一种联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统及其方法

1.本发明涉及船舶发动机尾气处理技术领域，具体涉及到一种联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统及其方法。


背景技术：

2.随着世界经济全球化的发展，船舶运输在世界经济的发展中占有的地位越来越重要。现在航行的船舶绝大部分使用的是含碳化石燃料，在燃烧后会生成大量的co2气体，在船舶领域，以氨为燃料的氨发动机设计理念越来越火热，大部分研究工作者开展了氨发动机的设计研究。氨发动机以氨气为燃料进行燃烧做功，由于发动机气缸结构和不同的工作负荷，会存在氨气燃烧不完全的情况，造成氨逃逸，另外氨发动机也不可避免的生成大量nox污染物，减少nh3和no
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排放的主要方法有改善机内燃烧策略和加装机外脱除装置。
3.传统机外no
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脱除方法应用最多的是选择性催化还原技术(scr)，船舶scr技术是通过尿素水溶液中尿素分解生成的nh3在scr系统催化剂表面与船舶尾气中的no
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反应，生成n2，多余的nh3也被氧化为n2。目前该技术比较成熟，但也有另外一种nh3提供方式，用固体储氨材料代替尿素水溶液提供scr反应所需nh3，同时储氨材料也具有较强的氨吸附能力。
4.如申请号cn201320618998.2公开了一种可降低排放尾气中含量的中压尾气吸收系统，其使用液体吸收液吸收尾气中的氨气，但是吸收后的吸收液再利用时需要解析，容易生成废液，并且塔式设计占地空间大，发动机背压较大。
5.申请号cn201910189545.4公开了协同脱除scr后烟气中三氧化硫氨气和飞灰的系统及方法，其针对煤炉锅炉，通过减少回转式空气预热器的换热面积，将回转式空气预热器烟气出口温度提高至nh4hso4露点温度左右，利用烟气中的nh3和so3对燃煤灰颗粒进行调质，使灰粒表面生成nh4hso4，nh4hso4具有粘性，使得颗粒逐渐生成，最终将颗粒去除，同时去除了nh3和so3。但氨发动机与煤炉锅炉不同，几乎不含有硫化物，因此通过生成nh4hso4附着颗粒进而一起去除的原理行不通。
6.因此，开发一种体积小、成本低、效果好的联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统及其方法是十分必要的。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统及其方法。
8.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，包括scr反应器、控制器，所述scr反应器的出气端上连通有氨捕集器，所述scr反应器的进气端上分别连接有氨发动机、氨供给器，所述氨发动机的出气端安装有涡轮增压器，所述涡轮增压器通过管道分别与所述scr反应器、氨供给器相连通；所述涡轮增压器与scr反应器的管道上安装有第一nox传感器、第一nh3传感器和流量传感器，所述氨捕集器的出气端上连接有泵，所述泵的出气端通过管道与所述氨供给器的进气端相连通，所述氨
供给器的出气端通过流量控制器与所述scr反应器的进气端相连通；
9.所述控制器分别与所述第一nox传感器、第一nh3传感器、流量传感器、泵、流量控制器电连接，用于根据所述第一nox传感器、第一nh3传感器和流量传感器获得的参数控制所述泵和流量控制器，向所述scr反应器内输送相匹配的含氨气体。
10.进一步的，氨捕集器的出气端管道上安装有第二nox传感器、第二nh3传感器，所述第二nox传感器、第二nh3传感器分别与所述控制器电连接。
11.进一步的，scr反应器呈圆柱形桶装结构，圆柱形桶装结构的所述scr反应器包括依次布置的scr进气口、第一整流板、第一金属格栅和金属网、催化剂、scr出气口。
12.进一步的，氨捕集器呈圆柱形桶装结构，圆柱形桶装结构的所述氨捕集器包括依次布置的捕集器进气口、第二整流板、第二金属格栅和金属网、第一储氨材料、捕集器出气口。
13.进一步的，第一储氨材料为固体材料，其呈三层结构，并呈水平放置。
14.进一步的，第一储氨材料包括无机盐材料、多孔材料中的一种或多种；所述无机盐材料包括mgcl2、cacl2中一种或多种；所述多孔材料包括沸石、氧化铝、负载离子液体的多孔材料中的一种或多种。
15.进一步的，氨供给器包括第一空腔层、第二空腔层，所述第二空腔层位于所述第一空腔层内，所述第一空腔层上设有废气旁通入口、废气旁通出口；所述第二空腔层上设有氨供给入口、第三整流板、压力传感器、温度传感器、不锈钢金属网、加热单元、第二储氨材料、氨供给出口。
16.进一步的，scr反应器、氨捕集器和氨供给器内均设置有呈喇叭形的气体膨胀局域。
17.进一步的，涡轮增压器安装于所述scr反应器出气端的管道上。
18.一种联合氨气脱除尾气中污染物的控制方法，利用上述的联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，其方法如下：
19.s1、控制器根据涡轮增压器的排气量、nox浓度和nh3浓度，计算出scr反应器所需的气流量、nh3浓度；
20.s2、控制器根据所述第二储氨材料关于温度、压力和氨气释放量的脉谱图，获取所需的nh3量；并根据所述nh3量自动控制泵、加热单和流量控制器，向scr反应器内输送相匹配的含氨气体；
21.s3、含氨气体和尾气混合进入scr反应器进行scr反应；
22.s4、反应后的尾气进入氨捕集器，在氨气被吸附后，其余气体经nox传感器、nh3传感器检测，满足tieriii排放法规后排向大气。
23.由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
24.1、本发明的联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，通过scr反应器和氨捕集器的联合使用，可以去除氨发动机未燃烧完全逃逸的nh3和生成的nox，满足tieriii排放法规。
25.2、本发明的联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，通过氨供给器和氨捕集器的联合使用，两者均使用固体储氨材料，在氨捕集器内的储氨材料吸附氨气后，可以将其放置到氨供给器充当储氨材料提供nh3到scr反应器内，实现氨气的充分利用，从而可以有效去
除船舶尾气中的nh3。
26.3、本发明的联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，占用空间较小，设备成本较低。
附图说明
27.图1为本发明优选实施例中联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统的结构示意图；
28.图2为本发明优选实施例中scr反应器的结构示意图；
29.图3为本发明优选实施例中氨捕集器的结构示意图；
30.图4为本发明优选实施例中氨供给器的结构示意图；
31.图5为本发明优选实施例中联合氨气脱除尾气中污染物的控制方法流程图。
32.附图标记：1、氨发动机；2、涡轮增压器；3、第一nox传感器；4、第一nh3传感器；5、流量传感器；6、scr反应器；7、氨捕集器；8、第二nox传感器；9、第二nh3传感器；10、流量控制器；11、氨供给器；12、控制器；13、泵；14、scr进气口；15、第一整流板；16、第一金属格栅和金属网；17、催化剂；18、scr出气口；19、捕集器进气口；20、第二整流板；21、第二金属格栅和金属网；22、第一储氨材料；23、捕集器出气口；24、废气旁通入口；25、氨供给入口；26、第三整流板、；27、压力传感器；28、温度传感器；29、不锈钢金属网；30、加热单元；31、第二储氨材料；32、废气旁通出口；33、氨供给出口。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.参照图1-4所示，本发明的优选实施例，一种联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，包括scr反应器6、控制器12，所述scr反应器6的出气端上连通有氨捕集器7，所述scr反应器6的进气端上分别连接有氨发动机1、氨供给器11，所述氨发动机1的出气端安装有涡轮增压器2，所述涡轮增压器2通过管道分别与所述scr反应器6、氨供给器11相连通；所述涡轮增压器2与scr反应器6的管道上安装有第一nox传感器3、第一nh3传感器4和流量传感器5，所述氨捕集器7的出气端上连接有泵13，所述泵13的出气端通过管道与所述氨供给器11的进气端相连通，所述氨供给器11的出气端通过流量控制器10与所述scr反应器6的进气端相连通；
36.所述控制器12分别与所述第一nox传感器3、第一nh3传感器4、流量传感器5、泵13、流量控制器10电连接，用于根据所述第一nox传感器3、第一nh3传感器4和流量传感器5获得的参数控制所述泵13和流量控制器10，向所述scr反应器6内输送相匹配的含氨气体，从而有效去除船舶尾气中的氮氧化物，满足tieriii排放法规，同时可以有效去除船舶尾气中的nh3，并实现回收再利用。
37.作为本发明的优选实施例，其还可具有以下附加技术特征：氨捕集器7的出气端管道上安装有第二nox传感器8、第二nh3传感器9，所述第二nox传感器8、第二nh3传感器9分别与所述控制器12电连接。即该nox传感器8、nh3传感器9用来检测经过氨捕集器7后的尾气，当检测nh3显示浓度偏高时说明可能氨捕集器7内的储氨材料31已吸附满，应逐层替换第二储氨材料31。
38.本实施例中，scr反应器6呈圆柱形桶装结构，圆柱形桶装结构的所述scr反应器6包括依次布置的scr进气口14、第一整流板15、第一金属格栅和金属网16、催化剂17、scr出气口18。由此，反应气体从scr进气口14进入，在内通道入口处设置了呈喇叭形的气体膨胀局域，减少气流对于催化剂17的冲击，在内通道设置整流板15保证气流场均匀性的同时，还设置金属格栅和金属网16，防止较大灰粒进入催化剂17造成堵塞，同时也减少细小灰粒在催化剂表面的积累。nox和nh3在催化剂17催化下反应生成n2从而去除发动机逃逸的nh3和生成的nox。
39.本实施例中，氨捕集器7呈圆柱形桶装结构，圆柱形桶装结构的所述氨捕集器7包括依次布置的捕集器进气口19、第二整流板20、第二金属格栅和金属网21、第一储氨材料22、捕集器出气口23。即在氨捕集器内设置呈喇叭形的气体膨胀局域、第二整流板20、金属格栅和金属网21作用均和scr反应器6内的设置作用相同。储氨材料22为固体材料，分三层，呈水平放置，储氨材料22可为mgcl2、cacl2等无机盐材料，或者沸石、氧化铝等多孔材料，或者负载离子液体的多孔材料。
40.本实施例中，氨供给器11包括第一空腔层、第二空腔层，所述第二空腔层位于所述第一空腔层内，所述第一空腔层上设有废气旁通入口24、废气旁通出口32；所述第二空腔层上设有氨供给入口25、第三整流板26、压力传感器27、温度传感器28、不锈钢金属网29、加热单元30、第二储氨材料31、氨供给出口33。由此，外面的第一空腔层用于旁通的废气加热，提高整体废气温度，促进scr反应。里面的第二空腔层内放置第二储氨材料31，第二储氨材料31在不同温度、不同压力下的氨气释放率不同，因此控制第二储氨材料31的温度、压力和气流速度，就可以得到不同nh3浓度、不同流速的含氨气体。在控制器12内输入相关第二储氨材料31关于温度、压力和氨气释放量的脉谱图，由nox传感器3、nh3传感器4测得的示数和发动机相应负荷下的气流量得知所需nh3量，接着由控制器12控制泵13、加热单元30和流量控制器10，向scr反应单元内输送相匹配的含氨气体。
41.本实施例中，scr反应器6、氨捕集器7和氨供给器内均设置有呈喇叭形的气体膨胀局域，从而保证气场均匀，减少灰粒对于填充料的冲击和积聚，延长填充料的使用寿命。同时scr反应器6和氨捕集器7结构相同，在极特殊环境下，只需改变内填充材料就可以改变装置功能。
42.本实施例中，涡轮增压器安装于所述scr反应器出气端的管道上。即本发明scr反应器6不仅限于放置在涡轮增压器2后面，也可以根据需求放置在涡轮增压器前面。
43.如图5所示，一种联合氨气脱除尾气中污染物的控制方法，利用上述的联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，其方法如下：
44.s1、控制器根据涡轮增压器的排气量、nox浓度和nh3浓度，计算出scr反应器所需的气流量、nh3浓度；
45.s2、控制器根据所述第二储氨材料关于温度、压力和氨气释放量的脉谱图，获取所
需的nh3量；并根据所述nh3量自动控制泵、加热单和流量控制器，向scr反应器内输送相匹配的含氨气体；
46.s3、含氨气体和尾气混合进入scr反应器进行scr反应；
47.s4、反应后的尾气进入氨捕集器，在氨气被吸附后，其余气体经nox传感器、nh3传感器检测，满足tieriii排放法规后排向大气。
48.从而实现通过scr反应器和氨捕集器的联合使用，可以去除氨发动机未燃烧完全逃逸的nh3和生成的nox，满足tieriii排放法规；以及通过氨供给器和氨捕集器的联合使用，两者均使用固体储氨材料，在氨捕集器内的储氨材料吸附氨气后，可以将其放置到氨供给器充当储氨材料提供nh3到scr反应器内，实现氨气的充分利用，从而可以有效去除船舶尾气中的nh3。
49.在不出现冲突的前提下，本领域技术人员可以将上述附加技术特征自由组合以及叠加使用。
50.可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本技术的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

技术特征：
1.一种联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，其特征在于：包括scr反应器、控制器，所述scr反应器的出气端上连通有氨捕集器，所述scr反应器的进气端上分别连接有氨发动机、氨供给器，所述氨发动机的出气端安装有涡轮增压器，所述涡轮增压器通过管道分别与所述scr反应器、氨供给器相连通；所述涡轮增压器与scr反应器的管道上安装有第一nox传感器、第一nh3传感器和流量传感器，所述氨捕集器的出气端上连接有泵，所述泵的出气端通过管道与所述氨供给器的进气端相连通，所述氨供给器的出气端通过流量控制器与所述scr反应器的进气端相连通；所述控制器分别与所述第一nox传感器、第一nh3传感器、流量传感器、泵、流量控制器电连接，用于根据所述第一nox传感器、第一nh3传感器和流量传感器获得的参数控制所述泵和流量控制器，向所述scr反应器内输送相匹配的含氨气体。2.根据权利要求1所述的联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，其特征在于：所述氨捕集器的出气端管道上安装有第二nox传感器、第二nh3传感器，所述第二nox传感器、第二nh3传感器分别与所述控制器电连接。3.根据权利要求1所述的联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，其特征在于：所述scr反应器呈圆柱形桶装结构，圆柱形桶装结构的所述scr反应器包括依次布置的scr进气口、第一整流板、第一金属格栅和金属网、催化剂、scr出气口。4.根据权利要求1所述的联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，其特征在于：所述氨捕集器呈圆柱形桶装结构，圆柱形桶装结构的所述氨捕集器包括依次布置的捕集器进气口、第二整流板、第二金属格栅和金属网、第一储氨材料、捕集器出气口。5.根据权利要求4所述的联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，其特征在于：所述第一储氨材料为固体材料，其呈三层结构，并呈水平放置。6.根据权利要求4所述的联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，其特征在于：所述第一储氨材料包括无机盐材料、多孔材料中的一种或多种；所述无机盐材料包括mgcl2、cacl2中一种或多种；所述多孔材料包括沸石、氧化铝、负载离子液体的多孔材料中的一种或多种。7.根据权利要求1所述的联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，其特征在于：所述氨供给器包括第一空腔层、第二空腔层，所述第二空腔层位于所述第一空腔层内，所述第一空腔层上设有废气旁通入口、废气旁通出口；所述第二空腔层上设有氨供给入口、第三整流板、压力传感器、温度传感器、不锈钢金属网、加热单元、第二储氨材料、氨供给出口。8.根据权利要求1所述的联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，其特征在于：所述scr反应器、氨捕集器和氨供给器内均设置有呈喇叭形的气体膨胀局域。9.根据权利要求1所述的联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，其特征在于：所述涡轮增压器安装于所述scr反应器出气端的管道上。10.一种联合氨气脱除尾气中污染物的控制方法，其特征在于：利用权利要求1-9任一所述的联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，其方法如下：s1、控制器根据涡轮增压器的排气量、nox浓度和nh3浓度，计算出scr反应器所需的气流量、nh3浓度；s2、控制器根据所述第二储氨材料关于温度、压力和氨气释放量的脉谱图，获取所需的nh3量；并根据所述nh3量自动控制泵、加热单和流量控制器，向scr反应器内输送相匹配的含
氨气体；s3、含氨气体和尾气混合进入scr反应器进行scr反应；s4、反应后的尾气进入氨捕集器，在氨气被吸附后，其余气体经nox传感器、nh3传感器检测，满足tieriii排放法规后排向大气。

技术总结
本发明涉及船舶发动机尾气处理技术领域，具体涉及到一种联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统及其方法。本申请的联合氨气脱除尾气中污染物的控制系统，通过氨供给器提供还原剂NH3在SCR反应器内与氨发动机生成的NOx反应从而脱除发动机尾气中的氮氧化物，经过SCR反应后的气体进入氨捕集器内，吸附在氨捕集器内的储氨材料内，从而去除氨发动机逃逸的氨气和SCR反应器未反应完的氨气。吸附大量NH3的储氨材料在氨供给器内通过加热再生逐步释放出氨气，旁通尾气在泵的带动下进入氨气供给器，带动释放出的氨气进入SCR反应器参与SCR反应，实现氨气的充分利用，从而可以有效去除船舶尾气中的NH3。。。


技术研发人员：席鸿远 张天鹏 周松 朱云龙 孙昂 李蕴羽 莫杰 任建军
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2023.03.22
技术公布日：2023/6/27