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一种选择性催化还原烟气加热装置

文献发布时间:2023-06-19 19:07:35


一种选择性催化还原烟气加热装置

技术领域

本发明涉及温度的控制领域,特别涉及一种选择性催化还原烟气加热装置。

背景技术

目前大功率内燃机排放现有技术方案主要有以下三种方案:一种是使用电发热盘管对烟气加热;一种是在现有烟气管道开孔使用高温引流风机将烟气引流到燃烧炉膛燃烧器进行加热,然后将加热后的烟气从燃烧炉膛燃烧气送回排气管;一种是对内燃机进行改造提高内燃机排气温度;

方案一使用电发热盘管对烟气加热的缺点为:空气比热容低导热系数小,导致换热效率低,电功率消耗大,且船用电来源于发电机组,增加发电机组的实际功耗;方案二在现有烟气管道开孔使用高温引流风机将烟气引流到燃烧炉膛燃烧器进行加热,然后将加热后的烟气从燃烧炉膛燃烧气送回排气管,此方案由于燃烧器燃烧炉膛外置,需使用高温风机将排气管烟气引至燃烧器燃烧炉膛加热后再用高温风机送回到主排气管,系统复杂且安装空间大,不利于机舱的合理布置;方案三是对内燃机进行改造提高内燃机排气温度,此方案需得到内燃机厂家的同意,且得改变内燃机的整体结构,调整增压器的布置,难度与风险相对较大,本发明是为了解决这一问题,提出一种选择性催化还原烟气加热装置。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种选择性催化还原烟气加热装置,为了解决船舶内燃机排放选择性催化还原(SCR)的工艺需求,当船舶内燃机的排气温度低于选择性催化还原(SCR)催化反应温度,需对烟气进行加热,使烟气温度达到催化剂的最佳反应温度,减少ABS的生成的同时延长催化剂的使用寿命,提高SCR脱硝效率。

为实现上述目的,本发明采取的技术方案为:

一种选择性催化还原烟气加热装置,包括烟气传输主路、燃烧炉膛,所述燃烧炉膛的输出端插入烟气传输主路,所述燃烧炉膛的内部安装有炉膛采集器和燃烧器,所述烟气传输主路的输入端安装有控制阀门,所述烟气传输主路的内部安装有主路采集器,所述加热装置还包括采集系统、数据分析系统、控制模块和加热器,所述采集系统用于对炉膛采集器和主路采集器采集的数据进行读取并分类,所述数据分析系统用于对采集的数据进行分析,对燃烧炉膛和主路烟气混合后的混合烟气的温度进行计算,同时计算烟气到达指定位置时烟气的剩余温度值,并与设定的温度阈值进行比较,并对加热器的工作功率和控制阀门的开度进行计算;所述控制模块用于根据计算得到的控制数据对加热器的工作功率和控制阀门的开度进行控制,所述加热器用于对传输的烟气进行加热,使传输至催化剂的烟气温度处于催化剂的最佳反应温度区间。

本发明进一步的改进在于,所述采集系统包括温度采集模块、烟气数据采集模块和加热器加热功率采集模块,所述温度采集模块用于对炉膛采集器和主路采集器烟气混合过程后的烟气温度数据进行采集,所述烟气数据采集模块用于对炉膛采集器和主路采集器采集的数据进行提取,并将数据传输至数据分析系统,所述加热器加热功率采集模块用于采集加热器的加热功率。

本发明进一步的改进在于,所述数据分析系统包括温度分析模块和温度计算模块,所述温度分析模块用于对温度采集模块和烟气数据采集模块的采集数据进行分类,并对温度采集模块和烟气数据采集模块采集的各种类型数据的平均值进行计算,所述温度计算模块用于根据温度分析模块分析的各种类型数据的平均值,计算烟气到达指定位置时,烟气的剩余温度值,并于设定的温度阈值比较,对剩余温度值和温度阈值二者相差值进行计算,从而计算加热器的温度补偿量和阀门开度补偿量。

本发明进一步的改进在于,所述控制模块包括加热器功率控制单元和烟气传输速度控制单元,所述加热器功率控制单元用于通过将温度补偿量代入计算加热器的补偿功率值,所述烟气传输速度控制单元用于通过阀门开度补偿量控制阀门的开度,从而控制烟气的传输速度。

本发明进一步的改进在于,所述烟气数据采集模块包括主路烟气温度采集单元、主路烟气流量采集单元、燃烧炉膛烟气温度采集单元和燃烧炉膛烟气流量采集单元,所述主路烟气温度采集单元用于对主路传输烟气的实时温度进行采集,所述主路烟气流量采集单元用于对主路烟气的传输流量进行实时采集,所述燃烧炉膛烟气温度采集单元用于对燃烧炉膛传输的烟气温度值进行采集,所述燃烧炉膛烟气流量采集单元用于对燃烧炉膛传输的烟气流量值进行采集。

本发明进一步的改进在于,所述加热装置中包括烟气加热方法策略,所述烟气加热方法策略包括以下具体步骤:

S1、烟气数据采集模块在控制阀门的输出端使用阵列式温度采集仪对主路输入烟气温度进行采集,采集的主路输入温度值序列为(

S2、计算混合后的烟气流量和混合后的烟气整体温度,混合后的烟气流量为

S3、温度计算模块计算烟气到达指定位置时,烟气的剩余温度值,并与设定的温度阈值进行比较;

S4、若剩余温度值小于温度阈值范围的最小值,则打开加热器对烟气进行加热,若剩余温度值处于温度阈值范围之内,则将烟气直接进行传输,若计算得到的剩余温度值大于温度阈值的最大值,则增大控制阀门的开度,增加主路烟气的输入流量;

S5、控制模块通过计算得到的阀门开度、加热器工作功率数据控制加热器、控制阀门工作。

本发明进一步的改进在于,所述S2中散热消耗计算策略为:在主路管道中取长度为k的管道段,计算烟气在管道段内部传输的温度的消耗量T,则散热效率为

本发明进一步的改进在于,所述S3中,计算烟气到达指定位置时,烟气的剩余温度值的计算策略公式为:

本发明进一步的改进在于,所述S4中剩余温度值小于温度阈值范围的最小值,则打开加热器对烟气进行加热,所述加热器的加热功率的计算策略公式为:

本发明进一步的改进在于,所述S4中计算得到的剩余温度值大于温度阈值的最大值,则增大控制阀门的开度,增加主路烟气的输入流量,所述主路烟气的输入流量的增加量的计算策略公式为:

与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:

1、通过设置选择性催化还原的喷射管侧直接接入斜插式燃烧炉膛,用于燃烧器的直接燃烧,燃烧产生的高温烟气与内燃机主管路烟气进行混合以提高内燃机的烟气温度,所制成烟气加热装置结构紧凑,便于布置,制备工艺简易成本低,便于生产维护,可根据不同排气管径调整燃烧器功率,热效率与经济效益高;

2、当船舶内燃机的排气温度低于选择性催化还原催化反应温度,对加热器的加热功率进行准确控制,使用加热器对烟气进行加热,使烟气温度达到催化剂的最佳反应温度,减少ABS的生成的同时延长催化剂的使用寿命,提高SCR脱硝效率,同时当使烟气温度大于SCR系统温度最大值时,控制模块通过控制增大控制阀门的开度,进而增大主路烟气的输入流量,以使烟气温度始终处于催化剂的最佳反应温度。

附图说明

图1为本发明一种选择性催化还原烟气加热装置的组成构架示意图。

图2为本发明一种选择性催化还原烟气加热装置的结构示意图。

图3为本发明一种选择性催化还原烟气加热装置的烟气数据采集模块的构架示意图。

图4为本发明一种选择性催化还原烟气加热装置的控制模块的烟气加热方法流程示意图。

图中:1、烟气传输主路;2、燃烧炉膛;3、炉膛采集器;4、燃烧器;5、控制阀门;6、主路采集器。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,在本发明的描述中,下面结合具体实施方式,进一步阐述本发明。

实施例1

本实施例通过设置选择性催化还原的喷射管侧直接接入斜插式燃烧炉膛2,用于燃烧器4的直接燃烧,燃烧产生的高温烟气与内燃机主管路烟气进行混合以提高内燃机的烟气温度,所制成烟气加热装置结构紧凑,便于布置,制备工艺简易成本低,便于生产维护,可根据不同排气管径调整燃烧器4功率,热效率与经济效益高,由于在选择性催化还原(SCR)中反应温度不仅决定反应物的反应速度,而且决定催化剂的反应活性。一般情况下,反应温度越高,反应速度越快,催化剂的活性也越高, 这样单位反应所需的反应空间小,反应器体积变小。综合反应物加热、系统控制及催化剂的适应温度范围, SCR系统温度常设定在300-420℃之间,而低速机的烟气温度一般为200-250度之间。

SCR法脱除氮氧化物的反应机理是:

4NO+4NH3+O2 → 4N2+6H2O

2NO2+4NH3+O2 → 3N2+6H2O 主反应

6NO2+8NH3 → 7N2+12H2O

当待处理废气中含有硫份,下面的反应就会发生:

2SO2+O2 → 2SO3 副反应

SO3+NH3+H2O → NH4HSO4(ABS)

第二个副反应发生在废气中,不在催化剂表面进行。在众多废气组份中,参与SCR反应的气体组分仅限于NO、NO

在副反应中,如果废气温度低于ABS的露点,ABS就会从废气中析出,凝结成粘稠的液态。一方面,析出的 ABS 可附着在催化剂表面,覆盖催化剂活性位,从而降低催化剂的活性;另一方面,也会附着在 SCR 反应器内壁内构件及SCR 下游设备上造成系统腐蚀。高浓度 SOX 会促进 ABS 的生成,因此,SOX 的浓度越高,系统允许最低连续运行温度越高。因此,ABS 在催化剂上的露点可被认为是 SCR 系统的最低允许运行温度。

因此本实施例在现有技术上提出改进,如图1-图4所示,一种选择性催化还原烟气加热装置,包括烟气传输主路1、燃烧炉膛2,燃烧炉膛2的输出端插入烟气传输主路1,燃烧炉膛2的内部安装有炉膛采集器3和燃烧器4,烟气传输主路1的输入端安装有控制阀门5,烟气传输主路1的内部安装有主路采集器6,加热装置还包括采集系统、数据分析系统、控制模块和加热器,采集系统用于对炉膛采集器3和主路采集器6采集的数据进行读取并分类,数据分析系统用于对采集的数据进行分析,对燃烧炉膛2和主路烟气混合后的混合烟气的温度进行计算,同时计算烟气到达指定位置时烟气的剩余温度值,并与设定的温度阈值进行比较,并对加热器的工作功率和控制阀门5的开度进行计算;控制模块用于根据计算得到的控制数据对加热器的工作功率和控制阀门5的开度进行控制,加热器用于对传输的烟气进行加热,使传输至催化剂的烟气温度处于催化剂的最佳反应温度区间;

在本实施例中,采集系统包括温度采集模块、烟气数据采集模块和加热器加热功率采集模块,温度采集模块用于对炉膛采集器3和主路采集器6烟气混合过程后的烟气温度数据进行采集,烟气数据采集模块用于对炉膛采集器3和主路采集器6采集的数据进行提取,并将数据传输至数据分析系统,加热器加热功率采集模块用于采集加热器的加热功率;

在本实施例中,数据分析系统包括温度分析模块和温度计算模块,温度分析模块用于对温度采集模块和烟气数据采集模块的采集数据进行分类,并对温度采集模块和烟气数据采集模块采集的各种类型数据的平均值进行计算,温度计算模块用于根据温度分析模块分析的各种类型数据的平均值,计算烟气到达指定位置时,烟气的剩余温度值,并于设定的温度阈值比较,对剩余温度值和温度阈值二者相差值进行计算,从而计算加热器的温度补偿量和阀门开度补偿量;

在本实施例中,控制模块包括加热器功率控制单元和烟气传输速度控制单元,加热器功率控制单元用于通过将温度补偿量代入计算加热器的补偿功率值,烟气传输速度控制单元用于通过阀门开度补偿量控制阀门5的开度,从而控制烟气的传输速度;烟气数据采集模块包括主路烟气温度采集单元、主路烟气流量采集单元、燃烧炉膛2烟气温度采集单元和燃烧炉膛2烟气流量采集单元,主路烟气温度采集单元用于对主路传输烟气的实时温度进行采集,主路烟气流量采集单元用于对主路烟气的传输流量进行实时采集,燃烧炉膛2烟气温度采集单元用于对燃烧炉膛2传输的烟气温度值进行采集,燃烧炉膛2烟气流量采集单元用于对燃烧炉膛2传输的烟气流量值进行采集。

通过本实施例能够实现:通过设置选择性催化还原的喷射管侧直接接入斜插式燃烧炉膛2,用于燃烧器4的直接燃烧,燃烧产生的高温烟气与内燃机主管路烟气进行混合以提高内燃机的烟气温度,所制成烟气加热装置结构紧凑,便于布置,制备工艺简易成本低,便于生产维护,可根据不同排气管径调整燃烧器4功率,热效率与经济效益高。

实施例2

实施例2主要用于在实施例1的基础上增加当船舶内燃机的排气温度低于选择性催化还原催化反应温度,对加热器的加热功率进行准确控制,使用加热器对烟气进行加热,使烟气温度达到催化剂的最佳反应温度,减少ABS的生成的同时延长催化剂的使用寿命,提高SCR脱硝效率,同时当使烟气温度大于SCR系统温度最大值时,控制模块通过控制增大控制阀门5的开度,进而增大主路烟气的输入流量,以使烟气温度始终处于催化剂的最佳反应温度,具体方案为,如图1-图4所示,一种选择性催化还原烟气加热装置,包括烟气传输主路1、燃烧炉膛2,燃烧炉膛2的输出端插入烟气传输主路1,燃烧炉膛2的内部安装有炉膛采集器3和燃烧器4,烟气传输主路1的输入端安装有控制阀门5,烟气传输主路1的内部安装有主路采集器6,加热装置还包括采集系统、数据分析系统、控制模块和加热器,采集系统用于对炉膛采集器3和主路采集器6采集的数据进行读取并分类,数据分析系统用于对采集的数据进行分析,对燃烧炉膛2和主路烟气混合后的混合烟气的温度进行计算,同时计算烟气到达指定位置时烟气的剩余温度值,并与设定的温度阈值进行比较,并对加热器的工作功率和控制阀门5的开度进行计算;控制模块用于根据计算得到的控制数据对加热器的工作功率和控制阀门5的开度进行控制,加热器用于对传输的烟气进行加热,使传输至催化剂的烟气温度处于催化剂的最佳反应温度区间;

在本实施例中,采集系统包括温度采集模块、烟气数据采集模块和加热器加热功率采集模块,温度采集模块用于对炉膛采集器3和主路采集器6烟气混合过程后的烟气温度数据进行采集,烟气数据采集模块用于对炉膛采集器3和主路采集器6采集的数据进行提取,并将数据传输至数据分析系统,加热器加热功率采集模块用于采集加热器的加热功率;

在本实施例中,数据分析系统包括温度分析模块和温度计算模块,温度分析模块用于对温度采集模块和烟气数据采集模块的采集数据进行分类,并对温度采集模块和烟气数据采集模块采集的各种类型数据的平均值进行计算,温度计算模块用于根据温度分析模块分析的各种类型数据的平均值,计算烟气到达指定位置时,烟气的剩余温度值,并于设定的温度阈值比较,对剩余温度值和温度阈值二者相差值进行计算,从而计算加热器的温度补偿量和阀门开度补偿量;

在本实施例中,控制模块包括加热器功率控制单元,加热器功率控制单元用于通过将温度补偿量代入计算加热器的补偿功率值,烟气传输速度控制单元用于通过阀门开度补偿量控制阀门5的开度,从而控制烟气的传输速度;烟气数据采集模块包括主路烟气温度采集单元、主路烟气流量采集单元、燃烧炉膛2烟气温度采集单元和燃烧炉膛2烟气流量采集单元,主路烟气温度采集单元用于对主路传输烟气的实时温度进行采集,主路烟气流量采集单元用于对主路烟气的传输流量进行实时采集,燃烧炉膛2烟气温度采集单元用于对燃烧炉膛2传输的烟气温度值进行采集,燃烧炉膛2烟气流量采集单元用于对燃烧炉膛2传输的烟气流量值进行采集;

在本实施例中,加热装置中包括烟气加热方法策略,烟气加热方法策略包括以下具体步骤:

S1、烟气数据采集模块在控制阀门5的输出端使用阵列式温度采集仪对主路输入烟气温度进行采集,采集的主路输入温度值序列为(

S2、计算混合后的烟气流量和混合后的烟气整体温度,混合后的烟气流量为

S3、温度计算模块计算烟气到达指定位置时,烟气的剩余温度值,并与设定的温度阈值进行比较;

S4、若剩余温度值小于温度阈值范围的最小值,则打开加热器对烟气进行加热,若剩余温度值处于温度阈值范围之内,则将烟气直接进行传输,若计算得到的剩余温度值大于温度阈值的最大值,则增大控制阀门5的开度,增加主路烟气的输入流量;

S5、控制模块通过计算得到的阀门开度、加热器工作功率数据控制加热器、控制阀门5工作;

在本实施例中,S2中散热消耗计算策略为:在主路管道中取长度为k的管道段,计算烟气在管道段内部传输的温度的消耗量T,则散热效率为

通过本实施例能够实现:当船舶内燃机的排气温度低于选择性催化还原催化反应温度,对加热器的加热功率进行准确控制,使用加热器对烟气进行加热,使烟气温度达到催化剂的最佳反应温度,减少ABS的生成的同时延长催化剂的使用寿命,提高SCR脱硝效率,同时当使烟气温度大于SCR系统温度最大值时,控制模块通过控制增大控制阀门5的开度,进而增大主路烟气的输入流量,以使烟气温度始终处于催化剂的最佳反应温度。

技术分类

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