一种船用SCR尿素计量喷射系统论文和设计-周明

全文摘要

本申请公开了一种船用SCR尿素计量喷射系统，包括：尿素输送计量单元、压缩空气输送单元以及喷枪单元，所述尿素输送计量单元的输出端与所述喷枪单元的第一输入端连通设置，所述压缩空气输送单元的输出端与所述喷枪单元的第二输入端连通设置；所述尿素输送计量单元，包括：第一手动球阀、至少一个泵送子单元、流量计以及第一压力变送器，其依次设置在尿素输送管路上；其中，所述尿素输送管路的输入端输入尿素，所述尿素输送管路的输出端与所述喷枪单元的第一输入端连通设置；所述泵送子单元并联设置在所述第一手动球阀与所述流量计之间的所述尿素输送管路上。与现有技术相比，本申请工艺流程简洁，无需额外通过调节阀进行调节，控制简单。

主设计要求

1.一种船用SCR尿素计量喷射系统，其特征在于，包括：尿素输送计量单元、压缩空气输送单元以及喷枪单元，所述尿素输送计量单元的输出端与所述喷枪单元的第一输入端连通设置，所述压缩空气输送单元的输出端与所述喷枪单元的第二输入端连通设置；所述尿素输送计量单元，包括：第一手动球阀、至少一个泵送子单元、流量计以及第一压力变送器，其依次设置在尿素输送管路上；其中，所述尿素输送管路的输入端输入尿素，所述尿素输送管路的输出端与所述喷枪单元的第一输入端连通设置；所述泵送子单元并联设置在所述第一手动球阀与所述流量计之间的所述尿素输送管路上。

设计方案

1.一种船用SCR尿素计量喷射系统，其特征在于，包括：尿素输送计量单元、压缩空气输送单元以及喷枪单元，

所述尿素输送计量单元的输出端与所述喷枪单元的第一输入端连通设置，所述压缩空气输送单元的输出端与所述喷枪单元的第二输入端连通设置；

所述尿素输送计量单元，包括：第一手动球阀、至少一个泵送子单元、流量计以及第一压力变送器，其依次设置在尿素输送管路上；

其中，所述尿素输送管路的输入端输入尿素，所述尿素输送管路的输出端与所述喷枪单元的第一输入端连通设置；

所述泵送子单元并联设置在所述第一手动球阀与所述流量计之间的所述尿素输送管路上。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述泵送子单元包括：泵、压力表以及止回阀，其中，所述泵、压力表以及止回阀依次设置在所述第一手动球阀与所述流量计之间的所述尿素输送管路上。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述泵送子单元还包括第二手动球阀和第三手动球阀，所述第二手动球阀靠近所述泵的输入端设置，所述第三手动球阀靠近所述压力表的输出端设置。

4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述泵为齿轮泵。

5.根据权利要求1至3任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括第一过滤器和第二过滤器，所述第一过滤器设置在所述第一手动球阀与所述泵送子单元之间的所述尿素输送管路上，所述第二过滤器设置在所述第一压力变送器的输出端以及所述喷枪单元的第一输入端之间的所述尿素输送管路上。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括安全阀，所述安全阀的输入端通过第一管路与所述第一手动球阀和所述泵送子单元之间的所述尿素输送管路连通设置，其输出端通过第二管路与所述泵送子单元和所述流量计之间的所述尿素输送管路连通设置。

7.根据权利要求1或2或6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括第四手动球阀，所述第四手动球阀设置所述泵送子单元与所述流量计之间的所述尿素输送管路上。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述压缩空气输送单元包括：第五手动球阀、过滤减压阀、第二压力变送器、第一电磁阀，其依次设置在压缩空气输送管路上，其中所述第五手动球阀的输入端连接压缩空气，所述第一电磁阀的输出端通过第三管路与所述喷枪单元的第二输入端连通设置。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述压缩空气输送单元还包括第二电磁阀，所述第二电磁阀的输入端与设置在所述第二压力变送器和所述第一电磁阀之间的所述压缩空气输送管路连通设置，所述第二电磁阀的输出端通过第四管路与靠近所述喷枪单元的第一输入端设置的所述尿素输送管路连通设置。

10.根据权利要求8或9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括第六手动球阀，所述第六手动球阀的输入端与设置在所述第二压力变送器和所述第一电磁阀之间的所述压缩空气输送管路连通设置，其输出端与第一管路连通设置。

设计说明书

技术领域

本申请属于船舶脱硝技术领域，具体涉及一种船用SCR尿素计量喷射系统。

背景技术

2008年10月，IMO正式通过了MARPOL73\/78附则VI的修正案《NO_{X<\/sub>技术规则》，对NO_{X<\/sub>排放提出了严格的限制要求，而SCR技术是可以减少船舶柴油机80％～95％的NOx排放，是目前唯一能满足TierⅢ排放标准的控制技术，因此，在船舶柴油机尾气后处理上采用SCR技术是必然趋势。}}

SCR(选择性催化还原)技术是针对尾气排放中NOx的一项处理工艺，即在催化剂的作用下，喷入还原剂，把尾气中的NOx还原成N_{2<\/sub>和H_{2<\/sub>O。而船舶发动机排放烟气具有烟气流量及烟气污染物波动大、波动频繁的特点，还原剂的输送及计量若不能实时精准的适应发动机的工作状况，将导致NOx排放控制的延迟或滞后，最终NOx及氨逃逸排放不达标，不满足环保要求。}}

经检索及结合国内外的实际应用发现，实际装船的尿素大多使用计量泵、隔膜泵、离心泵、螺杆泵等，但是他们具有如下弊端：

1)计量泵、隔膜泵等泵具有输送介质不连续，压力不稳定的特点，而且很难满足流量输送范围较大的技术要求；

2)离心泵在工业脱硝中是主流输送设备，但是离心泵流量较大，需要设置回流管线，回流量远远高于实际需要的量，需要在管路系统设计流量调节系统，系统控制困难，造价昂贵，安装空间大。

3)螺杆泵作为容积泵，具有小流量输送、压力稳定的特点，但是螺杆泵安装空间要求较高，不适合在空间狭小的船舱使用；

4)机封、膜片等为易损件，磨损后尿素容易泄露，不仅不环保，而且有安全风险。

尿素计量喷射系统是SCR系统的核心之一，开发出输送稳定、精准计量、实时响应的尿素计量喷射系统具有重要的工程意义。

实用新型内容

针对上述现有技术的缺点或不足，本申请要解决的技术问题是提供一种输送稳定、精准计量、实时响应的船用SCR尿素计量喷射系统。

为解决上述技术问题，本申请具有如下构成：

一种船用SCR尿素计量喷射系统，包括：尿素输送计量单元、压缩空气输送单元以及喷枪单元，所述尿素输送计量单元的输出端与所述喷枪单元的第一输入端连通设置，所述压缩空气输送单元的输出端与所述喷枪单元的第二输入端连通设置；所述尿素输送计量单元，包括：第一手动球阀、至少一个泵送子单元、流量计以及第一压力变送器，其依次设置在尿素输送管路上；其中，所述尿素输送管路的输入端输入尿素，所述尿素输送管路的输出端与所述喷枪单元的第一输入端连通设置；所述泵送子单元并联设置在所述第一手动球阀与所述流量计之间的所述尿素输送管路上。

进一步地，所述泵送子单元包括：泵、压力表以及止回阀，其中，所述泵、压力表以及止回阀依次设置在所述第一手动球阀与所述流量计之间的所述尿素输送管路上。

进一步地，所述泵送子单元还包括第二手动球阀和第三手动球阀，所述第二手动球阀靠近所述泵的输入端设置，所述第三手动球阀靠近所述压力表的输出端设置。

进一步地，所述泵为齿轮泵。

进一步地，所述系统还包括第一过滤器和第二过滤器，所述第一过滤器设置在所述第一手动球阀与所述泵送子单元之间的所述尿素输送管路上，所述第二过滤器设置在所述第一压力变送器的输出端以及所述喷枪单元的第一输入端之间的所述尿素输送管路上。

进一步地，所述系统还包括安全阀，所述安全阀的输入端通过第一管路与所述第一手动球阀和所述泵送子单元之间的所述尿素输送管路连通设置，其输出端通过第二管路与所述泵送子单元和所述流量计之间的所述尿素输送管路连通设置。

进一步地，所述系统还包括第四手动球阀，所述第四手动球阀设置所述泵送子单元与所述流量计之间的所述尿素输送管路上。

进一步地，所述压缩空气输送单元包括：第五手动球阀、过滤减压阀、第二压力变送器、第一电磁阀，其依次设置在压缩空气输送管路上，其中所述第五手动球阀的输入端连接压缩空气，所述第一电磁阀的输出端通过第三管路与所述喷枪单元的第二输入端连通设置。

进一步地，所述压缩空气输送单元还包括第二电磁阀，所述第二电磁阀的输入端与设置在所述第二压力变送器和所述第一电磁阀之间的所述压缩空气输送管路连通设置，所述第二电磁阀的输出端通过第四管路与靠近所述喷枪单元的第一输入端设置的所述尿素输送管路连通设置。

进一步地，所述系统还包括第六手动球阀，所述第六手动球阀的输入端与设置在所述第二压力变送器和所述第一电磁阀之间的所述压缩空气输送管路连通设置，其输出端与第一管路连通设置。

与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：

本申请工艺流程简洁，无需额外通过调节阀进行调节，控制简单；

本申请安全空间要求低，齿轮泵结构非常紧凑，比其他泵节约50％的安装空间；且该齿轮泵与流量计跟踪反馈控制，粗调微调双结合，可实现尿素流量的精确计量；

本申请中的齿轮泵采用磁力传动，可以实现零泄漏，既环保又安全。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1：本申请船用SCR尿素计量喷射系统结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本申请的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本申请的目的、特征和效果。

如图1所示，本实施例一种船用SCR尿素计量喷射系统，包括：尿素输送计量单元、压缩空气输送单元以及喷枪单元，所述尿素输送计量单元的输出端与所述喷枪单元的第一输入端连通设置，所述压缩空气输送单元的输出端与所述喷枪单元的第二输入端连通设置。在本实施例中，尿素及压缩空气最终经过喷枪单元的混合雾化后喷出。船舶脱硝需要使用尿素作为还原剂，通过本实施例能对还原剂实现精确计量，从而实现船舶脱硝环保达标。

其中，所述尿素输送计量单元、压缩空气输送单元以及喷枪单元均匀控制单元电连接。

在本实施例中，所述喷枪单元包括喷枪20，其中所述第一输入端与所述第二输入端可以设置在喷枪20上的不同位置，亦可为设置在喷枪20上的同一位置，而图1仅仅示意了所述第一输入端与所述第二输入端为不同位置时的结构图，但是其设置位置并不会对本申请的保护范围造成限定。

所述尿素输送计量单元，包括：第一手动球阀1、至少一个泵送子单元、流量计9以及第一压力变送器10，其中，所述第一手动球阀1、至少一个泵送子单元、流量计9以及第一压力变送器10依次设置在尿素输送管路上；其中，所述尿素输送管路的输入端输入尿素，所述尿素输送管路的输出端与所述喷枪单元的第一输入端连通设置；其中，所述泵送子单元并联设置在所述第一手动球阀1与所述流量计9之间的所述尿素输送管路上。其中，在本实施例中，所述泵送子单元的设置数量优选为两个，即一主一副设置。当然，所述泵送子单元的设置数量亦可为两个以上，但是会增加系统的投资成本，其设置数量并不对本申请的保护范围造成限定。

所述泵送子单元包括：泵4、压力表5以及止回阀7，其中，所述泵4、压力表5以及止回阀7依次设置在所述第一手动球阀1与所述流量计9之间的所述尿素输送管路上。

在本实施例中，所述泵4优选为齿轮泵，并配置变频器，其可调节齿轮泵的转速，上述配置要求能满足多种型号船用发动机的SCR技术中的尿素用量要求。其中，齿轮泵本身是容积泵，具有优良的流量-转速线性，流量输送稳定，通过SCR反应器进出口NOx含量等参数的综合运算即可变频调节齿轮泵的转速，从而实现尿素量的粗调，齿轮泵的磨损及压缩空气输送管路的压力波动都可能导致齿轮泵流量-转速对应曲线的偏移，因此在尿素输送管路设置的流量计9可对尿素流量进行监控，并通过流量信号反馈来调整齿轮泵的转速，实现尿素量的微调，通过上述的粗调和微调，可以对尿素流量进行精确计量。

在本实施例，所述齿轮泵优选设置为两台，互为备用，一台故障时可以自动切换到另外一台。所述齿轮泵采用磁力传动，可以实现零泄漏，既环保又安全。

其中，每个泵送子单元中的泵4分别配置一止回阀7，该止回阀7可防止一台泵4启用的时候，另外一台泵4反转，从而规避这种情况引起的流量调节误差。

作为进一步地改进，所述泵送子单元还包括第二手动球阀3和第三手动球阀6，所述第二手动球阀3靠近所述泵4的输入端设置，所述第三手动球阀6靠近所述压力表5的输出端设置。所述第二手动球阀3和所述第三手动球阀6之间设置的泵4和压力表5，当泵4或压力表5任意出现故障时，可通过手动切断第二手动球阀3和第三手动球阀6将其隔离开，以进行单独的替换或维修工作。

所述尿素输送计量单元还包括第一过滤器2和第二过滤器11，所述第一过滤器2设置在所述第一手动球阀1与所述泵送子单元之间的所述尿素输送管路上，所述第二过滤器11设置在所述第一压力变送器10的输出端以及所述喷枪单元的第一输入端之间的所述尿素输送管路上。其中，所述第一过滤器2可以对泵4进保护，防止泵4磨损，所述第二过滤器11可对所述尿素输送管路的介质进行过滤，放置喷枪20堵塞。

所述尿素输送计量单元还包括安全阀12，所述安全阀12的输入端通过第一管路121与所述第一手动球阀1和所述泵送子单元之间的所述尿素输送管路连通设置，其输出端通过第二管路122与所述泵送子单元和所述流量计 9之间的所述尿素输送管路连通设置。

所述尿素输送计量单元还包括第四手动球阀8，所述第四手动球阀8设置所述泵送子单元与所述流量计9之间的所述尿素输送管路上。

本实施例在所述泵送子单元的出口汇总管中设置的压力变送器，可对所述尿素输送管路的压力进行监控，当压力低于0.45MPa，并延时1min左右时，所述压力变送器则进行低压报警，并停止运行所述泵送子单元中的齿轮泵，这个时候表明所述尿素输送管路出现问题；当压力高于0.55MPa时则进行高压报警，说明所述尿素输送管路或者所述喷嘴堵塞；当压力高于1.1MPa时，所述安全阀12起跳，尿素回流至泵送子单元的进口总管，可以有效地防止管路压力过高，损坏所述泵4。上述压力的数值范围可根据实际情况进行设定，上述公开压力范围并不对本申请的保护范围造成限定。

进一步地，所述压缩空气输送单元包括：第五手动球阀13、过滤减压阀 14、第二压力变送器15、第一电磁阀16，其依次设置在压缩空气输送管路上，其中所述第五手动球阀13的输入端连接压缩空气，所述第一电磁阀16的输出端通过第三管路19与所述喷枪单元的第二输入端连通设置。当所述第一电磁阀16接通时，压缩空气可使尿素在喷枪20内雾化。

其中，所述过滤减压阀14可对压缩空气进行过滤，防止喷枪20堵塞。

优选地，所述压缩空气输送管路设置的第二压力变送器15，只有压力 0.45-0.55MPa时，才能开启本系统。

所述压缩空气输送单元还包括第二电磁阀17，所述第二电磁阀17的输入端与设置在所述第二压力变送器15和所述第一电磁阀16之间的所述压缩空气输送管路连通设置，所述第二电磁阀17的输出端通过第四管路18与靠近所述喷枪单元的第一输入端设置的所述尿素输送管路连通设置。由于所述第二电磁阀17与第四管路18与所述尿素输送管路连通设置，当所述尿素输送计量单元停机后，关闭第一电磁阀16，开启第二电磁阀17，并通过第二电磁阀17对所述尿素输送管路进行吹扫，以保持所述尿素输送管路的清洁。

本实施例还包括第六手动球阀21，所述第六手动球阀21的输入端与设置在所述第二压力变送器15和所述第一电磁阀16之间的所述压缩空气输送管路连通设置，其输出端与第一管路121连通设置。当本实施例长时间不用时，手动关闭第一手动球阀1，开启第六手动球阀21，通入压缩空气对所述尿素输送管路进行吹扫，吹扫5min后手动关闭第六手动球阀21，打开第一手动球阀1。

其中，由于第六手动球阀21的上述设置方式，其可对通过第一管路121 进入所述尿素输送管路，并对设置在所述第一手动球阀1下游的管路(包括每一并联设置的泵送子单元)进行全面吹扫，以保持管路的清洁。

本实施例的具体工作过程，如下所示，其中以如图1示意的设置两个泵送子单元进行说明：

1)启动准备工作及压缩空气输送单元的开启；

第一手动球阀1、两个第二手动球阀3、两个第三手动球阀6均打开，关闭第四手动球阀8，控制单元自动检测本实施例中的泵4、检测仪表(包括压力表5、压力变送器等)是否显示正常，控制单元自动检测第二压力变送器15，检测其压力是否在设定范围内，若该压力在设定范围内，当所述第二压力变送器15的压力在设定范围内后，第二电磁阀17开启，使压缩空气通过压缩空气输送管路并最终通过第四管路18对所述尿素输送管路进行吹扫，吹扫30s，30s后关闭第二电磁阀17，然后开启第一电磁阀16，从而使压缩空气通过压缩空气输送管路并通过第三管路19进入喷枪20中。

2)尿素输送计量单元开启

控制单元自动开启齿轮泵，齿轮泵首次开机通过设定主泵、辅泵来确定开其中一个，主泵与辅泵通过设定的时间自动切换，或者在控制面板上手动切换。齿轮泵的转速根据SCR反应器的进出口NOx含量及其他参数综合运算确认的尿素量来调节，最终通过流量计9进行微调，从而实现精准计量与控制。

当尿素被输送到喷枪20后，与喷枪20内的压缩空气混合，激烈碰撞，雾化成极小颗粒在高温烟气中参与脱硝反应。

3)尿素溶液计量及喷射停止

当第二压力变送器15压力低于设定压力、第一压力变送器10压力高于设定压力，或者其他的故障信号，尿素溶液计量及喷射停止运行，即先停止运行两个泵4，后关闭第一电磁阀16，开启第二电磁阀17，压缩空气走第四管路18并对尿素输送管路进行吹扫，吹扫5min后，关闭第二电磁阀17。

4)手动清洁

当本实施例长时间不用时，手动关闭第一手动球阀1，开启第六手动球阀21，通入压缩空气对所述尿素输送管路进行吹扫，吹扫5min后手动关闭第六手动球阀21，打开第一手动球阀1。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限定，参照较佳实施例对本申请进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围，均应涵盖在本申请的权利要求范围内。

设计图

一种船用SCR尿素计量喷射系统论文和设计

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主设计要求

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设计说明书

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