一種低速柴油機匹配高壓SCR系統的中、低負荷能量回收裝置及回收方法與流程
2023-05-23 13:38:06 2
本發明涉及的是一種柴油機排放處理系統，具體地說是低速柴油機scr系統。
背景技術：
船舶是能源消耗量巨大的運輸工具，高能耗一方面使船舶運行成本增加，另一方面也給船舶運行帶來了嚴重的環境問題。因此，如何有效的降低船舶能耗和排放是一個重大而現實的課題。
對於柴油機排放控制而言，重點是減少廢氣nox的排放。目前，scr技術是國際海事組織(imo)公認的唯一可用於各類船舶發動機和船型的nox減排技術，理論上能夠滿足imotieriii或更嚴格排放標準。按照其工作特點和布置方式，低速柴油機scr系統可以分為低壓scr系統和高壓scr系統。相對而言，高壓scr系統結構更加緊湊、能效利用率更高，更適用於功率較大的低速柴油機。
在高壓scr系統中，如果使用低硫燃油，則會進一步增加運營成本。對於船舶發動機，通常使用高硫渣油，廢氣中含有大量的sox，如果廢氣溫度較低，則在高壓scr系統中會形成硫酸或亞硫酸，與高壓scr系統中的nh3發生發應，從而形成硫酸鹽，會阻塞管道和催化劑孔道。所以廢氣在進入高壓scr系統時需要具有較高的溫度。
在高壓scr系統中，scr反應器布置在渦輪之前，廢氣從掃氣箱直接進入混合器與還原劑混合，在scr系統中完成發應後再進入渦輪增壓器，廢氣溫度較高。在高負荷條件下，廢氣溫度滿足要求，不需要調製；然而，在中、低負荷條件下，廢氣溫度通常低於高壓scr系統所需的工作溫度，需要採取主機調製措施來提高廢氣溫度。
在現有的主機調製中，通常採用缸旁通與渦輪增壓器旁通技術來提高廢氣溫度。缸旁通技術在掃氣箱減少一部分進氣，與此同時，主機噴油量不變。渦輪增壓器旁通技術在廢氣進入渦輪增壓器之前旁通一部分廢氣，從而使壓氣機的做功能力降低，同樣減少進氣。理論上講，兩種措施都減少了主機的進氣量，噴油量不變，在提高廢氣溫度的同時也增加了主機的油耗，提高了整個系統的運營成本。
由於高壓scr系統的作用，廢氣的背壓發生了改變，對主機的燒燒造成了一定的影響，增加了系統的油耗。同時，在中、低負荷條件下採用主機調製，有進一步增加了油耗，增加了整個系統二氧化碳的排放。由於高壓scr系統的作用，降低了nox的排放，但與此同時增加了油耗與二氧化碳的排放。因此，在高壓scr系統中如果能回收利用一部分能量，則能降低一部分油耗與二氧化碳的排放，在降低運營成本的同時能更好地保護環境。
在餘熱回收技術中，動力渦輪通常用來回收廢氣的餘熱，動力渦輪可以利用廢氣的餘壓能來發電，並且具有較高的能量回收效率。當高壓scr系統在中、低負荷條件下運行時，由於主機調製，在渦輪增壓器旁通了一部分廢氣，這部分廢氣如果直接排入到環境中，則廢氣中的能量沒有得到有效利用，如果這部分廢氣被用來驅動動力渦輪來發電，則廢氣中的能量可以得到有效回收利用，提高了整個系統的能量利用效率。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供能夠在有效降低nox的同時，回收旁通廢氣中的能量，提高整個系統能量利用效率的一種低速柴油機匹配高壓scr系統的中、低負荷能量回收裝置及回收方法。
本發明的目的是這樣實現的：
本發明一種低速柴油機匹配高壓scr系統的中、低負荷能量回收裝置，其特徵是：包括進氣箱、排氣箱、渦輪增壓器、動力渦輪、scr反應器，柴油機的進氣口和排氣口分別連通進氣箱和排氣箱，排氣箱通過scr進氣管連通scr反應器，scr反應器連通scr出氣管，scr進氣管上設置蒸發混合器，scr出氣管連通渦輪增壓器的渦輪，同時通過動力管路連通動力渦輪，渦輪增壓器的壓氣機出口通過空冷器連通進氣箱，動力渦輪連接渦輪發電組，渦輪發電組分別連接儲電裝置和整流逆變器，整流逆變器連接外部電網。
本發明一種低速柴油機匹配高壓scr系統的中、低負荷能量回收裝置還可以包括：
1、scr進氣管上設置第一閥組，scr反應器出口處的scr出氣管上設置第二閥組，動力管路上設置第三閥組。
本發明一種低速柴油機匹配高壓scr系統的中、低負荷能量回收方法，其特徵是：柴油機處於高負荷條件下，打開第一閥組和第二閥組，關閉第三閥組，從柴油機中排出的廢氣，進入排氣箱，廢氣從排氣箱經過第一閥組進入蒸發混合器，在蒸發混合器中與還原劑混合後，進入scr反應器，在催化劑的作用下廢氣中的nox被催化還原為氮氣，廢氣從scr反應器中出來，經第二閥組進入渦輪增壓器，之後廢氣從渦輪增壓器中排出；
柴油機處於中、低負荷條件下，打開第一閥組、第二閥組、第三閥組，從柴油機中排出的廢氣，進入排氣箱，廢氣從排氣箱出來經第一閥組進入蒸發混合器，在蒸發混合器中與還原劑混合，進入scr反應器，在催化劑的作用下廢氣中的nox被催化還原為氮氣，廢氣從scr反應器中出來，分為兩部分：一部分廢氣通過第三閥組進入動力渦輪驅動動力渦輪發電，之後這部分廢氣從動力渦輪排出進入空氣，另一部分廢氣進入渦輪增壓器，之後廢氣從渦輪增壓器中排出進入大氣。
本發明的優勢在於：本發明在中、低負荷條件下採用渦輪增壓器旁通技術來提高廢氣溫度，使其滿足scr系統的要求，同時利用這部分旁通廢氣來驅動動力渦輪發電，在降低nox排放的同時，回收廢氣中的能量，最大可能降低系統的油耗和二氧化碳的排放，降低運營成本的同時減少對環境的影響。
附圖說明
圖1為本發明的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述：
結合圖1，本發明包括主機1、高壓scr系統、廢氣旁通驅動動力渦輪發電系統，在中、低負荷條件下，主機1首先廢氣進入排氣箱2，之後廢氣進入scr系統，廢氣中的nox在scr系統中被催化還原為氮氣，廢氣在scr系統發生反應之後一部分進入渦輪增壓器9，用來壓縮空氣，之後排到大氣中；另一部分旁通進入動力渦輪8，用來驅動動力渦輪8發電，之後排到大氣中。
本發明的連接方式和流程為：廢氣從柴油機1中出來，進入廢氣箱2，之後進入高壓scr系統，廢氣中的nox被還原為氮氣，之後整個系統分為兩種工作狀態。1)在高負荷條件下，廢氣從高壓scr系統中出來，全部進入渦輪增壓器9，用來壓縮空氣，之後排入到大氣中，整個過程結束。2)在中、低負荷條件下，一部分廢氣被旁通進入動力渦輪8，用來驅動動力渦輪發電，另一部分廢氣進入渦輪增壓器，用來壓縮空氣，之後這兩部分廢氣混合，排入到空氣中，整個過程結束。
上述圖1中的整個系統在實際運行過程中分為2種運行狀態。
1)在高負荷條件下，主機不調製。此時閥組v1與v2打開，閥組v3關閉。廢氣從柴油機1中排出，進入排氣箱2，廢氣從排氣箱2經過閥組v1進入蒸發混合器4，在蒸發混合器中與還原劑混合，進入scr反應器5，在催化劑的作用下廢氣中的nox被催化還原為氮氣，廢氣從scr反應器5中出來，經閥組v2進入渦輪增壓器9，用來壓縮空氣，之後廢氣從渦輪增壓器9中排出。
2)在中、低負荷條件下，採用渦輪增壓器旁通進行主機調製。閥組v1、v2和v3全部打開。廢氣從柴油機1中排出，進入廢氣箱2，廢氣從排氣箱2出來經閥組v1經過閥組v1進入蒸發混合器4，在蒸發混合器中與還原劑混合，進入scr反應器5，在催化劑的作用下廢氣中的nox被催化還原為氮氣，廢氣從scr反應器5中出來，分為兩部分：一部分廢氣通過閥組v3進入動力渦輪8驅動動力渦輪發電，之後這部分廢氣從動力渦輪8排出進入空氣；另一部分廢氣進入渦輪增壓器9用來壓縮空氣，之後廢氣從渦輪增壓器9中排出進入大氣。
動力渦輪8與發電機組12相連，渦輪發電機組發電之後一方面通過整流逆變器14的作用進入外部電網15，用於船上的日常供電需求；另一反面，在船上用電需求較小時，渦輪發電機組在發電之後可以將相應的電儲存在儲電裝置13中，在用電需求較大時來供應船上的用電需求。