CN222823300U - 一种船用氨燃料发动机废气处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种船用氨燃料发动机废气处理系统，该系统包括：在主流路的管路中设置有SCR反应器，在旁通流路的管路中设置有催化氧化反应装置；船用氨燃料发动机排出的废气分两路：一路经主流路流至SCR反应器的进气口处，另一路经催化氧化反应装置进行催化氧化反应后再流至SCR反应器的进气口处，经SCR反应器进行还原反应后自主流路的排气口排出。该方案，通过在SCR反应器的主流路中旁通设置催化氧化反应装置，对流入的废气中部分NH₃和N₂O进行催化氧化反应，减少进入SCR反应器中的NH₃并去除部分N₂O，使整个系统具有良好的同时脱氨脱硝性能，实现对自所述主流路的进气口进入的船用氨燃料发动机废气的有效处理。

Description

一种船用氨燃料发动机废气处理系统

技术领域

本实用新型属于船用环保技术领域，具体涉及一种船用氨燃料发动机废气处理系统。

背景技术

采用氨作为船舶燃料是推动全球航运业绿色低碳发展的重要途径之一。氨燃料发动机的工作原理和燃烧室结构与传统的柴油机和汽油机相似。一些大型二冲程船用氨燃料发动机采用压缩发火方式，通过向气缸内引入微量柴油作为引燃油以确保喷入燃烧室内的氨燃料正常发火燃烧；由于氨的燃烧性能相对较差、燃烧室内存在死区等，喷入发动机燃烧室内的少量氨燃料会未经充分燃烧而逃逸，导致氨燃料发动机废气中存在逃逸氨。

此外，氨燃烧后会生成N₂(氮气)、H₂O(水)、NO(一氧化氮)、NO₂(二氧化氮)和N₂O(一氧化二氮)等物质(如图2所示)，这些物质也会随废气排出。大量研究表明，在正常工况下，氨燃料发动机废气中的氨浓度高达约10000ppm(part per million，污染物体积占空气容积的百万分之一)，比NO和N₂O等NO_x(氮氧化物)的浓度高10倍左右。NH₃(三氢化氮)、NO、NO₂均是对人体具有很强危害性的气体污染物，需要通过技术手段加以去除。N₂O是一种典型的温室气体，如大量排放可能会显著加剧温室效应，故也需要加以处理。由此可见，同时去除上述污染物是船用氨燃料发动机废气处理的关键。

相关方案中，采用选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction，SCR)系统用于去除船用氨燃料发动机废气中的氮氧化物，但采用SCR系统处理船用氨燃料发动机废气存在NH₃剩余和N₂O难以处理的问题。

上述内容仅用于辅助理解本实用新型的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种船用氨燃料发动机废气处理系统，以解决采用SCR系统处理船用氨燃料发动机废气存在NH₃剩余和N₂O难以处理的问题，达到通过在SCR反应器的主流路中旁通设置一套催化氧化反应装置，对流入的废气中部分NH₃和N₂O进行催化氧化反应，能够减少进入SCR反应器中的NH₃并去除部分N₂O，从而使整个系统具有良好的同时脱氨脱硝性能，实现对自所述主流路的进气口进入的船用氨燃料发动机废气的有效处理的效果。

本实用新型提供一种船用氨燃料发动机废气处理系统，包括：第一气体流路和第二气体流路；所述第一气体流路为主流路，在所述主流路的进气口与排气口之间的管路中设置有SCR反应器；所述第二气体流路为旁通流路，所述旁通流路的进气口与所述主流路相连通、且设置在所述主流路的进气口的后方，所述旁通流路的排气口与所述主流路相连通、且设置在所述SCR反应器的进气口的前方；在所述旁通流路的进气口与排气口之间的管路中，设置有催化氧化反应装置；其中，自所述主流路的进气口进入的船用氨燃料发动机废气分为两路：一路经所述主流路流至所述SCR反应器的进气口处，另一路经所述旁通流路中的所述催化氧化反应装置进行催化氧化反应后再流至所述SCR反应器的进气口处，两路气体在所述SCR反应器的进气口处汇合，经所述SCR反应器进行还原反应后自所述主流路的排气口排出。

在一些实施方式中，所述催化氧化反应装置，包括：催化氧化反应器；所述催化氧化反应器，包括：文丘里反应管和旋转磁场发生器；其中，所述文丘里反应管的前段作为所述催化氧化反应器的进气口，所述文丘里反应管的后段作为所述催化氧化反应器的排气口；所述催化剂入口，设置在所述文丘里反应管的前段上方；所述旋转磁场发生器位于所述催化剂入口的后段、且设置在所述文丘里反应管的中间部分的外围。

在一些实施方式中，所述旋转磁场发生器，包括：旋转磁场发生线圈；所述旋转磁场发生线圈，套设在所述文丘里反应管的中间部分的外围。

在一些实施方式中，所述催化氧化反应装置，还包括：静电除尘器；所述催化氧化反应器和所述静电除尘器，沿所述旁通流路中的气体流向依次设置；所述催化氧化反应器的进气口与所述旁通流路的进气口相连通，所述催化氧化反应器的排气口与所述静电除尘器的进气口相连通；所述静电除尘器的排气口与所述旁通流路的排气口相连通；在所述催化氧化反应器的顶部设置有催化剂入口，用于加入催化剂；在所述静电除尘器的底部设置有催化剂出口，用于排出反应后的催化剂。

在一些实施方式中，在所述SCR反应器的进气口与排气口之间的部分处设置有涡流发生器。

在一些实施方式中，所述涡流发生器，包括：涡流发生线圈；其中，在所述SCR反应器的壳体和结构件采用非金属材料制成的情况下，所述涡流发生线圈，套设在所述SCR反应器的进气口与排气口之间的部分的外围、且与所述SCR反应器共轴设置；所述SCR反应器的内部设置有催化剂模块；在所述SCR反应器的壳体和/或结构件采用金属材料制成的情况下，所述涡流发生线圈套设在所述SCR反应器的进气口与排气口之间的部分中催化剂模块的外围、且与所述催化剂模块共轴设置。

在一些实施方式中，还包括：在所述主流路的进气口处设置有第一气体浓度传感器，用于检测并显示自所述主流路的进气口进入的船用氨燃料发动机废气的气体浓度；在所述主流路的排气口处设置有第二气体浓度传感器，用于检测并显示自所述主流路的排气口排出的排放气体的气体浓度。

在一些实施方式中，在所述主流路中所述SCR反应器的进气口前方的管路中，设置有第一气体流量调节阀，用于调节自所述主流路流至所述SCR反应器的进气口的船用氨燃料发动机废气的气体流量；在所述旁通流路中所述催化氧化反应装置的进气口前方的管路中，设置有第二气体流量调节阀，用于调节自所述旁通流路的进气口流至所述催化氧化反应装置的进气口的船用氨燃料发动机废气的气体流量。

在一些实施方式中，在所述旁通流路的管路中，所述旁通流路的进气口所在部分、以及所述旁通流路的排气口所在部分，采用弯管设置。

在一些实施方式中，还包括：NH₃注入口；所述NH₃注入口，设置在所述主流路中所述SCR反应器的进气口的前方。

由此，本实用新型的方案，通过在SCR反应器4所在的主流路的上游设置旁通流路，在该旁通流路中设置催化氧化反应装置10，使自主流路的上游入口处进入的废气分为两路：一路直接流向SCR反应器4的入口处，另一路经旁通流路中的催化氧化反应装置10进行催化氧化反应后汇入SCR反应器4的入口处，两路气体在SCR反应器4的入口处汇合后再流入至SCR反应器4中，经SCR反应器4反应后至主流路的出口处排出；从而，通过在SCR反应器的主流路中旁通设置一套催化氧化反应装置，对流入的废气中部分NH₃和N₂O进行催化氧化反应，能够减少进入SCR反应器中的NH₃并去除部分N₂O，从而使整个系统具有良好的同时脱氨脱硝性能，实现对自所述主流路的进气口进入的船用氨燃料发动机废气的有效处理。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的船用氨燃料发动机废气处理系统的一实施例的结构示意图；

图2为氨的燃烧反应路径示意图；

图3为船用SCR系统的一实施例的结构示意图；

图4为船用氨燃料发动机废气处理系统的一实施例的结构示意图；

图5当支路流量调节阀处于完全关闭状态(即烟气只经过SCR反应器)时气体浓度随反应温度变化的测试曲线示意图；

图6为当支路流量调节阀开启、且烟气旁通量分别为20％条件下气体浓度随反应温度变化的测试曲线示意图；

图7为当支路流量调节阀开启、且烟气旁通量分别为40％条件下气体浓度随反应温度变化的测试曲线示意图；

图8为当支路流量调节阀开启、且烟气旁通量分别为60％条件下气体浓度随反应温度变化的测试曲线示意图。

结合附图，本实用新型实施例中附图标记如下：

1、5-气体浓度传感器；2、6-气体流量调节阀；3-NH₃注入口；4-SCR反应器；7-文丘里反应管，8-旋转磁场发生线圈，9-静电除尘器，10-催化氧化反应装置，11-涡流发生线圈；12-催化剂粉末入口；13-催化剂粉末出口。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

考虑到，一些远洋商船(柴油机驱动)已配备SCR系统用于去除船用氨燃料发动机废气中的氮氧化物。图2为氨的燃烧反应路径示意图，图3为船用SCR系统的一实施例的结构示意图，船用SCR系统的基本原理如图2和图3所示。如图2和图3所示，利用船用SCR系统去除船用氨燃料发动机废气中的氮氧化物的技术，主要是将还原剂NH₃引入高温废气中，使还原剂NH₃与NO、NO₂在SCR反应器中发生反应并生成N₂和H₂O，相关反应如式(1)、式(2)和式(3)所示。

2NO+4NH₃+2NO₂→4N₂+6H₂O (1)；

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O (2)；

6NO₂+8NH₃→7N₂+12H₂O (3)。

针对氨燃料发动机废气中的污染物亟需处理的问题，全球各大船用氨燃料发动机厂商提出的主流废气技术路线仍然为SCR方法，其主要原因是：氨燃料发动机废气中本身存在大量NH₃，可以直接作为SCR反应的还原剂，能够实现NH₃和NO、NO₂同时减排的效果。

但是，这种技术有一些缺点，比如：

1、如式(1)、式(2)和式(3)所示，在SCR反应中，NH₃和NO、NO₂通常只能以摩尔比为1:1的比例发生反应。而氨燃料发动机废气中的NH₃一般远高于NO_x，故经过SCR系统处理后的废气中还会有大量剩余的NH₃。

2、N₂O很难参与SCR反应，故SCR方法对N₂O去除效果较差。

因此，针对采用SCR系统处理船用氨燃料发动机废气存在的NH₃剩余和N₂O难以处理的问题，本实用新型的方案提出一种船用氨燃料发动机废气处理系统，即一种对船用氨燃料发动机排出的废气进行处理的系统，在SCR反应器的上游排烟通道(即SCR反应器的主流路)中设置一条旁通流路，并在该旁通流路中设置一套催化氧化反应装置，能够将流入该船用氨燃料发动机废气处理系统的废气中的一部分NH₃和N₂O氧化为NO和NO₂，既能够改善或消除SCR反应器中的NH₃过量的问题，也能够通过催化氧化去除部分N₂O，从而解决采用SCR系统处理船用氨燃料发动机废气存在的NH₃剩余和N₂O难以处理的问题，从而使整个系统具有良好的同时脱氨脱硝性能，实现对自所述主流路的进气口进入的船用氨燃料发动机废气的有效处理。

根据本实用新型的实施例，提供了一种船用氨燃料发动机废气处理系统。参见图1所示本实用新型的装置的一实施例的结构示意图。该船用氨燃料发动机废气处理系统，应用于对船用氨燃料发动机废气的处理，所述船用氨燃料发动机废气处理系统，包括：第一气体流路和第二气体流路。所述第一气体流路为主流路，所述主流路具有进气口和排气口，在所述主流路的进气口与排气口之间的管路中设置有SCR反应器4；所述SCR反应器4具有进气口和排气口，所述SCR反应器4的进气口与所述主流路的进气口相连通，所述SCR反应器4的排气口与所述主流路的排气口相连通。

所述第二气体流路为旁通流路，所述旁通流路具有进气口和排气口，所述旁通流路的进气口与所述主流路相连通、且设置在所述主流路的进气口的后方，所述旁通流路的排气口与所述主流路相连通、且设置在所述SCR反应器4的进气口的前方。在所述旁通流路的进气口与排气口之间的管路中，设置有催化氧化反应装置10；所述催化氧化反应装置10具有进气口和排气口，所述催化氧化反应装置10的进气口与所述旁通流路的进气口相连通，所述催化氧化反应装置10的排气口与所述旁通流路的排气口相连通。

其中，自所述主流路的进气口进入的船用氨燃料发动机废气分为两路：一路经所述主流路流至所述SCR反应器4的进气口处，另一路经所述旁通流路中的所述催化氧化反应装置10进行催化氧化反应后再流至所述SCR反应器4的进气口处，两路气体在所述SCR反应器4的进气口处汇合后流入所述SCR反应器4中，两路气体在所述SCR反应器4的进气口处汇合，经所述SCR反应器4进行还原反应后自所述主流路的排气口排出，实现对自所述主流路的进气口进入的船用氨燃料发动机废气的处理。

本实用新型的方案，选择在SCR反应器4的上游排烟通道(即SCR反应器4的主流路)中设置一条旁通流路，并在该旁通流路中设置一套催化氧化反应装置10。该船用氨燃料发动机废气处理系统的工作原理是：将流入该船用氨燃料发动机废气处理系统的废气(该废气中含有NH₃、NO、NO₂、N₂O)分为两路：其中一路废气直接进入SCR反应器4的主流路，另一路废气先经过旁通流路中的催化氧化反应装置10处理，将旁通流路中的NH₃、N₂O催化氧化为NO和NO₂，然后重新汇入SCR反应器4的主流路，与SCR反应器4的主流路中的气体混合并进入SCR反应器4。

在本实用新型的方案中，通过在SCR反应器4的主流路中设置旁通流路并在旁通流路中设置催化氧化反应装置10，能够将废气中的一部分NH₃和N₂O氧化为NO和NO₂，这既能够改善或消除SCR反应器4中的NH₃过量的问题，也能够通过催化氧化去除部分N₂O。采用旁通引流部分烟气进入催化氧化反应装置10以调节废气中NH₃和NO_x比例，从而有效去除氨燃料发动机废气中NH₃和N₂O，从而使整个系统具有良好的同时脱氨脱硝性能，实现对自所述主流路的进气口进入的船用氨燃料发动机废气的有效处理。

在一些实施方式中，所述催化氧化反应装置10，包括：催化氧化反应器；所述催化氧化反应器，包括：文丘里反应管7和旋转磁场发生器；其中，所述文丘里反应管7的前段作为所述催化氧化反应器的进气口，所述文丘里反应管7的后段作为所述催化氧化反应器的排气口；所述催化剂入口，设置在所述文丘里反应管7的前段上方；所述旋转磁场发生器位于所述催化剂入口的后段、且设置在所述文丘里反应管7的中间部分的外围。所述文丘里反应管7的中间部分，位于所述文丘里反应管7的前段与所述文丘里反应管7的后段之间。

本实用新型的方案，通过在催化氧化反应器中设置文丘里反应管7和旋转磁场发生器，采用文丘里管设计以便降低废气气压，自动吸入催化剂粉末，此种设计的好处在于可根据废气流量自适应调整催化剂粉末加入量；文丘里管中间设置旋转磁场发生器，主要用于产生旋转磁场，以便驱动磁性催化剂粉末流发生旋转和碰撞，提高气体和催化剂粉末的混合均匀度。

在一些实施方式中，所述旋转磁场发生器，包括：旋转磁场发生线圈8；所述旋转磁场发生线圈8，套设在所述文丘里反应管7的中间部分的外围。

在本实用新型的方案中，该船用氨燃料发动机废气处理系统中的催化氧化反应装置10中的催化剂通过磁性氧化铁(Fe₃O₄)粉末负载微量贵金属组分制成，催化氧化反应装置10的入口段采用文丘里管设计(如在旁通流路中催化氧化反应装置10的入口段设置文丘里反应管7)，以便降低废气气压，自动吸入催化剂粉末，此种设计的好处在于可根据废气流量自适应调整催化剂粉末加入量。文丘里管中间设置旋转磁场发生器(如旋转磁场发生线圈8)，主要用于产生旋转磁场，以便驱动磁性催化剂粉末流发生旋转和碰撞，提高气体和催化剂粉末的混合均匀度。文丘里管后方设置静电除尘器9，用于吸附收集催化剂粉末，收集得到的催化剂粉末可以重新加入催化剂粉末入口循环利用。在文丘里反应管7的前段的顶部设置有催化剂粉末入口12，在静电除尘器9的底部设置有催化剂粉末出口13。

其中，旋转磁场发生器与交流电机的励磁线圈结构类似，旋转磁场发生器形状大致为空心圆柱，安装方式是直接套设于文丘里反应管7的外侧。

由于催化剂为粉末状的磁性氧化铁(Fe₃O₄)，在无旋转磁场作用的情况下，直接加入高速气流中，主要受到与来流方向平行的气流冲击力，使得催化剂粉末大致呈线状分布，不利于与气体充分接触。引入旋转磁场后，进入反应器的催化剂除受到气流冲击力外，还受到不断变化的磁场力，从而打乱粉末的流动方向，使其与气流的接触更加充分。采用文丘里管、旋转磁场发生器和静电除尘装置相结合的新型催化氧化反应装置10，采用磁性粉末催化剂，具有催化剂利用效率高、自适应反应等特点。

在一些实施方式中，所述催化氧化反应装置10，还包括：静电除尘器9；所述催化氧化反应器和所述静电除尘器9，沿所述旁通流路中的气体流向依次设置；所述催化氧化反应器的进气口与所述旁通流路的进气口相连通，所述催化氧化反应器的排气口与所述静电除尘器9的进气口相连通；所述静电除尘器9的排气口与所述旁通流路的排气口相连通。在所述催化氧化反应器的顶部设置有催化剂入口(如催化剂粉末入口12)，用于加入催化剂；在所述静电除尘器9的底部设置有催化剂出口(如催化剂粉末出口13)，用于排出反应后的催化剂。

本实用新型的方案，通过在所述催化氧化反应装置10中沿所述旁通流路中的气体流向依次设置的催化氧化反应器和静电除尘器9，利用催化氧化反应器在催化剂的作用下进行氧化反应以将废气中的一部分NH₃和N₂O氧化为NO和NO₂，这既能够改善或消除SCR反应器4中的NH₃过量的问题，也能够通过催化氧化去除部分N₂O；利用静电除尘器9进行除尘以对催化氧化反应后的气体中的剩余催化剂进行除尘，减少进入SCR反应器4的气体中的杂质，对SCR反应器4有所保护。利用静电除尘器9进行除尘的主要作用，是去除气流中的催化剂粉末，一方面有利于催化剂回收利用，另一方面防止催化剂粉末大量进入SCR反应器4，从而覆盖SCR反应器4中的催化剂表面，减弱SCR反应器4中催化剂的催化效果。

在一些实施方式中，在所述SCR反应器4的进气口与排气口之间的部分处设置有涡流发生器(如涡流发生线圈11)，如在所述SCR反应器4的进气口与排气口之间的部分的外围设置有涡流发生器(如涡流发生线圈11)。利用涡流发生线圈11加热，比在所述SCR反应器4前段电加热的加热效果更加均匀，有利于催化剂充分受热。

在本实用新型的方案中，由于在较低负荷下，NH₃发动机的废气温度可能低于SCR反应器的温度窗口，使反应效果减弱，故须使SCR反应器具有自加热功能。因为低负荷条件下，烟气温度低，可能不满足SCR反应器4的要求。采用涡流加热线圈，是为了让由金属基体制成的催化剂模块内部产生感应电流(涡流)，从而使催化剂温度升高，满足反应需求。涡流加热线圈，即涡流发生器。使用时，通过向涡流加热线圈通入交变电流，使涡流加热线圈内侧产生交变磁场。涡流发生器主要是由单级或多级串联或并联的亥姆霍兹线圈构成；其中，若采用多级亥姆霍兹线圈，其排列方式是平行且共轴。采用多级亥姆霍兹线圈，可以提高磁场强度，增强涡流加热效果。实际使用时，如果单级够用则用单级，如果单级不够用则用多级。多级亥姆霍兹线圈平行共轴排列，一方面，平行共轴排列的线圈结构较为紧凑，有利于缩小装置体积；另一方面，平行共轴排列的线圈磁场方向基本一致，可以有效避免不同方向的磁场抵消损耗，提高磁场利用率。

在一些实施方式中，所述涡流发生器，包括：涡流发生线圈11。其中，在所述SCR反应器4的壳体和结构件采用非金属材料制成的情况下，所述涡流发生线圈11，套设在所述SCR反应器4的进气口与排气口之间的部分的外围、且与所述SCR反应器4共轴设置，防止磁场对金属材质的安装部件产生加热效果，导致部件的紧固性和应力状态发生变化，影响结构稳定性；其中，所述SCR反应器4的结构件，包括所述SCR反应器4上的安装部件。

所述SCR反应器4的内部设置有催化剂模块；在所述SCR反应器4的壳体和/或结构件采用金属材料制成的情况下，所述涡流发生线圈11套设在所述SCR反应器4的进气口与排气口之间的部分中催化剂模块的外围、且与所述催化剂模块共轴设置。

在本实用新型的方案中，SCR反应器内部的催化剂模块采用金属基体，SCR反应器外围设置涡流加热线圈(如涡流发生线圈11)，该涡流加热线圈可产生一定频率的交变磁场。交变磁场可作用于金属基体催化剂，使其内部产生涡流从而发热。采用涡流加热线圈产生一定频率的交变磁场产生涡流从而发热的方式，与相关方案中的电热丝加热相比，具有加热效果更加均匀的特点，有助于使催化剂模块的各部分区域同时发挥出最佳的催化效果。

其中，涡流加热线圈的安装方式有两种：一是套在圆柱状的SCR反应器4的外侧，与SCR反应器4共轴布置，这种安装方式要求SCR反应器4的壳体和结构件用非金属材料制成，以免造成SCR反应器4的壳体和结构件发热；二是位于SCR反应器4的壳体内，套在圆柱状的催化剂模块外侧，与催化剂模块共轴布置，以使交变磁场主要作用于催化剂模块而非壳体。其中，共轴布置，可以使交变磁场直接作用于催化剂，基本不会对结构件产生加热作用，对结构件的材料没有限制。

在一些实施方式中，本发明的方案所述的船用氨燃料发动机废气处理系统，还包括：在所述主流路的进气口处设置有第一气体浓度传感器(如气体浓度传感器1)，用于检测并显示自所述主流路的进气口进入的船用氨燃料发动机废气的气体浓度；在所述主流路的排气口处设置有第二气体浓度传感器(如气体浓度传感器5)，用于检测并显示自所述主流路的排气口排出的排放气体的气体浓度，以根据自所述主流路的排气口排出的排放气体的气体浓度，确定对自所述主流路的进气口进入的船用氨燃料发动机废气的处理效果。

在本实用新型的方案中，为了确保船用氨燃料发动机废气处理系统处于最佳的工作状态，需要在船用氨燃料发动机废气处理系统的入口和出口处设置NH₃和NO_x浓度传感器(如气体浓度传感器1、5)，以便根据实际的污染物浓度情况，设定合适的气体流量调节阀的开度。

在一些实施方式中，本发明的方案所述的船用氨燃料发动机废气处理系统，还包括：在所述主流路中所述SCR反应器4的进气口前方的管路中，设置有第一气体流量调节阀(如气体流量调节阀2)，用于依据自所述主流路的进气口进入的船用氨燃料发动机废气的气体浓度，调节自所述主流路流至所述SCR反应器4的进气口的船用氨燃料发动机废气的气体流量；其中，通过所述第一气体流量调节阀调节自所述主流路流至所述SCR反应器4的进气口的船用氨燃料发动机废气的气体流量，可以是人工依据自所述主流路的进气口进入的船用氨燃料发动机废气的气体浓度，调节自所述主流路流至所述SCR反应器4的进气口的船用氨燃料发动机废气的气体流量。

在所述旁通流路中所述催化氧化反应装置10的进气口前方的管路中，设置有第二气体流量调节阀(如气体流量调节阀6)，用于依据自所述主流路的进气口进入的船用氨燃料发动机废气的气体浓度，调节自所述旁通流路的进气口流至所述催化氧化反应装置10的进气口的船用氨燃料发动机废气的气体流量；其中，通过所述第二气体流量调节自所述旁通流路的进气口流至所述催化氧化反应装置10的进气口的船用氨燃料发动机废气的气体流量，可以是人工依据自所述主流路的进气口进入的船用氨燃料发动机废气的气体浓度，调节自所述旁通流路的进气口流至所述催化氧化反应装置10的进气口的船用氨燃料发动机废气的气体流量。

本实用新型的方案，通过在SCR反应器4的主流路中设置旁通流路并在旁通流路中设置催化氧化反应装置10，能够将流入该船用氨燃料发动机废气处理系统的废气中的一部分NH₃和N₂O氧化为NO和NO₂，既能够改善或消除SCR反应器4中的NH₃过量的问题，也能够通过催化氧化去除部分N₂O；为调节通过催化氧化反应装置10的气体流量，在催化氧化反应装置10的入口以及SCR反应器4的主流路中设置流量调节阀，调节进入催化氧化反应装置10的气体流量，从而使SCR反应器4内部的NH₃和NO_x比例保持在接近1:1，克服了采用单一SCR系统无法有效处理废气中大量NH₃和少量N₂O的问题，有利于从而使整个系统具有良好的同时脱氨脱硝性能，实现对自所述主流路的进气口进入的船用氨燃料发动机废气的有效处理。

在本实用新型的方案中，氨燃料发动机在不同工况下所排放的污染物可能会发生变化，该船用氨燃料发动机废气处理系统可以根据废气污染物(NH₃、NO、NO和N₂)的浓度变化，调节进入催化氧化反应装置10的气体流量，从而使SCR反应器4内部的NH₃和NO_x比例保持在接近1:1。采用气体浓度传感器(如气体浓度传感器1、5)配合气体流量调节阀(如气体流量调节阀2、6)，根据气体污染物浓度变化情况调节旁通流量的控制方式，可以适用于多种工况下的精准控制。

在一些实施方式中，在所述旁通流路的管路中，所述旁通流路的进气口所在部分、以及所述旁通流路的排气口所在部分，采用弯管设置，便于所述旁通流路的进气口的气体顺畅流入，且便于所述旁通流路的排气口的气体顺畅流出。

在一些实施方式中，本发明的方案所述的船用氨燃料发动机废气处理系统，还包括：NH₃注入口3；所述NH₃注入口3，设置在所述主流路中所述SCR反应器4的进气口的前方，便于在需要向所述SCR反应器4中补充NH₃时方便NH₃的注入，以使所述船用氨燃料发动机废气处理系统适用于更多的发动机工况。有些特殊工况下，如发动机负荷过高，NH₃燃料的燃料较为充分，发动机排出的废气中的NH₃含量可能较低，NOx含量较高，仅靠完全关闭旁通流路，仍然无法解决NH₃缺乏的问题，需要额外补充NH3，以保证所述SCR反应器4反应的效果。

图4为船用氨燃料发动机废气处理系统的一实施例的结构示意图。如图4所示，所设计的船用氨燃料发动机废气处理系统主要包括一条主流路和一条旁通流路，主流路中设置有一套SCR反应器4，旁通流路中设置有一套催化氧化反应装置10。主流路和旁通流路中各安装一个流量调节阀，具体是在主流路中安装流量调节阀2，在旁通流路中安装流量调节阀6。在主流路的入口处设置有气体浓度传感器1，在主流路中SCR反应器4的前段的管路的中间部位设置有气体流量调节阀2，在主流路中SCR反应器4的入口处设置有NH₃注入口3，在主流路中SCR反应器4的外围设置有涡流发生线圈11，在主流路中SCR反应器4的出口处设置有气体浓度传感器5。在旁通流路中化氧化反应器10的入口处设置有气体流量调节阀6；在旁通流路中的催化氧化反应装置10，包括：沿管路流向依次设置的文丘里反应管7和静电除尘器9，沿管路流向依次设置在文丘里反应管7的主体部分的催化剂粉末入口12和旋转磁场发生线圈8，设置在静电除尘器9底部的催化剂粉末出口13。含有NH₃、NO、NO₂、N₂O的废气流入该船用氨燃料发动机废气处理系统后会被分为两路：其中一路废气直接进入SCR反应器4；另一路气体经过催化氧化反应装置10处理，并将其中的NH3、N2O催化氧化为NO和NO2。经过催化氧化反应装置10催化氧化后的气体重新汇入主流路，与主流路中的气体混合并进入SCR反应器4。

其中，文丘里反应管7的出气口和静电除尘器9的进气口直接连接，确保及时处理反应后的气固混合物，避免催化剂粉末在文丘里管出口堆积堵塞。在文丘里反应管7的上游靠近气体入口处的上方位置钻孔，通过焊接、螺纹连接等方式，在此孔上方安装催化剂粉末进料装置(如催化剂粉末入口12)，用于投放催化剂粉末。旋转磁场发生线圈8直接套设在文丘里反应管7的颈部，设置于催化剂入口后方，保证催化一进入反应器就能受到旋转磁场的作用。静电除尘器9的底部采用漏斗状设计，最下方设置开口，作为催化剂粉末出口13。

申请人搭建了如图4所示的船用氨燃料发动机废气处理系统，开展了有效性验证实验。实验条件：模拟烟气总流量200ml/min(毫升每分钟)，模拟烟气由高纯度的N₂和NH₃、NO、NO₂、N₂O的标准气体混合配制而成,模拟烟气是由常温气体配制而成。可选地，船用氨燃料发动机废气处理系统的旁通烟气量为0％、20％、40％、60％，NH₃的初始浓度为1000ppm，NO、NO₂、N₂O的初始浓度均为1000ppm，SCR反应器4的反应温度的范围为150℃～450℃。实验结果如图5、图6、图7和图8所示。

图5当支路流量调节阀处于完全关闭状态(即烟气只经过SCR反应器4)时气体浓度随反应温度变化的测试曲线示意图。由图5可知，当废气旁通量为0％时，即相当于只用SCR反应器4处理废气时，废气中的少量NO和NO₂能够被完全去除，但废气中会剩余大量的NH₃和少量的N₂O。

图5为当支路流量调节阀处于完全关闭状态，即烟气只经过SCR反应器4。由图5可知，在此状态下，船用氨燃料发动机废气处理系统对NO和NO₂实现了完全去除，对NH₃去除量约为2000ppm，根据NH₃和NO_x的浓度下降量为1:1可知，这是典型的NH₃-SCR反应。需要说明的是，SCR反应方程式中的NH₃和NO_X就是1:1，不是这个比例就不是SCR反应。另外，SCR反应显然无法在常温下发生，所以上述实验结果表明SCR反应器4和涡流加热器的使用效果较好。

图6为当支路流量调节阀开启、且烟气旁通量分别为20％条件下气体浓度随反应温度变化的测试曲线示意图。如图6所示，当废气旁通量为20％时，经过SCR反应器4处理的废气中的NH₃、N₂O浓度明显下降，这表明催化氧化反应装置10已将一部分NH₃和N₂O催化氧化为NO和NO₂，然后通过SCR反应转化为N₂。

图7为当支路流量调节阀开启、且烟气旁通量分别为40％条件下气体浓度随反应温度变化的测试曲线示意图。由图7可知，当废气旁通量(即烟气旁通量)为40％时，废气中的NH₃、N₂O被完全去除，说明此时的废气旁通量较为合适，基本能够保证通过SCR反应器4的NH₃和NO_x比例为1:1。

图8为当支路流量调节阀开启、且烟气旁通量分别为60％条件下气体浓度随反应温度变化的测试曲线示意图。如图8所示，当废气旁通量为40％时，废气中的NH₃和N₂O被完全去除，但NO和NO2浓度明显增加，这说明过量的NH₃通过催化氧化反应装置10，并被氧化为NO、NO₂之后随废气排出。通过上述实施例所的得到的实验结果显示，该船用氨燃料发动机废气处理系统能够实现预期功能。

图6、图7和图8为支路流量调节阀开启，烟气旁通量分别为20％、40％、60％条件下的测试结果。当烟气旁通量为20％时，船用氨燃料发动机废气处理系统具有明显的去除NH₃、NO、NO₂效果，NO、NO₂被完全去除，NH₃大部分被去除。从浓度减少量上看，NH₃和NO_x的减少量比例明显高于1:1，表明除了SCR反应器4在起作用，支路的文丘里反应器也在起作用，那些多去除的NH₃就是被文丘里反应器中的粉末催化剂催化氧化去除的。

随着旁通量由20％增加到40％，NH₃和N₂O被完全去除，这表明支路的文丘里反应器和SCR反应器4具有优良的性能，可以完全催化转化去除废气中的NH₃和NO_x。也表明这个旁通量下，文丘里反应器和SCR反应器4具有较好的协同工作性能。注意这套系统中，文丘里主要起催化氧化NH₃和N₂O，将其转化为N₂和NO_x，SCR反应器4主要起催化剩余的NH₃和NO_x反应生成N₂的作用。

当旁通量由40％增加到60％时，烟气中的NH₃和N₂O依然被完全去除，但是出现了大量的NO和NO₂，这主要是因为进入文丘里反应器的NH₃过多，导致NH₃在支路被大量的氧化为NO和NO₂，这样会导致后端的SCR反应器4缺少还原剂NH₃，从而无法有效去除NO和NO₂。

上述结果说明需要合理控制进入文丘里反应器的NH₃的量，才能使船用氨燃料发动机废气处理系统达到较好的综合处理效果，旁通量过高或过低都不行。实际使用时，可以根据发动机工况调整开度和催化剂反应量，船用氨燃料发动机废气处理系统具有自适应调节能力。

如图5、图6、图7和图8所示，在上述实验条件下，船用氨燃料发动机废气处理系统达到最佳工况对应的废气旁通量大致为40％。而氨燃料发动机在实际工作中的工况可能不断变化，导致废气流量、废气中的污染物浓度发生变化。该船用氨燃料发动机废气处理系统可以利用入口、出口处设置的气体浓度传感器，检测气体中NH₃、NO、NO₂、N₂O等组分的浓度，通过调节废气旁通量，使进入文丘里管的催化剂粉末量根据气流正相关变化，最终使进入SCR反应器4的NH₃和NO_x比例始终接近最佳比例(如1:1)，保证污染物去除效果。

采用本实用新型的技术方案，通过在SCR反应器4所在的主流路的上游设置旁通流路，在该旁通流路中设置催化氧化反应装置10，使自主流路的上游入口处进入的废气分为两路：一路直接流向SCR反应器4的入口处，另一路经旁通流路中的催化氧化反应装置10进行催化氧化反应后汇入SCR反应器4的入口处，两路气体在SCR反应器4的入口处汇合后再流入至SCR反应器4中，经SCR反应器4反应后至主流路的出口处排出；从而，通过在SCR反应器的主流路中旁通设置一套催化氧化反应装置，对流入的废气中部分NH₃和N₂O进行催化氧化反应，能够减少进入SCR反应器中的NH₃并去除部分N₂O，从而使整个系统具有良好的同时脱氨脱硝性能，实现对自所述主流路的进气口进入的船用氨燃料发动机废气的有效处理。

综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种船用氨燃料发动机废气处理系统，其特征在于，包括：第一气体流路和第二气体流路；所述第一气体流路为主流路，在所述主流路的进气口与排气口之间的管路中设置有SCR反应器(4)；

所述第二气体流路为旁通流路，所述旁通流路的进气口与所述主流路相连通、且设置在所述主流路的进气口的后方，所述旁通流路的排气口与所述主流路相连通、且设置在所述SCR反应器(4)的进气口的前方；在所述旁通流路的进气口与排气口之间的管路中，设置有催化氧化反应装置(10)；

其中，自所述主流路的进气口进入的船用氨燃料发动机废气分为两路：一路经所述主流路流至所述SCR反应器(4)的进气口处，另一路经所述旁通流路中的所述催化氧化反应装置(10)进行催化氧化反应后再流至所述SCR反应器(4)的进气口处，两路气体在所述SCR反应器(4)的进气口处汇合，经所述SCR反应器(4)进行还原反应后自所述主流路的排气口排出。

2.根据权利要求1所述的船用氨燃料发动机废气处理系统，其特征在于，所述催化氧化反应装置(10)，包括：催化氧化反应器和催化剂入口；所述催化氧化反应器，包括：文丘里反应管(7)和旋转磁场发生器；其中，

所述文丘里反应管(7)的前段作为所述催化氧化反应器的进气口，所述文丘里反应管(7)的后段作为所述催化氧化反应器的排气口；

所述催化剂入口，设置在所述文丘里反应管(7)的前段上方；所述旋转磁场发生器位于所述催化剂入口的后段、且设置在所述文丘里反应管(7)的中间部分的外围。

3.根据权利要求2所述的船用氨燃料发动机废气处理系统，其特征在于，所述旋转磁场发生器，包括：旋转磁场发生线圈(8)；所述旋转磁场发生线圈(8)，套设在所述文丘里反应管(7)的中间部分的外围。

4.根据权利要求2所述的船用氨燃料发动机废气处理系统，其特征在于，所述催化氧化反应装置(10)，还包括：静电除尘器(9)；所述催化氧化反应器和所述静电除尘器(9)，沿所述旁通流路中的气体流向依次设置；所述催化氧化反应器的进气口与所述旁通流路的进气口相连通，所述催化氧化反应器的排气口与所述静电除尘器(9)的进气口相连通；所述静电除尘器(9)的排气口与所述旁通流路的排气口相连通；

在所述催化氧化反应器的顶部设置有催化剂入口，用于加入催化剂；在所述静电除尘器(9)的底部设置有催化剂出口，用于排出反应后的催化剂。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的船用氨燃料发动机废气处理系统，其特征在于，在所述SCR反应器(4)的进气口与排气口之间的部分处设置有涡流发生器。

6.根据权利要求5所述的船用氨燃料发动机废气处理系统，其特征在于，所述涡流发生器，包括：涡流发生线圈(11)；其中，

在所述SCR反应器(4)的壳体和结构件采用非金属材料制成的情况下，所述涡流发生线圈(11)，套设在所述SCR反应器(4)的进气口与排气口之间的部分的外围、且与所述SCR反应器(4)共轴设置；

所述SCR反应器(4)的内部设有催化剂模块；在所述SCR反应器(4)的壳体和/或结构件采用金属材料制成的情况下，所述涡流发生线圈(11)套设在所述SCR反应器(4)的进气口与排气口之间的部分中催化剂模块的外围、且与所述催化剂模块共轴设置。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的船用氨燃料发动机废气处理系统，其特征在于，还包括：在所述主流路的进气口处设置有第一气体浓度传感器，用于检测并显示自所述主流路的进气口进入的船用氨燃料发动机废气的气体浓度；在所述主流路的排气口处设置有第二气体浓度传感器，用于检测并显示自所述主流路的排气口排出的排放气体的气体浓度。

8.根据权利要求7所述的船用氨燃料发动机废气处理系统，其特征在于，还包括：在所述主流路中所述SCR反应器(4)的进气口前方的管路中，设置有第一气体流量调节阀，用于调节自所述主流路流至所述SCR反应器(4)的进气口的船用氨燃料发动机废气的气体流量；

在所述旁通流路中所述催化氧化反应装置(10)的进气口前方的管路中，设置有第二气体流量调节阀，用于调节自所述旁通流路的进气口流至所述催化氧化反应装置(10)的进气口的船用氨燃料发动机废气的气体流量。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的船用氨燃料发动机废气处理系统，其特征在于，在所述旁通流路的管路中，所述旁通流路的进气口所在部分、以及所述旁通流路的排气口所在部分，采用弯管设置。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的船用氨燃料发动机废气处理系统，其特征在于，还包括：NH₃注入口(3)；所述NH₃注入口(3)，设置在所述主流路中所述SCR反应器(4)的进气口的前方。