一种船用氨燃料发动机减排装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于氨燃料发动机技术领域，特别涉及一种船用氨燃料发动机减排装置及控制方法，包括氨气供给模块，其具有氨燃料发动机燃料供给管支路；废气混合模块，收集发动机所排尾气，并与所述氨气供给模块连通；反应模块，与所述废气混合模块连通，并为尾气和氨气的混合气进行SCR反应提供场所；排放模块，与所述反应模块连通，排放混合气反应后生成的物质；本发明专利技术将船舶的氨燃料直接用作为SCR反应的还原剂，并且氨燃料发动机燃料供给管支路直接供给，能够直接利用船舶的燃料供给系统来为减排装置供给压力。给压力。给压力。

【技术实现步骤摘要】
一种船用氨燃料发动机减排装置及控制方法


[0001]本专利技术属于氨燃料发动机
，特别涉及一种船用氨燃料发动机减排装置及控制方法。

技术介绍

[0002]氨燃料便于储存运输且燃烧不产生二氧化碳，因此其逐渐应用在船舶发动机领域。氨燃料虽然不产生二氧化碳但也能产生其他污染物，比如氮氧化物是氨燃料发动机尾气的主要污染物，这就要求氨燃料船舶必须配备有效的减排装置。
[0003]当前处理尾气中氮氧化物的最有效处理方法是选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction,SCR)，SCR技术是在催化剂的作用下依靠还原剂，将尾气中的氮氧化物(NOx)还原成氮气(N2)和水。
[0004]在反应过程中通常将氨气(NH3)作为还原剂，当前氨气可通过尿素的热解反应获得，但是必须设置尿素的储存及驳运系统以及专门为尿素混合及热解反应设置的单独混合器，无疑会增大重量和占用空间；另外，尿素的热解反应需要在高温环境下进行，将会提高SCR逻辑控制中设置的最低反应限制温度。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种船用氨燃料发动机减排装置及控制方法，以解决现有技术中氨燃料船舶发动机依靠热解尿素获得氨气进行氮氧化物减排的问题。为了实现上述目的，本专利技术通过如下的技术方案来解决：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种船用氨燃料发动机减排装置，包括：
[0007]氨气供给模块，其具有氨燃料发动机燃料供给管支路；
[0008]废气混合模块，收集发动机所排尾气，并与所述氨气供给模块连通；
[0009]反应模块，与所述废气混合模块连通，并为尾气和氨气的混合气进行SCR反应提供场所；
[0010]排放模块，与所述反应模块连通，排放混合气反应后生成的物质。
[0011]作为进一步的技术方案，所述氨气供给模块还具有氨燃料供气管支路，其与所述氨燃料发动机燃料供给管支路并联。
[0012]作为进一步的技术方案，在所述氨气供给模块与所述废气混合模块之间的连通管路上设置缓存罐。
[0013]作为进一步的技术方案，在所述氨气供给模块与所述废气混合模块之间的连通管路上设置设置比例阀以及调节其开度的控制器。
[0014]作为进一步的技术方案，所述废气混合模块包括废气总管以及与其连通的废气支管，所述废气总管与所述氨气供给模块连通，所述废气支管与所述反应模块连通。
[0015]作为进一步的技术方案，所述反应模块包括反应罐，所述反应罐分为入口区和反应区，所述反应区内横向设置至少一层SCR反应所需的催化剂。
[0016]作为进一步的技术方案，所述反应区内横向设置至少一层N2O催化裂解反应所需的催化剂。
[0017]作为进一步的技术方案，所述入口区变径缩口设置，从入口处依次向内加装导流叶片与均布叶片，混合气通过两者导流后从小截面至大截面均匀分布。
[0018]作为进一步的技术方案，所述排放模块排放口处设置第一NOx传感器和NH3逃逸传感器，所述反应模块入口处设置第二NOx传感器。
[0019]第二方面，本专利技术提供了一种氨气喷射供给量控制方法，采用如第一方面的减排装置，包括以下步骤：
[0020]以发动机功率负荷百分比和转速信号为输入边界条件建立发动机NOx排放浓度预测模型，根据NOx排放预测值并利用化学平衡法确定初始NH3喷射供给量；
[0021]以第一NOx传感器、第二NOx传感器、NH3逃逸传感器、排放模块排放口处NOx和NH3设定运行极值的信号以及催化反应温度为边界条件建立催化反应机理模型；
[0022]建立催化剂温度响应模型，以其与催化反应机理模型的综合影响为反馈条件，求和确定NH3的最小喷射供给量，通过响应曲线法确定比例阀的最小开度值。
[0023]上述本专利技术的有益效果如下：
[0024](1)本专利技术将船舶的氨燃料直接用作为SCR反应的还原剂，无需额外设置催化剂的储存及驳运系统；由于氨燃料发动机SCR不再需要尿素热解来制备氨气，因此SCR可以不再需要专门为尿素混合及热解反应设置单独的混合器，并可以重新设置SCR逻辑控制中的最低反应限制温度；并且氨燃料发动机燃料供给管支路直接供给，能够直接利用船舶的燃料供给系统来为减排装置供给压力。
[0025](2)本专利技术主供给管路来自氨燃料发动机燃料供给管，依靠发动机的供气系统为减排装置提供供气压力。在主供气管路无法满足压力要求时，氨燃料的供气管路可辅助氨燃料发动机燃料供给管供压。
[0026](3)本专利技术在氨气供给模块与废气混合模块之间的连通管路上设置缓存罐，可以为氨气的供给提供一个持续且稳定的压力源。
[0027](4)本专利技术设置废气总管以及与其连通的废气支管，氨气在废气总管内实现与废气的初次混合，至废气总管后和反应模块之间的废气支管中实现二次混合，增加了氨与废气混合的时间和空间长度，较常规SCR系统减少了混合蒸发器，简化了系统组成，降低了设备空间尺寸，也一定程度上减少了材料消耗成本。
[0028](5)本专利技术提出的氨气喷射供给量控制方法，能够实现NH3喷射供给量的最小量供给和精准控制，能够在满足排放要求的前提下降低NH3消耗量，减少还原剂使用成本。
附图说明
[0029]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限定。还应当理解，这些附图是为了简化和清楚而示出的，并且不一定按比例绘制。现在将通过使用附图以附加的特征和细节来描述和解释本专利技术，其中：
[0030]图1示出了本专利技术实施例中减排装置布局示意图。
[0031]图中：1、氨燃料发动机燃料供给管支路；2、氨燃料供气管支路；3、氨气增压泵；4、
安全泄压阀；5、缓存罐；6、减压阀组；7、流量计；8、比例阀；9、氨气释放装置；10、导流叶片；11、均布叶片；12、主控柜；13、氨气加注控制箱；14、第一NOx传感器；15、入口阀；16、出口阀；17、旁通阀；18、反应区压差传感器；19、减排装置压差传感器；20、第二NOx传感器；21、NH3逃逸传感器；22、控制器；23、增压器；24、扫气箱；25、废气总管。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术典型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0033]实施例1
[0034]如图1所示，本实施例提供了一种船用氨燃料发动机减排装置，包括：
[0035]氨气供给模块，其具有氨燃料发动机燃料供给管支路1；
[0036]废气混合模块，收集发动机所排尾气，并与氨气供给模块连通；
[0037]反应模块，与废气混合模块连通，并为尾气和氨气的混合气进行SCR反应提供场所；
[0038]排放模块，与反应模块连通，排放混合气反应后生成的物质。
[0039]本实施例中将船舶的氨燃料直接用作为SCR反应的还原剂，无需额外设置催化剂的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种船用氨燃料发动机减排装置，其特征在于，包括：氨气供给模块，其具有氨燃料发动机燃料供给管支路；废气混合模块，收集发动机所排尾气，并与所述氨气供给模块连通；反应模块，与所述废气混合模块连通，并为尾气和氨气的混合气进行SCR反应提供场所；排放模块，与所述反应模块连通，排放混合气反应后生成的物质。2.如权利要求1所述的一种船用氨燃料发动机减排装置，其特征在于，所述氨气供给模块还具有氨燃料供气管支路，其与所述氨燃料发动机燃料供给管支路并联。3.如权利要求2所述的一种船用氨燃料发动机减排装置，其特征在于，在所述氨气供给模块与所述废气混合模块之间的连通管路上设置缓存罐。4.如权利要求2所述的一种船用氨燃料发动机减排装置，其特征在于，在所述氨气供给模块与所述废气混合模块之间的连通管路上设置设置比例阀以及调节其开度的控制器。5.如权利要求1所述的一种船用氨燃料发动机减排装置，其特征在于，所述废气混合模块包括废气总管以及与其连通的废气支管，所述废气总管与所述氨气供给模块连通，所述废气支管与所述反应模块连通。6.如权利要求1所述的一种船用氨燃料发动机减排装置，其特征在于，所述反应模块包括反应罐，所述反应罐分为入口区和反应区，所述反应区内...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘佃涛，张光伟，程琳琳，骆素爽，宋红卫，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团柴油机有限公司，
类型：发明
国别省市：