感器(35)管路后依次連接的第二電磁閥(36)、第四壓力傳感器(38)以及第四單向閥(42);所述第四球閥(42)與噴槍連接。該模塊用于吹掃噴槍噴嘴(噴槍內(nèi)管)中殘留的尿素溶液，防止系統(tǒng)長時間停車后，尿素溶液淤積、堵塞管路，影響系統(tǒng)下次正常運(yùn)行。
[0013]進(jìn)一步的，所述第二單螺桿栗(22)和第一單螺桿栗(4)為定量單螺桿栗。額定流量約是系統(tǒng)所需最大流量的4倍。
[0014I進(jìn)一步的，所述噴嘴噴槍單元采用雙流道內(nèi)混式結(jié)構(gòu)。噴霧粒徑達(dá)20?ΙΟΟμπι，索特平均直徑達(dá)< 60μπι，噴霧錐角為實心錐且< 60°。
[0015]進(jìn)一步的，船用尿素噴射系統(tǒng)的電氣控制由栗清洗控制、尿素溶液噴射(包括尿素溶液計量、壓縮空氣霧化和壓縮空氣吹掃)控制等兩個部分組成。栗清洗控制是手動控制，尿素溶液噴射控制是由PLC控制。船用尿素噴射系統(tǒng)接收船用SCR總控制系統(tǒng)發(fā)出的噴射需求量信號4?20mA(4?20mA=0?200L/h)，同時反饋實際噴射量信號4?20mA(4?20mA=0?200L/h)給SCR總控制系統(tǒng)。尿素噴射量的控制精度為土 3%。
[0016]本發(fā)明還涉及一種船用尿素噴射系統(tǒng)的噴射方法，其特征在于包括以下幾個步驟:
第一步、清洗栗接通第二單螺桿栗(22)或第一單螺桿栗(4)的清洗進(jìn)口及清洗出口，打開第三球閥(5 )、第五球閥(6 )以及第十一球閥(18 )或打開四球閥(21)、第五球閥(6 )以及第十一球閥
(18);其余球閥關(guān)閉；啟動電源清洗第一單螺桿栗(4)或第二單螺桿栗(22);
第二步、尿素溶液噴射啟動準(zhǔn)備
打開第一球閥(I)、第二球閥(17)、第三球閥(5)、第四球閥(21)、第六球閥(10)、第十二球閥(11)、第八球閥(13)、第九球閥(15)以及第十球閥(32)，其余球閥關(guān)閉；啟動尿素噴射系統(tǒng)等待SCR系統(tǒng)指令；
第三步、尿素溶液噴射
首先，第一電磁閥(39)開啟，壓縮空氣通過壓縮空氣霧化模塊管路進(jìn)入噴槍，空氣減壓閥(37)調(diào)節(jié)進(jìn)入煙道霧化尿素溶液的壓縮空氣壓力;使其穩(wěn)定在6?9bar范圍內(nèi)；啟動第一單螺桿栗(4)或第二單螺桿栗(22);將尿素溶液從尿素溶液日用罐中輸送到尿素溶液模塊管路中；
第四步、尿素溶液反饋控制
氣動球閥(27)打開，第一電磁流量計(26)測量實際進(jìn)入尿素溶液模塊中的尿素溶液量，并輸出信號至船用SCR總控制系統(tǒng)；比例調(diào)節(jié)閥(25)根據(jù)船用尿素噴射系統(tǒng)輸入的4?20mA信號，自動調(diào)節(jié)其開度大小并反饋;尿素溶液經(jīng)過壓縮空氣霧化后，在煙道中與壓縮空氣充分混合，充分混合后進(jìn)入船用SCR系統(tǒng)后道工序；
第五步、噴槍噴嘴單元管路清洗
船用尿素噴射系統(tǒng)接收其總控制系統(tǒng)發(fā)出的停車信號，關(guān)閉第一單螺桿洗栗(4)或第二單螺桿栗(22)，氣動球閥(27)以及第一電磁閥(39);第二電磁閥(36)啟動，壓縮空氣經(jīng)過壓縮空氣吹掃模塊管路進(jìn)入噴槍噴嘴單元，吹掃噴槍噴嘴單元管內(nèi)殘留的尿素溶液；第六步、完成工作