船用柴油机污染物处理系统及处理方法与流程

1.本发明涉及船用柴油机技术领域，具体地，涉及一种船用柴油机污染物处理系统及处理方法，适用于多柴油机试车台架黑烟排放处理。


背景技术：

2.中速柴油机试车基地多台位在低负荷工况下，尾气通常存在明显黑烟，不能达到2015年上海环保局发布的上海市db31/933-2015《大气污染物综合排放标准》及国际海事组织(imo)规定的第三阶段(tier iii)nox排放法规的相关减排环保要求。
3.作为目前最佳选择，doc+dpf+scr(双降型后处理系统)是一种良好的排气后处理产品，用来处理船用柴油机生成的颗粒物pm、非甲烷总烃、一氧化碳及氮氧化物。其中，颗粒物pm、非甲烷总烃、一氧化碳处理过程如下：采用过滤器dpf收集颗粒物，并在催化剂作用下，利用尾气高温将85％以上的pm、非甲烷总烃、一氧化碳通过燃烧去除。氮氧化物处理过程如下：喷射适量氨(通常是尿素水溶液)作为还原剂进入排放尾气，随后氨气和排气混合后进入安装有催化剂模块的反应器中，氮氧化物在催化剂作用下还原为氮气和水。
4.但是，之前针对试车基地多台位所设计的污染物处理系统，通常是“单台单配”即每个台位配有一套处理系统。当“单台单配”污染物处理系统功能饱和时，台位无法进行试车，需等待系统再生完成，严重影响试车计划。此外，“单台单配”污染物处理系统会因某一台位频繁试车导致其废气处理设备相对于同批设备折旧严重，过早老化。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种船用柴油机污染物处理系统及处理方法。
6.根据本发明的一个方面，提供了一种船用柴油机污染物处理系统，包括：一个或多个排放支管、排放总管、一个或多个污染物处理装置、反应器进口管以及电气控制装置；
7.一个或多个所述排放支管连接于所述排放总管上；
8.所述排放总管通过所述反应器进口管分别与所述污染物处理装置对应连接；
9.每一个所述排放支管上均设有一个排放支管阀；
10.所述排放总管上设有排放总管阀；
11.所述排放总管中设置有压力传感器；
12.每一个所述反应器进口管上均设有反应器进口阀；
13.所述排放总管阀、所述压力传感器、所述反应器进口阀和所述污染物处理装置分别与所述电气控制装置连接。
14.优选地，所述污染物处理装置，包括：doc+dpf反应器、scr反应器、还原剂供给模块和风机；所述doc+dpf反应器的入口端通过所述反应器进口管与所述排放总管连接，所述doc+dpf反应器的出口端与所述scr反应器的入口端连接，所述scr反应器的出口端与所述风机连接；所述还原剂供给模块与所述scr反应器连接；
15.其中：
16.所述doc+dpf反应器，用于脱除颗粒物pm、非甲烷总烃和一氧化碳；
17.所述scr反应器，用于脱除氮氧化物；
18.所述还原剂供给模块，用于向所述scr反应器提供氮氧化物还原剂；
19.所述风机，用于提供静压，以降低所述船用柴油机污染物处理系统的背压；
20.所述doc+dpf反应器与scr反应器的进出口端分别设有温度传感器，所述温度传感器与所述电气控制系统连接。
21.优选地，所述还原剂供给模块包括泵站和计量单元，所述泵站通过所述计量单元向所述scr反应器提供设定计量的氮氧化物还原剂。
22.优选地，所述计量单元采用pid控制器，其中，设定目标还原剂喷射量为所述pid控制器的目标量，实时喷射量为所述pid控制器的反馈量，通过所述pid控制器控制所述泵站的氮氧化物还原剂供给路调节阀开度，从而控制所述氮氧化物还原剂的喷射量。
23.优选地，所述电气控制装置，包括：远程控制终端和控制箱；其中，
24.所述远程控制终端，与所述控制箱通讯连接；
25.所述控制箱安装于船舱内，并分别与所述排放总管阀、所述压力传感器、所述反应器进口阀和所述污染物处理装置连接。
26.优选地，所述远程控制终端，采用人机交互终端，用于向所述控制箱输出远程控制指令，并获取系统运行数据进行监测和存储。
27.优选地，所述控制箱，包括：中央处理模块、信号采集模块和通讯模块；
28.其中：
29.所述中央处理模块，用于根据所述远程控制终端提供的远程控制指令，对所述排放总管阀、所述压力传感器、所述反应器进口阀和所述污染物处理装置的操作进行控制；
30.所述信号采集模块，用于获取所述压力传感器所采集的压力数据；
31.所述通讯模块，用于与所述远程控制终端进行通讯。
32.优选地，所述通讯模块采用rs485通讯方式。
33.根据本发明的另一个方面，提供了一种船用柴油机污染物处理方法，包括：
34.监测排气总管的总管压力，当所述总管压力达到设定阈值时，进入污染物处理程序；
35.选择污染物处理装置，并开启对应的反应器进口阀，污染物进入所述污染物处理装置进行污染物处理；
36.重复执行上述过程，直至排放尾气满足排放质量要求，完成此阶段的船用柴油机污染物处理。
37.优选地，所述污染物进入所述污染物处理装置进行污染物处理，包括：
38.采用doc+dpf反应器，对所述污染物中的脱除颗粒物pm、非甲烷总烃和一氧化碳进行过滤后输出；
39.采用scr反应器，对经过过滤的污染物进行氮氧化物催化还原反应，脱除氮氧化物；
40.其中，所述scr反应器中的还原剂的喷射量，采用还原剂供给模块自动调节。
41.优选地，当所述总管压力未达到设定阈值时，采用风机提供静压，以降低所述船用
柴油机污染物处理系统的背压，进而使得所述总管压力达到设定阈值。
42.由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下至少一项的有益效果：
43.本发明提供的船用柴油机污染物处理系统及处理方法，当其中一套污染物处理装置需要催化剂再生时，可以通过控制反应器进口阀，切换至另一套处理装置，通过合理配置设备的使用时间，有效避免试车台出现“被迫闲置”的情况，也能避免个别设备被试车台“偏耗”，从而大大降低了生产和维护成本。
44.本发明提供的船用柴油机污染物处理系统及处理方法，能够使实现对多柴油机试车台架污染物排放的有效处理，使船舶尾气排放达到相关规定。
45.本发明提供的船用柴油机污染物处理系统及处理方法，通过监测压力、温度传感器及nox传感器等传感器数值来决定执行下一步或开启其他步骤，实现尾气排放过程中的长时间往复处理，有效保障尾气的排放质量。
附图说明
46.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
47.图1为本发明一实施例中船用柴油机污染物处理系统的结构示意图。
48.图2为本发明一优选实施例中污染物处理装置的结构示意图。
49.图3为本发明一优选实施例中船用柴油机污染物处理系统的控制原理图。
50.图4为本发明一实施例中船用柴油机污染物处理方法的工作流程图。
51.图5为本发明一优选实施例中船用柴油机污染物处理方法的工作流程图。
52.图中，1为排气支管阀，2为排气总管阀，3为污染物处理装置，4为反应器进口阀，5为doc+dpf反应器，6为scr反应器，7为泵站，8计量单元，9为风机。
具体实施方式
53.下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
54.图1为本发明一实施例提供的船用柴油机污染物处理系统的结构示意图。图3为本发明一优选实施例中船用柴油机污染物处理系统的控制原理图。
55.如图1和图3所示，该实施例提供的船用柴油机污染物处理系统，可以包括：一个或多个排放支管、排放总管、一个或多个污染物处理装置、反应器进口管以及电气控制装置；
56.一个或多个排放支管连接于排放总管上；
57.排放总管通过反应器进口管分别与污染物处理装置对应连接；
58.每一个排放支管上均设有一个排放支管阀；
59.排放总管上设有排放总管阀；
60.排放总管中设置有压力传感器；
61.每一个反应器进口管上均设有反应器进口阀；
62.排放总管阀、压力传感器、反应器进口阀和污染物处理装置分别与电气控制装置连接。
63.如图2所示，在该实施例中，作为一优选实施例，污染物处理装置，包括：doc+dpf反应器、scr反应器、还原剂供给模块和风机；doc+dpf反应器的入口端通过反应器进口管与排放总管连接，doc+dpf反应器的出口端与scr反应器的入口端连接，scr反应器的出口端与风机连接；还原剂供给模块与scr反应器连接；
64.其中：
65.doc+dpf反应器，用于脱除颗粒物pm、非甲烷总烃和一氧化碳；
66.scr反应器，用于脱除氮氧化物；
67.还原剂供给模块，用于向scr反应器提供氮氧化物还原剂；
68.风机，用于提供静压，以降低船用柴油机污染物处理系统的背压；
69.所述doc+dpf反应器与scr反应器的进出口端分别设有温度传感器，温度传感器与电气控制系统连接。
70.在该实施例中，作为一优选实施例，还原剂供给模块包括泵站和计量单元，泵站通过计量单元向scr反应器提供设定计量的氮氧化物还原剂。
71.在该实施例中，作为一优选实施例，计量单元采用pid控制器，其中，设定目标还原剂喷射量为pid控制器的目标量，实时喷射量为pid控制器的反馈量，通过pid控制器控制泵站的氮氧化物还原剂供给路调节阀开度，从而控制氮氧化物还原剂的喷射量。
72.在该实施例中，作为一优选实施例，电气控制装置，包括：远程控制终端和控制箱；其中，
73.远程控制终端，与控制箱通讯连接；
74.控制箱安装于船舱内，并分别与排放总管阀、压力传感器、反应器进口阀和污染物处理装置连接。
75.在该实施例中，作为一优选实施例，远程控制终端，采用人机交互终端，用于向控制箱输出远程控制指令，并获取系统运行数据进行监测和存储。
76.在该实施例中，作为一优选实施例，控制箱，包括：中央处理模块、信号采集模块和通讯模块；
77.其中：
78.中央处理模块，用于根据远程控制终端提供的远程控制指令，对排放总管阀、压力传感器、反应器进口阀和污染物处理装置的操作进行控制；
79.信号采集模块，用于获取压力传感器所采集的压力数据；
80.通讯模块，用于与远程控制终端进行通讯。
81.在该实施例中，作为一优选实施例，通讯模块采用rs485通讯方式。
82.本发明上述实施例提供的船用柴油机污染物处理系统，其主要结构如图1所示，包括：
83.排气支管，其上设有排气支管阀1；
84.排气总管，其上设有排气总管阀2；
85.用于污染物处理的污染物处理装置3；
86.反应器进口管，其上设有反应器进口阀4。
87.其中：
88.如图2所示，污染物处理装置3，包括：
89.用于脱除颗粒物pm、非甲烷总烃和一氧化碳的doc+dpf反应器5；
90.用于脱除氮氧化物的scr反应器6；
91.用于向scr反应器6提供还原剂的还原剂供给模块，该模块包括泵站7及计量单元8；
92.用于在整个系统中提供静压以降低整个系统背压的风机9。
93.本发明上述实施例提供的船用柴油机污染物处理系统，其控制原理如图3所示。电气控制系统的远程控制终端安装于集控室内，该远程控制终端提供人机交互界面，实现对该系统的远程操作、控制与参数的监测、存储等。远程控制终端控制安装于船舱的控制箱，该控制箱内置中央处理模块(控制cpu)、信号采集模块和通讯模块(如rs485通讯模块)等，一方面用于与远程控制终端通讯，另一方面用于控制现场阀件与采集传感器信号，具备指令输出与设备信号反馈采集功能，连接船用柴油机污染物处理系统的主要结构。
94.图4为本发明一实施例提供的船用柴油机污染物处理方法的工作流程图。
95.如图4所示，该实施例提供的船用柴油机污染物处理方法，可以包括如下步骤：
96.s100，监测排气总管的总管压力，当总管压力达到设定阈值时，进入污染物处理程序；
97.s200，选择污染物处理装置，并开启对应的反应器进口阀，污染物进入污染物处理装置进行污染物处理；
98.s300，重复执行上述过程，直至排放尾气满足排放质量要求，完成此阶段的船用柴油机污染物处理。
99.在该实施例的s200中，作为一优选实施例，污染物进入污染物处理装置进行污染物处理，可以包括如下步骤：
100.s201，采用doc+dpf反应器，对污染物中的脱除颗粒物pm、非甲烷总烃和一氧化碳进行过滤后输出；
101.s202，采用scr反应器，对经过过滤的污染物进行氮氧化物催化还原反应，脱除氮氧化物；
102.其中，scr反应器中的还原剂的喷射量，采用还原剂供给模块自动调节。
103.在该实施例的s100中，作为一优选实施例，当总管压力未达到设定阈值时，采用风机提供静压，以降低船用柴油机污染物处理系统的背压，进而使得总管压力达到设定阈值。
104.在该实施例的s100中，作为一具体应用实例，总管压力的设定阈值可以为：3.1kpa。
105.需要说明的是，本发明提供的方法中的步骤，可以利用系统中对应的模块、装置、单元等予以实现，本领域技术人员可以参照系统的技术方案实现方法的步骤流程，即，系统中的实施例可理解为实现方法的优选例，在此不予赘述。
106.下面结合本发明上述实施例提供的船用柴油机污染物处理系统，对本发明上述实施例提供的船用柴油机污染物处理方法的工作步骤进一步说明如下。
107.如图5所示，本发明上述实施例提供的船用柴油机污染物处理方法，包括以下几个重要工作步骤：准备步骤、选择减排系统步骤、脱除颗粒物步骤、预热步骤、脱除氮氧化物步
骤等，此外，还包括传感器监测等辅助步骤。
108.准备步骤：试车区所排放的烟气经各排气支管及支管阀进入排气总管，在此过程中需监测总管压力是否达到预设值，若是，vbr打开，执行下一步；若不是，则需调节风机频率，为整个系统提供静压以降低整个系统背压。
109.选择减排系统步骤：中速机试验基地存有多个试车区，根据试车区试车状态，该试车区的排气支管上的支管阀由远程控制终端控制箱打开，烟气经排气总管后经控制箱阀控系统控制打开反应器进口阀vbr，进入所选择的污染物处理装置(即图中减排系统)；
110.脱除颗粒物步骤：试车区排放的烟气经控制箱阀控系统控制，进入所选择的污染物处理装置，经过doc+dpf反应器，采用过滤器dpf收集颗粒物，并在催化剂作用下，利用尾气高温将85％以上的pm、非甲烷总烃、一氧化碳通过燃烧去除；
111.预热步骤：通过doc+dpf反应器催化过滤的烟气进入scr反应器，在此过程中需监测反应器进出口温度是否达到预设温度，若是，执行下一步；
112.脱除氮氧化物步骤：烟气经过doc+dpf反应器脱除颗粒物后进入scr反应器，还原剂供给模块按照预设值提供还原剂(尿素)进入scr反应器，经还原剂催化还原，将反应器中烟气进行处理。具体的，此时烟气温度满足scr工作要求，烟气经过scr反应器，还原剂供给单元(泵站7、计量单元8)的还原剂喷射量根据pid调节方法进行自动调节，以设定目标还原剂喷射量为pid控制器的目标量，实时喷射量为pid控制器的反馈量，pid控制器的输出量为还原剂供给模块的还原剂供给路调节阀开度的输入量，从而控制还原剂的喷射量。烟气经过scr反应器后会通过风机单元排出，风机出口设有nox传感器用于监测排出烟气的氮氧化物含量，若超出预设值，将提高还原剂喷射量以满足烟气排放要求。
113.doc+dpf反应器与排烟管路连通，scr反应器与doc+dpf反应器、还原剂供给模块、风机相连通，通过阀控系统、传感器监测以及各个模块之间的配合，实现烟气排放过程中的长时间往复处理，有效保障尾气的排放质量
114.本发明上述实施例提供的船用柴油机污染物处理系统及处理方法，能够对多柴油机试车台架黑烟排放进行有效处理，使船舶尾气排放达到相关规定。
115.本发明上述实施例中未尽事宜均为本领域公知技术。
116.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

技术特征：
1.一种船用柴油机污染物处理系统，其特征在于，包括：一个或多个排放支管、排放总管、一个或多个污染物处理装置、反应器进口管以及电气控制装置；一个或多个所述排放支管连接于所述排放总管上；所述排放总管通过所述反应器进口管分别与所述污染物处理装置对应连接；每一个所述排放支管上均设有一个排放支管阀；所述排放总管上设有排放总管阀；所述排放总管中设置有压力传感器；每一个所述反应器进口管上均设有反应器进口阀；所述排放总管阀、所述压力传感器、所述反应器进口阀和所述污染物处理装置分别与所述电气控制装置连接。2.根据权利要求1所述的船用柴油机污染物处理系统，其特征在于，所述污染物处理装置，包括：doc+dpf反应器、scr反应器、还原剂供给模块和风机；所述doc+dpf反应器的入口端通过所述反应器进口管与所述排放总管连接，所述doc+dpf反应器的出口端与所述scr反应器的入口端连接，所述scr反应器的出口端与所述风机连接；所述还原剂供给模块与所述scr反应器连接；其中：所述doc+dpf反应器，用于脱除颗粒物pm、非甲烷总烃和一氧化碳；所述scr反应器，用于脱除氮氧化物；所述还原剂供给模块，用于向所述scr反应器提供氮氧化物还原剂；所述风机，用于提供静压，以降低所述船用柴油机污染物处理系统的背压；所述doc+dpf反应器与scr反应器的进出口端分别设有温度传感器，所述温度传感器与所述电气控制系统连接。3.根据权利要求2所述的船用柴油机污染物处理系统，其特征在于，所述还原剂供给模块包括泵站和计量单元，所述泵站通过所述计量单元向所述scr反应器提供设定计量的氮氧化物还原剂。4.根据权利要求3所述的船用柴油机污染物处理系统，其特征在于，所述计量单元采用pid控制器，其中，设定目标还原剂喷射量为所述pid控制器的目标量，实时喷射量为所述pid控制器的反馈量，通过所述pid控制器控制所述泵站的氮氧化物还原剂供给路调节阀开度，从而控制所述氮氧化物还原剂的喷射量。5.根据权利要求1所述的船用柴油机污染物处理系统，其特征在于，所述电气控制装置，包括：远程控制终端和控制箱；其中，所述远程控制终端，与所述控制箱通讯连接；所述控制箱安装于船舱内，并分别与所述排放总管阀、所述压力传感器、所述反应器进口阀和所述污染物处理装置连接。6.根据权利要求5所述的船用柴油机污染物处理系统，其特征在于，所述远程控制终端，采用人机交互终端，用于向所述控制箱输出远程控制指令，并获取系统运行数据进行监测和存储；所述控制箱，包括：中央处理模块、信号采集模块和通讯模块；其中：
所述中央处理模块，用于根据所述远程控制终端提供的远程控制指令，对所述排放总管阀、所述压力传感器、所述反应器进口阀和所述污染物处理装置的操作进行控制；所述信号采集模块，用于获取所述压力传感器所采集的压力数据；所述通讯模块，用于与所述远程控制终端进行通讯。7.根据权利要求6所述的船用柴油机污染物处理系统，其特征在于，所述通讯模块采用rs485通讯方式。8.一种船用柴油机污染物处理方法，其特征在于，包括：监测排气总管的总管压力，当所述总管压力达到设定阈值时，进入污染物处理程序；选择污染物处理装置，并开启对应的反应器进口阀，污染物进入所述污染物处理装置进行污染物处理；重复执行上述过程，直至排放尾气满足排放质量要求，完成此阶段的船用柴油机污染物处理。9.根据权利要求8所述的船用柴油机污染物处理方法，其特征在于，所述污染物进入所述污染物处理装置进行污染物处理，包括：采用doc+dpf反应器，对所述污染物中的脱除颗粒物pm、非甲烷总烃和一氧化碳进行过滤后输出；采用scr反应器，对经过过滤的污染物进行氮氧化物催化还原反应，脱除氮氧化物；其中，所述scr反应器中的还原剂的喷射量，采用还原剂供给模块自动调节。10.根据权利要求8所述的船用柴油机污染物处理方法，其特征在于，当所述总管压力未达到设定阈值时，采用风机提供静压，以降低所述船用柴油机污染物处理系统的背压，进而使得所述总管压力达到设定阈值。

技术总结
本发明提供了一种船用柴油机污染物处理系统及处理方法，其中装置包括：一个或多个排放支管、排放总管、一个或多个污染物处理装置、反应器进口管以及电气控制装置；一个或多个所述排放支管连接于所述排放总管上；所述排放总管通过所述反应器进口管分别与所述污染物处理装置对应连接；每一个所述排放支管上均设有一个排放支管阀；所述排放总管上设有排放总管阀；所述排放总管中设置有压力传感器；每一个所述反应器进口管上均设有反应器进口阀；所述排放总管阀、所述压力传感器、所述反应器进口阀和所述污染物处理装置分别与所述电气控制装置连接。本发明能够对多柴油机试车台架黑烟排放进行有效处理，使船舶尾气排放达到相关规定。定。定。


技术研发人员：赵倩 陈培贞 张安稷 魏亮 安思洋 黄志伟
受保护的技术使用者：沪东重机有限公司
技术研发日：2021.12.06
技术公布日：2023/6/6