一种船舶柴油机尾气脱硝装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种船舶柴油机尾气脱硝装置，其包括箱体，该箱体的一端与船舶柴油机尾气出口连接，另一端通大气；箱体中设置有低温等离子体净化模块和光催化净化模块，该低温等离子体净化模块包含并联设置的若干组等离子体反应器；该光催化净化模块具有平板式结构，包含若干平行设置的紫外灯管与光催化膜。本发明专利技术的脱硝装置采用箱式外形，便于船舱布置与固定，处理流量高达0.28 m3/s符合船舶柴油机尾气排放流量要求，尾气在装置中的停留时间长达3.5 s，保证了较高的脱硝处理效率。本发明专利技术装置节能、环保，实验室小试装置的净化模拟船舶柴油机尾气的脱硝率高达80%‑90%。

A diesel engine tail gas denitration device

The invention discloses a marine diesel engine exhaust denitrification device, which comprises a box body, one end of which is connected with the exhaust gas outlet of the marine diesel engine and the other end is connected with the atmosphere; the box body is provided with a low temperature plasma purification module and a photocatalytic purification module, and the low temperature plasma purification module comprises a number of groups arranged in parallel, etc. The photocatalytic purification module has a planar structure and comprises a number of parallel ultraviolet lamp tubes and photocatalytic membranes. The denitrification device of the invention adopts a box shape, which is convenient for cabin arrangement and fixing. The treatment flow rate is up to 0.28 m3/s and the residence time of the tail gas in the device is up to 3.5 s, which ensures high denitrification treatment efficiency. The device of the invention is energy-saving and environment-friendly, and the denitrification rate of the tail gas of the simulated marine diesel engine is as high as 80%90%.

【技术实现步骤摘要】
一种船舶柴油机尾气脱硝装置
本专利技术涉及一种船舶柴油机尾气脱硝装置，具体涉及一种低温等离子体与光催化技术联合作用的船舶柴油机尾气脱硝装置。
技术介绍
船舶污染排放在交通移动源中占有重要比例。与机动车源相比较，船舶污染源虽排放总量较少，但船舶柴油机以重油和柴油为主要燃料，具有油耗高、污染物单机排放量大等特点。船舶柴油机尾气中的NOx对人体的呼吸系统、心脏、肝脏、肾等器官都能产生严重危害，同时还是引起酸沉降和光化学烟雾的主要因素之一。柴油机产生的NOX有三种类型，分别是瞬发型(PromptNOX)、燃料型(FuelNOX)以及热力型(ThermalNOX)。热力型NOX是指在高温富氧燃烧条件下，N2和O2发生化合反应所生成的NOX。相关研究表明，发动机气缸内燃烧温度大于2000K时，热力型是NOX主要生成途径。为了使柴油机具有高功率密度和良好的经济性，一般其燃烧温度都会远高于2000K。因此船舶尾气中NOX的来源主要是柴油机产生的热力型NOX，主要成分是NO和NO2，其他氮氧化物含量极微。低温等离子体技术(Non-thermalplasma)和光催化技术(Photocatalysis)作为近几年来气体污染物治理领域的热点技术，受到广泛的科研关注，两者在NO净化方面也取得了良好的效果。然而，低温等离子体处理技术存在副反应较多，能耗较高等技术问题。研究发现，联合使用低温等离子体和光催化技术，则被视为污染气体处理过程中解决这类问题的有效途径。经对现有技术的文献检索发现，公开号为CN101024148A的中国专利公开了一种光催化协同等离子体作用的一体式机动车尾气净化装置，该装置采用并联同轴套管的放电结构，陶瓷管腔体表面负载二氧化钛，内外管形成电极布局。但是，该专利技术用来处理机动车尾气，气体流量小，且气体光催化的反应时间短，仅为0.5s，气体净化效率无法保障。检索中还发现，公开号为CN2660374的中国技术专利公开了一种气体净化器，该净化器采用等离子体偶合光催化单元组件，其电极内侧有刚性电解质阻挡层，所用电极之一为负载了光催化剂的平板状多孔体。虽然该装置对空气有较好的净化作用，但是由于该装置的气体要经过一个Z字形转向，从而增大了气流的阻力，同时电极的加工工艺复杂，增加了制造成本。且上述两个专利的共同特点是，光催化与等离子体采用的是一体式结构，两者共用一个腔体，废气同时受到等离子和光催化的氧化作用，但存在等离子体和光催化的具体反应条件冲突，而且没有成熟的理论支撑的问题。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于，克服现有等离子体和光催化技术联合使用存在的技术缺陷，提供一种结构简单、成本低、尾气停留时间长、气体流场通畅、净化效果好的一种光催化与低温等离子体技术联合作用的分离式布置结构的船舶柴油机尾气脱硝装置。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种船舶柴油机尾气脱硝装置，其包含：箱体，该箱体的一端与船舶柴油机尾气出口连接，另一端通大气；箱体中设置有低温等离子体净化模块和光催化净化模块，该低温等离子体净化模块包含并联设置的若干组等离子体反应器；该光催化净化模块具有平板式结构，包含若干平行设置的紫外灯管与光催化膜。较佳地，所述低温等离子体净化模块包含并联设置的若干组等离子体反应器。较佳地，所述低温等离子体净化模块还包含中框和支柱，所述的等离子体反应器通过支柱固定，设置在中框内，形成一个整体的过气截面。较佳地，所述低温等离子体净化模块包含10-50组等离子体反应器。较佳地，所述的等离子体反应器包含：绝缘塞、进气口、中心电极、接地电极及管壳，其中，绝缘塞设置在管壳的两端，进气口及中心电极设置在管壳内，接地电极设置在管壳的外壁，接地。较佳地，所述的等离子体反应器具有单介质石英管阻挡放电结构，管壳为石英管。较佳地，所述的光催化膜负载在钛基板上，选择负载型TiO2光催化膜或负载型TiO2/Ti光催化膜。较佳地，所述负载型TiO2光催化膜是利用溶胶凝胶法在钛板表面负载纳米尺度的二氧化钛，二氧化钛呈四方晶系的锐钛矿相结构，其晶粒的平均尺寸约为31.20nm。较佳地，所述的钛基板的长度小于箱体的高度，该钛基板交替固定在箱体的顶部或底部，使得箱体内气体的流场呈“S”字形。本专利技术的装置处理流量高达0.28m3/s符合船舶柴油机尾气排放流量要求，尾气在装置中的停留时间长达3.5s，保证了较高的脱硝处理效率。本专利技术装置结构简单、成本低、节能、环保。附图说明图1为本专利技术低温等离子与光催化联合作用的船舶柴油机尾气脱硝装置示意图。图2为本专利技术装置的低温等离子体反应器结构示意图。图3a为本专利技术装置的低温等离子体反应器组合排列型式及模块整体设计的截面图；图3b为本专利技术装置的低温等离子体反应器组合排列型式及模块整体设计的主视图。图4为本专利技术装置的光催化反应器内部气体流线设计图。图5为本专利技术装置的光催化膜的XRD衍射图谱。图6为本专利技术装置的光催化膜的表面形貌。图7为本专利技术装置的光催化模块整体设计图。图8为本专利技术装置净化模拟柴油机尾气的系统流程图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。如图1所示，为本专利技术的一种将低温等离子体与光催化技术联合作用的分离式布置结构的船舶柴油机尾气脱硝装置，其包括分离式布置的低温等子体净化单元30和光催化净化单元40。其中，进气口10与船舶柴油机尾气出口连接；排气口20连通大气。进气口10的直径设计为85mm，与柴油机排气管道直径一致，前后端的扩张及收缩管长度为200mm。该脱硝装置采用箱式外形，便于船舱布置与固定，依据船舶工况设计装置的处理流量为0.28m3/s。考虑到装置内布置的电极和紫外灯等，设计箱体尺寸为1.5m*0.82m*0.82m，加上进气口收缩段的体积0.4m3，故而箱体装置总体积为1.4m3。所述等离子净化单元模块，综合考虑反应装置中的压力、处理设备的成本及稳定性，本专利技术选用单介质阻挡放电结构的低温等离子体反应器，其具有结构简单，生成等离子体均匀的特点。介质阻挡放电是在两块电极中间加入绝缘物，电极上施加高压交流电，电极间的空气在高电压作用下被击穿电离，产生等离子体。按照介质与电极组合形式，可以分为3种：(1)单侧单层介质阻挡，其结构简单制作成本低而且技术成熟，且金属电极利于反应热量的扩散；(2)双层介质阻挡，放电产生的等离子在两层介质中间，有效避免了反应物与电极的接触对电极造成腐蚀。(3)中间单层介质阻挡，介质两侧均能够生成等离子体，而且能够避免电击穿产生电火花。此三种结构均能在常温常压下稳定的产生等离子体。本申请采用的是第(3)种，石英管作为中间单层阻挡介质。所述等离子体反应器结构，参见图2，包括：绝缘塞311，等离子体反应器进气口312，中心电极313，接地电极314(外电极)，石英管315。图中hv(Highvoltage)指的是电源高压端。其中，中心电极313为不锈钢棒，直径为8.5mm，作为高压电极；接地电极(外电极)314为镀镍层，紧贴石英管外壁，并将之接地；石英管315的外径为20mm，内径为17mm，作为低温等离子体装置的阻挡介质。石英管与中心电极之间有8.5mm的间隙区域，该区域作为低温等离子体反应放电区，放电区长度为460mm，等离子体反应器总体长度为500mm。所述低本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种船舶柴油机尾气脱硝装置，其特征在于，该装置包含：箱体，该箱体的一端与船舶柴油机尾气出口连接，另一端通大气；箱体中设置有低温等离子体净化模块和光催化净化模块；所述低温等离子体净化模块包含并联设置的若干组等离子体反应器；所述的光催化净化模块具有平板式结构,包含若干平行设置的紫外灯管与光催化膜。

【技术特征摘要】
1.一种船舶柴油机尾气脱硝装置，其特征在于，该装置包含：箱体，该箱体的一端与船舶柴油机尾气出口连接，另一端通大气；箱体中设置有低温等离子体净化模块和光催化净化模块；所述低温等离子体净化模块包含并联设置的若干组等离子体反应器；所述的光催化净化模块具有平板式结构,包含若干平行设置的紫外灯管与光催化膜。2.如权利要求1所述的船舶柴油机尾气脱硝装置，其特征在于，所述低温等离子体净化模块还包含中框和支柱，所述的等离子体反应器通过支柱固定，设置在中框内，形成一个整体的过气截面。3.如权利要求2所述的船舶柴油机尾气脱硝装置，其特征在于，所述过气截面的面积大于柴油机排气管道的截面积。4.如权利要求1所述的船舶柴油机尾气脱硝装置，其特征在于，所述低温等离子体净化模块包含10-50组等离子体反应器。5.如权利要求1所述的船舶柴油机尾气脱硝装置，其特征在于，所述的等离子体反应器包含：绝缘塞、等离子体反应器进气口、中心电极、接地电极及...

【专利技术属性】
技术研发人员：范丽，张丽，董耀华，朱红玲，董丽华，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：上海,31