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CN106823786A - 一种瓦斯燃烧内燃机脱硝系统及方法 - Google Patents

一种瓦斯燃烧内燃机脱硝系统及方法 Download PDF

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CN106823786A CN201710069185.5A CN201710069185A CN106823786A CN 106823786 A CN106823786 A CN 106823786A CN 201710069185 A CN201710069185 A CN 201710069185A CN 106823786 A CN106823786 A CN 106823786A
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周忠宁
李意民
张国杰
吴继青
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Abstract

一种瓦斯燃烧内燃机脱硝系统及方法，系统包括尿素供给系统、清洗系统、检测反馈系统、催化剂箱体和烟气管道。尿素供给系统包括依次连接的过滤器、柱塞泵、手动球阀、阻尼器、溢流阀、压力表、电动球阀和喷嘴组件。清洗系统Ⅱ包括依次连接的水箱、过滤器、螺杆泵、溢流阀和电动球阀。检测反馈系统与信号处理器连接。使用32.5％的尿素溶液作为还原剂，以喷雾的形式，向烟道内喷雾，使尿素与烟气混合，完成催化还原反应；停止工作时，通过清洗系统的清水冲洗管路，可有效避免系统关停时的堵塞。通过氮氧化物传感器可对比烟气中氮氧化物的含量进行实时测量，查看实际脱硝效果。具有还原效率高、系统简单可靠，克服还原剂难于贮存、不便于运输的缺点。

Description

一种瓦斯燃烧内燃机脱硝系统及方法
技术领域
本发明涉及一种内燃机脱硝系统及方法，尤其是一种适用于烟气脱硝管路技术领域的一种瓦斯燃烧内燃机脱硝系统及方法。
背景技术
瓦斯燃烧内燃机的排气具有温度低、氧气含量高等特点，使得去除NOx的难度很大，因而高效去除内燃机排气中的NOx一直是催化化学研究的难点和热点。迄今为止，已经研究过的去除富氧环境中的NOx的技术有选择性非催化还原(SNCR)、非选择性催化还原(NSCR)、等离子放电(Plasma)、稀燃NOx吸附还原(LNT)以及SCR技术等。从尾气后处理的应用角度来看，SCR和LNT更能适应实际运行中排气流量、温度和组分等频繁变化的特点，故近年来世界各国的研究主要集中在LNT和SCR上。对于内燃机来说，目前实际应用的主要SCR技术。SCR技术的基本原理是向排气中喷射燃油或者添加其他还原剂，选择合适的催化剂，促进还原剂与NOx反应，同时抑制还原剂被排气中的氧气氧化。
目前，脱硝技术主要应用于火力发电厂和船舶或车载柴油机的尾气脱硝，而这些脱硝系统并不能适用于瓦斯燃烧内燃机的脱硝。因此，需要一种还原NOx效率更高、系统更加简单可靠的瓦斯内燃机脱硝系统。
发明内容
技术问题：本发明的目的是克服现有脱硝系统中的不足之处，提供一种使用方便、还原NOx效率更高、系统更加简单可靠的瓦斯内燃机脱硝系统及方法。
技术方案：本发明的瓦斯燃烧内燃机脱硝系统，包括尿素供给系统Ⅰ、清洗系统Ⅱ、检测反馈系统Ⅲ、催化剂箱体Ⅳ和烟气管道，催化剂箱体Ⅳ设在烟道的尾部；
所述的尿素供给系统Ⅰ包括离心水泵、加热器、尿素桶、Y型过滤器一、柱塞泵、手动球阀、阻尼器、溢流阀一、压力表、电动球阀一、喷嘴组件；所述的尿素桶一侧上部设有与下部连通管路，连通管路上依次设有离心水泵和加热器，尿素桶的另一侧中部设有与喷嘴组件相连的管路，该管路上依次设有Y型过滤器一、柱塞泵、手动球阀、阻尼器、溢流阀一、压力表和电动球阀一，其中溢流阀的出口另经管路与连尿素桶的底部相连；所述的喷嘴组件倾斜角度安装在烟道管壁上；
所述的清洗系统Ⅱ包括水箱、Y型过滤器二、螺杆泵、溢流阀和电动球阀二；所述的水箱经管路依次连接有Y型过滤器二、螺杆泵、溢流阀二和电动球阀二，其中溢流阀二的出口另经管路与水箱相连；所述电动球阀二的出口经管路与电动球阀一和喷嘴组件之间的管路相连；
所述的检测反馈系统Ⅲ包括信号处理器、温度感应装置和两个氮氧化物感应装置；所述的信号处理器分别与电动球阀一、电动球阀二、温度感应装置和两个氮氧化物感应装置相连，氮氧化物感应装置一设在位于喷嘴组件前部的烟道管壁上，氮氧化物感应装置二和温度感应装置依次设在位于催化剂箱体Ⅳ后部的烟道管壁上；
所述的柱塞泵和手动球阀并联有两组。
所述的喷嘴套件包括喷嘴和喷嘴基座，所述的喷嘴基座焊接在烟道的开孔处，所述的喷嘴通过开孔处伸入烟道内部与喷嘴基座固连。
所述的喷嘴套件倾斜角度为与烟道内烟气来流方向夹角135°。
所述的催化剂箱体Ⅳ内置有采用V2O5作为主要活性物质，以锐钛矿结构的TiO2为载体的蜂窝状钒基催化剂。
所述的温度感应装置包括温度传感器和基座，所述的基座焊接在所述烟道的开孔处，所述的温度传感器通过所述开孔处垂直伸入所述烟道内部，与所述基座连接。
所述的温度感应装置中的温度传感器为高精度pt100温度传感器。
所述的氮氧化物感应装置包括氮氧化物传感器和基座，所述的基座焊接在烟道的开孔处，所述的氮氧化物传感器通过开孔处垂直伸入所述烟道内部，与基座连接。
所述的氮氧化物感应装置中的氮氧化物传感器为DR-22-DHNOx-Ⅱ氮氧化物传感器。
一种使用上述脱硝系统的瓦斯燃烧内燃机脱硝方法，包括如下步骤：
a.使用32.5％的尿素溶液作为还原剂，在尿素桶内装入满足一周用量的32.5％的尿素溶液；当溶液温度低于0℃时，开启离心水泵，开启加热器；当溶液温度高于10℃时，关闭离心水泵，关闭加热器；
b.开启手动球阀，柱塞泵开始工作，尿素溶液经Y型过滤器一流出，通过柱塞泵增压输出，经设在输送管路上的尿素阻尼器消除柱塞泵产生的脉动压力，再通过压力的溢流阀，将整个管路中的压力稳定在0.6Mpa，最终输送到至喷嘴组件，经喷嘴组件的喷嘴向烟气管道内喷雾，使尿素在烟道中与烟气混合，一起进入催化剂箱体Ⅳ，完成催化还原反应；
c.实时检测反馈系统Ⅲ，当温度感应装置测量到烟道中的烟气温度低于100℃时，信号处理器控制关闭尿素供给系统Ⅰ中的电动球阀一，停止喷射尿素；
d.通过信号处理器比较氮氧化物感应装置和氮氧化物感应装置的测量值差异，查看实际脱硝效果；
e.当内燃机发生故障或正常关闭停止工作时，喷嘴组件停止喷射尿素，清洗系统Ⅱ开始工作，信号处理器控制的电动球阀打开，螺杆泵将水箱中的清水输送到喷嘴组件中，对喷嘴进行清洗，避免喷嘴再次工作时发生堵塞，清洗完毕后，电动球阀关闭，螺杆泵关闭。
有益效果：本发明的瓦斯内燃机脱硝系统使用32.5％的尿素溶液作为还原剂，不仅克服了以往所用还原剂难于贮存、不便于运输的缺点，而且尿素溶液本身无毒、经济效益高。并具有自动控制和调节的功能，当烟道内烟气温度低于100℃，即内燃机发生故障停止工作时，喷嘴停止喷射尿素溶液，防止尿素溶液湿喷现象(喷雾未蒸发)。尿素停止喷射后，高温烟气会使残留溶液析出尿素晶体，容易堵塞喷嘴，通过清洗系统的清水冲洗管路，可有效避免系统关停时的堵塞。通过催化剂箱体前后的氮氧化物传感器可对比烟气中氮氧化物的含量进行实时测量，查看实际脱硝效果。与现有技术相比，具有还原效率更高、系统更简单可靠，操作简便的优点，具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本发明的瓦斯燃烧内燃机脱硝系统示意图。
图中：Ⅰ-尿素供给系统，Ⅱ-清洗系统，Ⅲ-检测反馈系统，Ⅳ-催化剂箱体，1-离心水泵，2-加热器，3-尿素桶，4-Y型过滤器一，5-柱塞泵，6-手动球阀，7-阻尼器，8-溢流阀一，9-压力表，10-螺杆泵，11-水箱，12-Y型过滤器二，13-溢流阀二，14-信号处理器，15-氮氧化物感应装置一，16-电动球阀一，17-喷嘴组件，18-电动球阀二，19-催化剂箱体Ⅳ，20-氮氧化物感应装置二，21-温度感应装置，22-烟道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的说明：
本发明的瓦斯燃烧内燃机脱硝系统，主要由尿素供给系统Ⅰ、清洗系统Ⅱ、检测反馈系统Ⅲ、催化剂箱体Ⅳ19和烟气管道22构成，催化剂箱体Ⅳ19设在烟道22的尾部；
所述的尿素供给系统Ⅰ包括离心水泵1、加热器2、尿素桶3、Y型过滤器一4、柱塞泵5、手动球阀6、阻尼器7、溢流阀一8、压力表9、电动球阀一16、喷嘴组件17；所述的尿素桶3一侧上部设有与下部连通管路，连通管路上依次设有离心水泵1和加热器2，尿素桶3的另一侧中部设有与喷嘴组件17相连的管路，该管路上依次设有Y型过滤器一4、柱塞泵5、手动球阀6、阻尼器7、溢流阀一8、压力表9和电动球阀一16，其中溢流阀8的出口另经管路与连尿素桶3的底部相连；所述的喷嘴组件17倾斜角度安装在烟道22管壁上；喷嘴套件17倾斜角度为与烟道22内烟气来流方向夹角135°；喷嘴套件17所选用的喷嘴为精细雾化喷嘴。所述的柱塞泵5和手动球阀6并联有两组，可实现一备一用的功能。如图1所示，柱塞泵5和手动球阀6先分别串联连接后并联连接到管路上。所述的喷嘴套件17包括喷嘴和喷嘴基座，所述的喷嘴基座焊接在烟道22的开孔处，所述的喷嘴通过开孔处伸入烟道22内部与喷嘴基座固连。所述的尿素桶3选用聚乙烯材质，容量能满足一周的用量，尿素桶储存32.5％的尿素溶液。所述的柱塞泵5需保证管路的工作压力在0.6Mpa以上。
所述的清洗系统Ⅱ包括水箱11、Y型过滤器二12、螺杆泵10、溢流阀13和电动球阀二18；所述的水箱11经管路依次连接有Y型过滤器二12、螺杆泵10、溢流阀二13和电动球阀二18，其中溢流阀二13的出口另经管路与水箱11相连；所述电动球阀二18的出口经管路与电动球阀一16和喷嘴组件17之间的管路相连；
所述的检测反馈系统Ⅲ包括信号处理器14、温度感应装置21和两个氮氧化物感应装置；所述的信号处理器14分别与电动球阀一16、电动球阀二18、温度感应装置21和两个氮氧化物感应装置相连，所述的信号处理器14可以显示烟气温度、氮氧化物浓度。氮氧化物感应装置一15设在位于喷嘴组件17前部的烟道22管壁上，氮氧化物感应装置二20和温度感应装置21依次设在位于催化剂箱体Ⅳ19后部的烟道22管壁上；所述的催化剂箱体Ⅳ19内置有采用V2O5作为主要活性物质，以锐钛矿结构的TiO2为载体的蜂窝状钒基催化剂。所述的喷嘴套件17包括喷嘴和喷嘴基座，所述的喷嘴基座焊接在烟道22的开孔处，所述的喷嘴通过开孔处伸入烟道22内部与喷嘴基座固连；所述的喷嘴套件17倾斜角度为与烟道22内烟气来流方向夹角135°；所述的温度感应装置21包括温度传感器和基座，所述的基座焊接在所述烟道22的开孔处，所述的温度传感器通过所述开孔处垂直伸入所述烟道22内部，与基座连接；所述的温度感应装置21中的温度传感器为高精度pt100温度传感器；
所述的氮氧化物感应装置包括氮氧化物传感器和基座，所述的基座焊接在烟道22的开孔处，所述的氮氧化物传感器通过开孔处垂直伸入所述烟道22内部，与基座连接。所述的氮氧化物感应装置中的氮氧化物传感器为DR-22-DHNOx-Ⅱ氮氧化物传感器。
本发明的瓦斯燃烧内燃机脱硝方法，具体步骤如下：
a.使用32.5％的尿素溶液作为还原剂，在尿素桶3内装入满足一周用量的32.5％的尿素溶液；当溶液温度低于0℃时，开启离心水泵1，开启加热器2；当溶液温度高于10℃时，关闭离心水泵1，关闭加热器2；所述加热器2可加快溶解速度，同时防止尿素结冰，加热器2不能干烧，离心水泵1关闭时加热器2必须关闭，同时，避免长时间开启加热器2，溶液温度过高，超过40℃时，会损坏尿素桶3；尿素桶3出口有一段联通器组成，目的是为了使尿素溶液浓度稳定。
b.开启手动球阀6，柱塞泵5开始工作，尿素溶液经Y型过滤器一4流出，通过柱塞泵5增压输出，经设在输送管路上的尿素阻尼器7消除柱塞泵5产生的脉动压力，再通过压力的溢流阀8，将整个管路中的压力稳定在0.6Mpa，最终输送到至喷嘴组件17，经喷嘴组件17的喷嘴向烟气管道22内喷雾，使尿素在烟道22中与烟气混合，一起进入催化剂箱体Ⅳ19，完成催化还原反应；图中所示的两台柱塞泵5以并联的形式接入，实现一备一用的功能，两台柱塞泵5的出口汇合到尿素干流管路，通过0.6Mpa压力的溢流阀8，将整个管路压力稳定在0.6Mpa。柱塞泵5将尿素通过管路输送到喷嘴组件17。
c.实时检测反馈系统Ⅲ，当温度感应装置21测量到烟道22中的烟气温度低于100℃时，默认为内燃机发生故障或正常关闭停止工作，信号处理器14控制关闭尿素供给系统Ⅰ中的电动球阀一16，停止喷射尿素；
d.通过信号处理器14比较氮氧化物感应装置15和氮氧化物感应装置20的测量值差异，查看实际脱硝效果；
e.当内燃机发生故障或正常关闭停止工作时，喷嘴组件17停止喷射尿素，清洗系统Ⅱ开始工作，信号处理器14控制的电动球阀18打开，螺杆泵10将水箱11中的清水输送到喷嘴组件17中，对喷嘴进行清洗，以避免喷嘴再次工作时发生堵塞，清洗约十分钟之后，电动球阀18关闭，螺杆泵10关闭，结束清洗。

Claims (10)

1.一种瓦斯燃烧内燃机脱硝系统，其特征在于：它包括尿素供给系统Ⅰ、清洗系统Ⅱ、检测反馈系统Ⅲ、催化剂箱体Ⅳ(19)和烟气管道(22)，催化剂箱体Ⅳ(19)设在烟道(22)的尾部；
所述的尿素供给系统Ⅰ包括离心水泵(1)、加热器(2)、尿素桶(3)、Y型过滤器一(4)、柱塞泵(5)、手动球阀(6)、阻尼器(7)、溢流阀一(8)、压力表(9)、电动球阀一(16)、喷嘴组件(17)；所述的尿素桶(3)一侧上部设有与下部连通管路，连通管路上依次设有离心水泵(1)和加热器(2)，尿素桶(3)的另一侧中部设有与喷嘴组件(17)相连的管路，该管路上依次设有Y型过滤器一(4)、柱塞泵(5)、手动球阀(6)、阻尼器(7)、溢流阀一(8)、压力表(9)和电动球阀一(16)，其中溢流阀(8)的出口另经管路与连尿素桶(3)的底部相连；所述的喷嘴组件(17)倾斜角度安装在烟道(22)管壁上；
所述的清洗系统Ⅱ包括水箱(11)、Y型过滤器二(12)、螺杆泵(10)、溢流阀(13)和电动球阀二(18)；所述的水箱(11)经管路依次连接有Y型过滤器二(12)、螺杆泵(10)、溢流阀二(13)和电动球阀二(18)，其中溢流阀二(13)的出口另经管路与水箱(11)相连；所述电动球阀二(18)的出口经管路与电动球阀一(16)和喷嘴组件(17)之间的管路相连；
所述的检测反馈系统Ⅲ包括信号处理器(14)、温度感应装置(21)和两个氮氧化物感应装置；所述的信号处理器(14)分别与电动球阀一(16)、电动球阀二(18)、温度感应装置(21)和两个氮氧化物感应装置相连，氮氧化物感应装置一(15)设在位于喷嘴组件(17)前部的烟道(22)管壁上，氮氧化物感应装置二(20)和温度感应装置(21)依次设在位于催化剂箱体Ⅳ(19)后部的烟道(22)管壁上。
2.根据权利要求1所述的一种瓦斯燃烧内燃机脱硝系统，其特征在于：所述的柱塞泵(5)和手动球阀(6)并联有两组。
3.根据权利要求1所述的一种瓦斯燃烧内燃机脱硝系统，其特征在于：所述的喷嘴套件(17)包括喷嘴和喷嘴基座，所述的喷嘴基座焊接在烟道(22)的开孔处，所述的喷嘴通过开孔处伸入烟道(22)内部与喷嘴基座固连。
4.根据权利要求1或2所述的一种瓦斯燃烧内燃机脱硝系统，其特征在于：所述的喷嘴套件(17)倾斜角度为与烟道(22)内烟气来流方向夹角135°。
5.根据权利要求1所述的一种瓦斯燃烧内燃机脱硝系统，其特征在于：所述的催化剂箱体Ⅳ(19)内置有采用V2O5作为主要活性物质，以锐钛矿结构的TiO2为载体的蜂窝状钒基催化剂。
6.根据权利要求1所述的一种瓦斯燃烧内燃机脱硝系统，其特征在于：所述的温度感应装置(21)包括温度传感器和基座，所述的基座焊接在所述烟道(22)的开孔处，所述的温度传感器通过所述开孔处垂直伸入所述烟道(22)内部，与基座连接。
7.根据权利要求6所述的一种瓦斯燃烧内燃机脱硝系统，其特征在于：所述的温度感应装置(21)中的温度传感器为高精度pt100温度传感器。
8.根据权利要求1所述的一种瓦斯燃烧内燃机脱硝系统，其特征在于：所述的氮氧化物感应装置包括氮氧化物传感器和基座，所述的基座焊接在烟道(22)的开孔处，所述的氮氧化物传感器通过开孔处垂直伸入所述烟道(22)内部，与基座连接。
9.根据权利要求8所述的一种瓦斯燃烧内燃机脱硝系统，其特征在于：所述的氮氧化物感应装置中的氮氧化物传感器为DR-22-DHNOx-Ⅱ氮氧化物传感器。
10.一种使用权利要求1所述系统的瓦斯燃烧内燃机脱硝方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.使用32.5％的尿素溶液作为还原剂，在尿素桶(3)内装入满足一周用量的32.5％的尿素溶液；当溶液温度低于0℃时，开启离心水泵(1)，开启加热器(2)；当溶液温度高于10℃时，关闭离心水泵(1)，关闭加热器(2)；
b.开启手动球阀(6)，柱塞泵(5)开始工作，尿素溶液经Y型过滤器一(4)流出，通过柱塞泵(5)增压输出，经设在输送管路上的尿素阻尼器(7)消除柱塞泵(5)产生的脉动压力，再通过压力的溢流阀(8)，将整个管路中的压力稳定在0.6Mpa，最终输送到至喷嘴组件(17)，经喷嘴组件(17)的喷嘴向烟气管道(22)内喷雾，使尿素在烟道(22)中与烟气混合，一起进入催化剂箱体Ⅳ(19)，完成催化还原反应；
c.实时检测反馈系统Ⅲ，当温度感应装置(21)测量到烟道(22)中的烟气温度低于100℃时，信号处理器(14)控制关闭尿素供给系统Ⅰ中的电动球阀一(16)，停止喷射尿素；
d.通过信号处理器(14)比较氮氧化物感应装置(15)和氮氧化物感应装置(20)的测量值差异，查看实际脱硝效果；
e.当内燃机发生故障或正常关闭停止工作时，喷嘴组件(17)停止喷射尿素，清洗系统Ⅱ开始工作，信号处理器(14)控制的电动球阀(18)打开，螺杆泵(10)将水箱(11)中的清水输送到喷嘴组件(17)中，对喷嘴进行清洗，避免喷嘴再次工作时发生堵塞，清洗完毕后，电动球阀(18)关闭，螺杆泵(10)关闭。
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