一種降低船舶柴油機NOx排放的系統及方法技術方案

本發明專利技術公開了一種降低船舶柴油機NOx排放的系統及方法，該系統包含進氣前處理系統和后處理選擇性催化還原系統；進氣前處理系統包含代用燃料供應系統和燃料電子控制系統；后處理選擇性催化還原系統，設置在柴油機排氣管上，能夠接收柴油機氣缸排放的尾氣；后處理選擇性催化還原系統包含依次設置的柴油氧化催化器和選擇性催化還原裝置。本發明專利技術還提供了采用該系統降低船舶柴油機NOx排放的方法。本發明專利技術提供的降低船舶柴油機NOx排放的系統及方法，在實現對船舶柴油機消耗的傳統石油燃料?柴油的替代的同時，還可以大幅度的降低船舶柴油機的NOx排放，使其維持在一個非常低的水平，實現船舶柴油機的高效清潔燃燒。

【技術實現步驟摘要】


本專利技術涉及大氣污染控制技術中的一種處理船舶柴油機排放尾氣的系統及方法，具體地，涉及一種進氣前處理結合后處理選擇性催化還原系統降低船舶柴油機NOx排放的系統及方法。

技術介紹

船舶柴油機是我國物流、客運以及國防等主流動力，燃油消耗量大，有害排放物高。其排放的氮氧化物（NOx）是主要的大氣污染物之一，NOx的危害主要有以下三個方面：產生酸雨，導致生態破壞；損害人類健康，特別是呼吸道；破壞臭氧層，加劇溫室效應。針對船舶污染物，國際海事組織（IMO）已經制定了相應的船舶排放法規，對NOx排放進行了嚴格的限制。
目前針對船舶柴油機的NOx排放所采用的主要措施是直接噴水和燃油乳化，直接噴水是指將潔凈的水直接噴入柴油機氣缸燃燒室以降低燃燒的最高溫度從而減少NOx排放，燃油乳化是指將重油、水和乳化劑按照一定比例攪拌混合后使用，通過降低燃燒溫度來減少NOx排放。但這兩種辦法對NOx降低的作用有限，且對船舶柴油機的損耗較大，使用成本較高，難以在船舶柴油機上進行廣泛的應用。

技術實現思路

本專利技術的目的是提供一種用于大型船舶柴油機的系統及方法，通過對船舶柴油機結構上的最小改造，保證其運行的穩定性和可靠性，在實現對柴油燃料大比例替代的同時降低尾氣中的NOx排放。
為了達到上述目的，本專利技術提供了一種降低船舶柴油機NOx排放的系統，其中，該系統包含該進氣前處理系統和后處理選擇性催化還原系統；所述的進氣前處理系統包含代用燃料供應系統和燃料電子控制系統；所述的代用燃料供應系統能夠將代用燃料噴射到柴油機氣缸內；所述的燃料電子控制系統能夠通過采集柴油機氣缸的工況信息而對代用燃料供應系統進行相應的控制；所述的后處理選擇性催化還原系統，設置在柴油機排氣管上，能夠接收柴油機氣缸排放的尾氣；所述的后處理選擇性催化還原系統包含依次設置的柴油氧化催化器和選擇性催化還原裝置。
上述的降低船舶柴油機NOx排放的系統，其中，所述的代用燃料包含含氧燃料和天然氣等。
上述的降低船舶柴油機NOx排放的系統，其中，所述的代用燃料供應系統包含代用燃料噴射裝置和代用燃料供給裝置；所述的代用燃料噴射裝置包含料軌和代用燃料噴嘴；料軌由不銹鋼制成，代用燃料噴嘴根據代用燃料種類的不同采用相應的專用噴嘴。所述料軌上設有若干代用燃料噴嘴；所述的代用燃料噴嘴分別設置在柴油機氣缸進氣總管上與各缸進氣處相對應的位置，所述的與各缸進氣處相對應的位置分別設有與所述的代用燃料噴嘴相適配的代用燃料噴口。優選地，每缸加裝2個大流量噴嘴，噴嘴的噴射流量和噴射射程基本一致，以保證各缸混合氣的一致性和均勻性。
上述的降低船舶柴油機NOx排放的系統，其中，所述的代用燃料供給裝置包含代用燃料箱、燃料濾清器、燃料泵、調壓閥以及燃料管；所述的燃料泵設置在代用燃料箱中；所述的燃料管根據代用燃料種類的不同采用相應的耐腐蝕耐低溫管道，其連接代用燃料箱中的燃料泵和代用燃料噴射裝置中的料軌的一端，所述燃料濾清器和所述調壓閥分別設置在燃料泵和料軌之間的燃料管上；所述的燃料泵將代用燃料從燃料箱中通過燃料管經由燃料濾清器和調壓閥進入料軌中，并使料軌中保持一定的軌壓。
上述的降低船舶柴油機NOx排放的系統，其中，所述的代用燃料噴嘴，其噴射量和噴射時間能夠通過燃料電子控制系統控制；所述的燃料電子控制系統包含燃料電子控制單元（ECU），其能夠采集的柴油機氣缸的工況信息包含水溫、轉速以及油門開度等，柴油機氣缸上設有相應的缸壓傳感器等采集工況信息的儀器。該燃料電子控制單元（ECU）為獨立開發，根據船舶柴油機的工況信息對燃料的噴射量和噴射時間進行精確控制，同時根據船舶柴油機進排氣重疊角大的特點，采用順序噴射的方式，以保證有更多的燃料進入氣缸中進行充分燃燒，提高燃燒效率，同時降低NOx排放。
上述的降低船舶柴油機NOx排放的系統，其中，所述的柴油氧化催化器（DieselOxidationCatalyst，DOC）由蜂窩陶瓷基體構成；所述的蜂窩陶瓷基體上覆蓋有催化劑涂層。涂層主要材料類型為稀土復合鈣鈦礦和稀土復合沸石分子篩，適當添加堿土金屬或過渡金屬。涂層上載量中等，以起到穩定材料結構，提高對THC（totalhydrocarbons，總碳烴）和CO的轉化率。其中催化劑采用貴金屬，以鉑（Pt）為主，鈀（Pd）為輔，用量低，工藝采用貴金屬上載離子交換涂覆。DOC采用沉積在很大的載體表面上的催化劑作為催化元件，降低化學反應的活化能，使尾氣中的HC（hydrocarbons，烴）和CO的氧化反應能在較低的溫度下很快地進行，使排氣中的部分或大部分HC和CO與排放中殘留的O2反應，生成無害的CO2和H2O。
上述的降低船舶柴油機NOx排放的系統，其中，所述的選擇性催化還原（SelectiveCatalyticReduction，SCR）裝置，包含尿素選擇性催化還原器（NH3-SCR）、尿素劑量電子控制單元（DCU）、尿素噴射系統和傳感器；所述的尿素劑量電子控制單元能夠接收所述的傳感器采集的信息并對尿素噴射系統進行相應的控制。也就是說，所述的選擇性催化還原裝置能夠對尿素噴射進行精確控制，并能夠有效地解決NOx轉化率與NH3泄漏量平衡的矛盾。所述的尿素選擇性催化還原器，采用的催化劑為V2O5/TiO2，其具有脫硝率高、活性溫度范圍寬、使用經濟性高等特點；通過選擇該催化劑，使NOx的反應溫度區間擴展到300~400℃。柴油機尾氣中95%的NOx以NO的形式存在，因此NH3與NO的反應為標準SCR反應。發生標準化學反應的條件為NH3/NO物質的量的比為1:1，且存在較小的O2。當溫度低于350℃時，NO/NO2為1:1，NH3的消耗量為NO和NO2之和，此時NH3和NO以及NO2的反應是主要發生的化學反應，稱之為快速SCR反應。當溫度高于350℃時，NO會較多的存在，此時發生標準SCR反應。當溫度高于300℃時，NH3與NO2以4:3的比例發生反應，稱之為慢速SCR反應。通過進氣前處理的方法在柴油機氣缸進氣管中噴射代用燃料（含氧燃料、天然氣等），能夠適當的降低排氣溫度，同時加裝DOC能夠減少排氣中的HC降低其對NOx轉化的抑制作用，從而進一步提高NOx的催化轉化效率，減少尾氣中的NOx排放。
上述的降低船舶柴油機NOx排放的系統，其中，所述的尿素噴射系統包含尿素箱、尿素管和尿素噴嘴，所述的尿素管連接尿素箱和尿素噴嘴；所述的尿素噴嘴設置在柴油氧化催化器和尿素選擇性催化還原器之間，即尿素選擇性催化還原器前的柴油機排氣管上，其噴射量和噴射時間能夠通過尿素劑量電子控制單元進行控制。
上述的降低船舶柴油機NOx排放的系統，其中，所述的傳感器包含NOx傳感器、NH3傳感器、溫度傳感器和排氣壓力傳感器；所述的溫度傳感器設置在所述的尿素選擇性催化還原器上；柴油氧化催化器和尿素選擇性催化還原器之間，即尿素選擇性催化還原器前的柴油機排氣管上設有NOx傳感器和NH3傳感器；尿素選擇性催化還原器后的柴油機排氣管上設有NOx傳感器、NH3傳感器和排氣壓力傳感器。
本專利技術還提供了一種上述的系統降低船舶柴油機NOx排放的方法。
本專利技術提供的降低船舶柴油機NOx排放的系統及方法具有以下優點：
本專利技術采用進氣前處理結合SCR系統本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種降低船舶柴油機NOx排放的系統，其特征在于，該系統包含該進氣前處理系統和后處理選擇性催化還原系統；所述的進氣前處理系統包含代用燃料供應系統和燃料電子控制系統；所述的代用燃料供應系統能夠將代用燃料噴射到柴油機氣缸（1）內；所述的燃料電子控制系統能夠通過采集柴油機氣缸（1）的工況信息而對代用燃料供應系統進行相應的控制；所述的后處理選擇性催化還原系統，設置在柴油機排氣管（2）上，能夠接收柴油機氣缸（1）排放的尾氣；所述的后處理選擇性催化還原系統包含依次設置的柴油氧化催化器（4）和選擇性催化還原裝置。

【技術特征摘要】
1.一種降低船舶柴油機NOx排放的系統，其特征在于，該系統包含該進氣前處理系統和后處理選擇性催化還原系統；
所述的進氣前處理系統包含代用燃料供應系統和燃料電子控制系統；
所述的代用燃料供應系統能夠將代用燃料噴射到柴油機氣缸（1）內；
所述的燃料電子控制系統能夠通過采集柴油機氣缸（1）的工況信息而對代用燃料供應系統進行相應的控制；
所述的后處理選擇性催化還原系統，設置在柴油機排氣管（2）上，能夠接收柴油機氣缸（1）排放的尾氣；所述的后處理選擇性催化還原系統包含依次設置的柴油氧化催化器（4）和選擇性催化還原裝置。
2.如權利要求1所述的降低船舶柴油機NOx排放的系統，其特征在于，所述的代用燃料包含含氧燃料和天然氣。
3.如權利要求1所述的降低船舶柴油機NOx排放的系統，其特征在于，所述的代用燃料供應系統包含代用燃料噴射裝置和代用燃料供給裝置；
所述的代用燃料噴射裝置包含料軌（6）和代用燃料噴嘴（7）；所述料軌（6）上設有若干代用燃料噴嘴（7）；所述的代用燃料噴嘴（7）分別設置在柴油機氣缸（1）進氣總管（3）上與各缸進氣處相對應的位置。
4.如權利要求3所述的降低船舶柴油機NOx排放的系統，其特征在于，所述的代用燃料供給裝置包含代用燃料箱（8）、燃料濾清器（9）、燃料泵（10）、調壓閥（11）以及燃料管（12）；所述的燃料泵（10）設置在代用燃料箱（8）中；所述的燃料管（12）連接代用燃料箱（8）中的燃料泵（10）和代用燃料噴射裝置中的料軌（6）的一端；所述燃料濾清器（9）和所述調壓閥（11）分別設置在燃料泵（10）和料軌（6）之間的燃料管（12）上。
5.如權利要求3所述的降低船舶柴油機NOx排放的系統，其特征在于，所述的代用燃料噴嘴（7），其噴射量和噴射時間能夠通過燃料電子控...

【專利技術屬性】
技術研發人員：耿鵬，魏立江，曹爾明，蔣楷，張春輝，
申請(專利權)人：上海海事大學，
類型：發明
國別省市：上海;31