一种清洁排放的船舶动力系统技术方案

一种清洁排放的船舶动力系统，有氨气液化系统、氨气输送系统和氨燃料主机，氨燃料主机的排烟管与烟气混合器连接，氨燃料主机排放的尾气进入烟气混合器内，烟气混合器与SCR反应器连接，氨燃料主机还连接有氨燃料供给系统。氨燃料供给系统带有液氨燃料储罐，液氨燃料储罐内带有液氨低压泵，液氨低压泵将液氨泵出，经过液氨日用罐、液氨增加泵、第一阀门、液氨加热器、液氨供给缓冲罐，输送给氨燃料主机。本发明专利技术提供一种采用氨作为船舶动力燃料的系统，由于氨本身不含硫、碳元素，其燃烧产物仅为氮气和水，为空气主要成分，排放尾气不含硫氧化物和二氧化碳，极具清洁环保特性。

【技术实现步骤摘要】
一种清洁排放的船舶动力系统
本专利技术涉及船舶建设及船舶设计领域，具体涉及一种燃料清洁、排放清洁的船舶动力系统。
技术介绍
常规燃油动力的船舶，其排放尾气含有大量的二氧化碳、硫氧化物、氮氧化物等，上述气体的排放，将造成严重的温室气体效应、光化学烟雾、酸雨等污染，危及全球气候和人类生存健康。IMO国际海事组织针对上述船舶尾气排放，分别制定了相应的排放控制法规，以降低船舶尾气中的污染排放。关于二氧化碳排放：当前全球气候变暖现象加剧，导致世界各地极端气候现象及自然灾害频发，其罪魁祸首为以CO2为代表的温室气体排放。在船舶航运领域，IMO国际海事组织也制定了最新的关于碳排放EEDI标准，随着时间推移，该标准对船舶设计、船舶配套设备、新能源技术应用等提出了更高的要求。关于硫氧化物排放：IMO国际海事组织规定2020年1月起，全球船用燃料含硫量不能超过0.5％，在指定排放控制ECA区，实施更加严格的0.1％硫含量限制，以减少船舶尾气中硫氧化物排放，改善空气质量以保护环境。当前主流的应对措施主要有：①采用较为昂贵的0.1％船用轻柴油MGO或超低硫燃油ULSFO；②采用较为廉价的HFO燃油，安装昂贵的尾气洗涤塔设备；③采用液化天然气LNG作为替代船用燃料，配套昂贵的液化天然气存储和供气设备。关于氮氧化物排放：对于2016年1月1日及以后建造的、来往于北美洲及美国加勒比海等排放控制区域的所有船舶，均需满足IMOTierIII氮氧化物排放标准，较IMOTierII氮氧化物排放标准，船舶尾气中氮氧化物须减少约76％，这一要求对船用发动机设计造成了巨大挑战。当前主流的应对措施主要有采用选择性催化还原(SCR)系统或气再循环(EGR)系统。氨(-33.6℃，1大气压力，液体状态)作为一种重要的化工原料，在化学医药及农药领域、国防工业领域、冶金工业领域等存在着广泛应用，早在20世纪60年代，以氨为燃料的发动机在汽车、船舶及航天火箭等领域已经具有实际应用。氨通常以液态方式存储及运输，在陆上已具有成熟应用，同时，氨可作为燃料燃烧，由于本身不含硫，其燃烧产物为仅氮气和水，不存在碳排放、硫排放问题，是一种十分清洁的燃料。当前，德国曼集团研发一种可燃烧液氨燃料的双燃料低速主机，使用70bar压力的液体氨喷入气缸燃烧，该机型的船舶应用，可实现船舶主机推进系统的“零碳”“零硫”排放，极具环保价值。但该氨燃料低速主机采用迪塞尔循环，其排放尾气仍含有NO及NO2等氮氧化物，不满足IMOtierIII对于氮氧化物的排放标准，针对该种情况，传统做法是额外增加一套主机尾气后处理装置SCR反应器装置，使用喷射尿素的方式与尾气混合，混合气体经SCR反应器，在催化剂下发生还原反应，尾气中氮氧化物被还原为N2，反应附加生成CO2和水，尾气排放至大气；但此种处理方式，还需要一套额外的尿素存储、喷射、清洗、吹灰等系统，同时反应后的尾气中又由于尿素作为还原剂掺杂进来了CO2，该发动机的尾气虽处理了氮氧化物，但排放无法做到“零碳”排放。氨燃料发动机使用的氨燃料在船舶上以液体状态存储，以节省燃料存储空间。根据船舶类型、船舶尺度、续航力等需求，采用不同容积、不同型式、不同设计压力的液氨存储罐，通常分为半冷半压式(设计温度-40℃，设计压力4～10barg不等，C型储罐)、全冷式(设计温度-40℃，设计压力0.7barg，B型储罐或薄膜型储罐)两种。液氨易挥发，具有毒性，由于外界热量不断透入液氨燃料储罐，导致液氨不断挥发，挥发的氨气积聚在燃料储罐中，将导致储罐压力上升，如不及时处理氨挥发气，将导致安全阀起跳事故，甚至液氨燃料储罐结构破坏。综上，氨燃料作为船用动力燃料，其燃烧产物不含硫氧化物、二氧化碳，极具环保特性，但MAN公司研发的氨燃料发动机尾气仍会产生氮氧化物。因此，需研发一套零“二氧化碳、硫氧化物”排放的以液氨为燃料的船舶动力系统，使排放尾气满足IMOtierIII氮氧化物三级排放标准，实现船舶动力系统的清洁排放。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种清洁排放的船舶动力系统，旨在达到主机在工作过程中不会产生二氧化碳、硫氧化物等污染气体，主机排放尾气符合IMOtierIII氮氧化物三级排放标准，做到清洁排放的目的，其所采用的技术方案是：有氨气液化系统、氨气输送系统和氨燃料主机，所述氨燃料主机的排烟管与烟气混合器连接，氨燃料主机排放的尾气进入烟气混合器内，所述烟气混合器与SCR反应器连接，氨燃料主机还连接有氨燃料供给系统。本专利技术提供一种采用氨作为船舶动力燃料的系统，由于氨本身不含硫、碳元素，其燃烧产物仅为氮气和水，为空气主要成分，排放尾气不含硫氧化物和二氧化碳，极具清洁环保特性。所述氨燃料供给系统带有液氨燃料储罐，所述液氨燃料储罐内带有液氨低压泵，所述液氨低压泵将液氨泵出，经过液氨日用罐、液氨增加泵、第一阀门、液氨加热器、液氨供给缓冲罐，输送给氨燃料主机。本专利技术通过液氨低压泵和液氨增压泵建立50bar燃料供给压力，将液氨从液氨燃料储罐内泵出，经过第一阀门，输送到液氨加热器，通过液氨加热器对液氨燃料温度调节，达到氨燃料主机所需45±10℃供给温度，升温后的氨燃料供给主机使用。液氨加热器与氨燃料主机之间设置液氨供给缓冲罐，缓冲系统压力波动。所述氨气输送系统是，所述液氨低压泵将液氨从所述液氨燃料储罐内泵出，输送至液氨蒸发器，经过所述液氨蒸发器处理后，再经过氨气气体缓冲罐及氨气加热器处理，通过管路输送至所述烟气混合器，与尾气混合。低温液氨通过低压泵泵出，输送至液氨蒸发器处，进行蒸发，形成低温氨气，低温氨气经管路、氨气气体缓冲罐进入氨气加热器内加热，氨气加热器所需要的热量是由主机锅炉的蒸汽供给，氨气加热器由于对温度要求较高，本专利技术采用锅炉蒸汽直接加热。通过氨气加热器进行加热形成的高温氨气，进入烟气混合器内，与主机排放的尾气、压缩后的空气混合，均匀混合后的混合气体进入SCR反应器内，SCR反应器处理后，形成清洁的气体排放至大气中。本专利技术虽采用清洁环保的氨作为燃料，但是氨燃料主机产生的尾气中依然含有NO及NO2等氮氧化物，不满足IMOtierIII对于氮氧化物的排放标准。针对这种情况，本专利技术采用高温氨气气体作为SCR反应器的还原剂，替代传统的尿素固体颗粒。由于氨气气体扩散均匀，不含固体杂质，无需清洗水系统，且与烟气混合更加充分，因此烟气混合器的容积可大大减小，在氨燃料主机尾气排烟管设置烟气混合器和SCR反应器，烟气混合器实现尾气、压缩空气和高温氨气预混合，SCR反应器实现高温氨气与尾气中氮氧化物发生还原反应，实现清洁排放。所述氨气液化系统带有氨气压缩机，所述液氨燃料储罐内的氨气挥发气体经过管路，流入所述氨气压缩机内，所述氨气压缩机通过管路分别与所述氨气气体缓冲罐、氨气预冷却器连接，所述氨气预冷却器与氨液化装置连接，所述氨液化装置通过管路与所述氨燃料储罐连接，形成回路。本专利技术设置的氨气液化系统可以充分保障整个动力系统的安全，当液氨燃料储罐内产生过多的氨气时，当发动机停机或发动机尾气处理系统无法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种清洁排放的船舶动力系统，其特征在于：有氨气液化系统、氨气输送系统和氨燃料主机，所述氨燃料主机(19)的排烟管与烟气混合器(14)连接，所述氨燃料主机排放的尾气进入烟气混合器内，所述烟气混合器(14)与SCR反应器(15)连接，所述氨燃料主机还连接有氨燃料供给系统；/n所述氨燃料供给系统带有液氨燃料储罐(1)，所述液氨燃料储罐内带有液氨低压泵(2)，所述液氨低压泵将液氨泵出，经过液氨日用罐(3)、液氨增加泵(4)、第一阀门(27)、液氨加热器(6)、液氨供给缓冲罐(7)，输送给氨燃料主机；/n所述氨气输送系统是，所述液氨低压泵将液氨从所述液氨燃料储罐内泵出，输送至液氨蒸发器(5)，经过所述液氨蒸发器处理后，再经过氨气气体缓冲罐及氨气加热器(11)处理，通过管路输送至所述烟气混合器，与尾气混合；/n所述氨气液化系统带有氨气压缩机(16)，所述液氨燃料储罐内的氨气挥发气体经过管路，流入所述氨气压缩机内，所述氨气压缩机通过管路分别与所述氨气气体缓冲罐(10)、氨气预冷却器(12)连接，所述氨气预冷却器与氨气液化装置(17)连接，所述氨液化装置通过管路与所述氨燃料储罐连接，形成回路；/n所述液氨增压泵与所述液氨加热器之间设置有第一阀门，所述氨气预冷却器与所述第一阀门并联，液氨增压泵与氨气预冷却器之间设置有第二阀门，氨气预冷却器与液氨加热器之间设置有第三阀门，所述氨气压缩机与所述氨气气体缓冲罐之间设置有第四阀门(30)，所述氨气压缩机与所述氨气预冷却器之间设置有第五阀门(31)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种清洁排放的船舶动力系统，其特征在于：有氨气液化系统、氨气输送系统和氨燃料主机，所述氨燃料主机(19)的排烟管与烟气混合器(14)连接，所述氨燃料主机排放的尾气进入烟气混合器内，所述烟气混合器(14)与SCR反应器(15)连接，所述氨燃料主机还连接有氨燃料供给系统；
所述氨燃料供给系统带有液氨燃料储罐(1)，所述液氨燃料储罐内带有液氨低压泵(2)，所述液氨低压泵将液氨泵出，经过液氨日用罐(3)、液氨增加泵(4)、第一阀门(27)、液氨加热器(6)、液氨供给缓冲罐(7)，输送给氨燃料主机；
所述氨气输送系统是，所述液氨低压泵将液氨从所述液氨燃料储罐内泵出，输送至液氨蒸发器(5)，经过所述液氨蒸发器处理后，再经过氨气气体缓冲罐及氨气加热器(11)处理，通过管路输送至所述烟气混合器，与尾气混合；
所述氨气液化系统带有氨气压缩机(16)，所述液氨燃料储罐内的氨气挥发气体经过管路，流入所述氨气压缩机内，所述氨气压缩机通过管路分别与所述氨气气体缓冲罐(10)、氨气预冷却器(12)连接，所述氨气预冷却器与氨气液化装置(17)连接，所述氨液化装置通过管路与所述氨燃料储罐连接，形成回路；
所述液氨增压泵与所述液氨加热器之间设置有第一阀门，所述氨气预冷却器与所述第一阀门并联，液氨增压泵与氨气预冷却器之间设置有第二阀门，氨气预冷却器与液氨加热器之间设置有第三阀门，所述氨气压缩机与所述氨气气体缓冲罐之间设置有第四阀门(30)，所述氨气压缩机与所述氨气预冷却器之间设置有第五阀门(31)。


2.如权利要求1所述的一种清洁排放的船舶动力系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：片成荣，张义明，邹旭，李照辉，彭贵胜，嵇智勇，李达，孙强，吴楠，吕岩，杜欣，张林涛，郭强，贾淑洁，张艳丽，方芳，薛宇迪，
申请(专利权)人：大连船舶重工集团有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21