[发明专利]一种用于中小型船舶SCR系统的尿素强效混合装置

说明书

技术领域

本发明涉及船舶烟气脱硝设备领域，具体涉及一种用于中小型船舶SCR系统的尿素强效混合装置。

背景技术

随着对大气污染治理工作的推进，船舶污染物的排放问题也逐渐突显并受到重视。国际海事组织（IMO）海洋环境保护委员会(MEPC)于2008年10月对“国际防止船舶造成污染公约(MERPOL)”附则VI进行了修正，对船舶在近海排放限制区内航行时的氮氧化物排放提出了更严格的标准，要求氮氧化物排放量达到TierIII标准，以维护近海海域的大气环境以及沿海居民的健康保障。

选择性催化还原（SelectiveCatalyticReduction,SCR）是当前主流的发动机尾气脱硝技术，可以有效脱除氮氧化物，能使船舶尾气达到TierIII排放标准。以尿素为制氨原料的船舶SCR系统运行管理成本较低，且尿素无危险，便于运输、储存和使用。在这一技术中，尿素水溶液喷射雾化质量，尿素的热解效率，氨气与烟气的混合均匀程度对系统的脱硝效率，氨逃逸率和使用寿命有很大的影响。

现有技术中也有在SCR脱硝系统中应用尿素混合器的案例。如中国专利CN201200864Y设计的X形静态混合器，有效地增强了流体滞留区的扰动，提高了烟气和NH₃的混合效果。但该专利对船舶实际运行工况的适应性不佳。船舶作业过程中，其运行工况复杂多变，变工况时烟气流场分布不均，该设计中的混合器板沿同一方向布置不能够很好地改善NH₃/NO_X浓度空间分布不均的问题。中国专利CN101900018A提出了一种由多对相对设置的叶片对组成的尿素混合装置，能使排气通过混合器时产生强烈的气流扰动，混合效果良好，且结构对称，制造方便。但该专利设计会产生不小的压降，带来排气背压升高和发动机有效功率耗损的不利影响。中国专利CN102242662B设计的静态混合器设置在尿素喷嘴的上游，使得尿素喷嘴处的流场均匀，扰动增强。但在尿素喷嘴下游未设置混合装置，下游扰动效果不佳，存在流体滞留区，尿素喷雾与烟气混合不充分，尿素溶液不能充分利用烟气热量进行蒸发和热解，尿素热解效率降低。局部低温区还容易形成沉积物，导致设备使用寿命缩短和管道堵塞。

发明内容

本发明针对现有SCR系统中尿素喷雾与烟气混合不均匀，尿素热解效率不高易生成沉积物，压降较大，SCR催化器入口速度偏差和NH₃/NO_X浓度偏差较大等缺陷，提供一种用于中小型船舶SCR系统的尿素强效混合装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于中小型船舶SCR系统的尿素强效混合装置，该装置包括管体和自下而上安装在管体内的多孔板、尿素喷嘴和混合器，所述的整流装置为分布有多个圆孔的多孔板，所述的扰流装置为混合器。本发明的优势在于尿素喷嘴的上游设置整流装置（多孔板），尿素喷嘴的下游设置扰流装置，该结构能够使烟气和尿素喷雾在有限的空间内得到更充分的混合，尿素喷雾能够在较短的时间内吸收更多的烟气废热提高分解速度，从而保证混合烟气到达SCR反应器入口处时NH₃/NO_X浓度比值达到反应要求。

作为优选，多孔板安装在尿素喷嘴上游200cm-340cm处，混合器安装在尿素喷嘴下游300cm-500cm处。多孔板、尿素喷嘴、混合器沿烟气流动方向依次布置在管道内。

作为优选，多孔板是直径为300mm-330mm，厚为4mm-8mm的圆形不锈钢板。

作为优选，所述圆孔在多孔板上呈中心对称分布，各圆孔的圆心间隔为22mm-26mm；沿多孔板半径方向从里到外，各层圆孔的圆心在一系列同心圆上；圆孔直径为16mm-20mm。为保证流场均匀并且一定的背压要求，多孔板的开孔率需在40%-55%之间。发动机尾气经过多孔板后，速度场会变得均匀，多孔板下游的喷嘴喷出的雾滴才能和尾气更均匀的混合，能够提高脱硝效率10%—15%。

作为优选，混合器主体为不锈钢管，不锈钢管内设有支撑框架，支撑框架上固定有翼片，翼片在不锈钢管内呈中心对称分布。

作为优选，支撑框架由两根互相垂直的长钢条和固定在长钢条上的4根短钢条组成，长钢条沿不锈钢管的直径方向设置，两根长钢条的交叉点即为不锈钢管的圆心，短钢条垂直固定于一根长钢条上且与另一根长钢条相平行；4根短钢条在径向上呈中心对称分布。