本發(fā)明涉及一種柴油機尾氣處理裝置，具體涉及采用低溫等離子體預(yù)氧化聯(lián)合SCR進行脫硫脫硝降噪除塵的復(fù)合裝置，屬于船舶尾氣排放控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

NO_x和SO_x是船舶柴油機尾氣排放的兩大主要污染物，其排放對全球環(huán)境造成了嚴重的影響。隨著排放法規(guī)的日益嚴格，降低船舶柴油機尾氣排放污染物并使其滿足排放法規(guī)的需求變得越來越重要。目前對NO_x和SO_x進行處理最為有效的方法為SCR(選擇性催化還原)和SO_x洗滌塔。然而，隨著船舶柴油機熱效率的提高，其渦輪后的廢氣溫度(100℃～240℃)已經(jīng)很難滿足SCR催化劑(V₂O₅-WO₃/TiO₂)正常工作的溫度窗(260℃～500℃)。船舶柴油機尾氣中含有較高濃度的SO_x，若不進行脫硫處理，SCR催化劑長期工作在低溫且含有較高濃度SO_x的氣體中，會發(fā)生硫中毒現(xiàn)象，降低SCR催化劑的工作壽命。若將SCR系統(tǒng)布置在SOx洗滌塔之后，由于脫硫之后尾氣溫度大大降低，也難以滿足SCR系統(tǒng)正常工作的溫度窗?？傊ㄟ^SCR和SO_x洗滌塔串聯(lián)的方法，無論SCR在SO_x洗滌塔之前或者在SO_x洗滌塔之后，對船舶柴油機尾氣污染物進行處理都存在著較大的問題。

通常，在商用SCR催化劑上發(fā)生的選擇性催化還原反應(yīng)有以下三個：

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O (1)

2NO+2NO₂+4NH₃→4N₂+6H₂O (2)

6NO₂+8NH₃→7N₂+12H₂O (3)

反應(yīng)(1)為標(biāo)準(zhǔn)SCR反應(yīng)，在260℃～500℃時具有較高的反應(yīng)速率，能夠使NOx的轉(zhuǎn)化率達到90％以上。然而，當(dāng)溫度降低到200℃以下時甚至更低時，該反應(yīng)的反應(yīng)速率大幅度下降。反應(yīng)(2)為快速SCR反應(yīng)，原因是該反應(yīng)在較低溫度(100～200℃)仍然具有非常高的反應(yīng)速率。當(dāng)溫度大于200℃時，反應(yīng)(2)的化學(xué)反應(yīng)速率可達反應(yīng)(1)的10倍以上。由于柴油機尾氣中NO占NO_x含量的大部分，若欲提高SCR系統(tǒng)在低溫工況下的NO_x轉(zhuǎn)化率，可對NO_x中的NO進行預(yù)氧化，調(diào)整NO在NO_x中所占的比例，使NO和NO₂的比例為1:1甚至NO₂的含量超過NO的含量(考慮到反應(yīng)(3)在低溫工況下也具有較高的反應(yīng)速率)。

采用低溫等離子體技術(shù)可對尾氣中的NO和SO₂進行預(yù)氧化，形成硝酸和硫酸，通入由尿素水溶液蒸發(fā)分解生成的氨氣后可生成銨鹽，從而達到脫硫脫硝的目的。柴油機尾氣中NO_x和SO_x的含量有較大區(qū)別，NO_x的濃度大致在1000ppm～1500ppm范圍內(nèi)，而SO_x濃度大致在20ppm～600ppm范圍內(nèi)，考慮到尾氣中的SO₂也可直接與NH₃反應(yīng)生成硫酸氫氨，當(dāng)SO_x通過等離子體反應(yīng)恰好全部脫除時，尾氣中可能仍存在大量的NO_x；如果等離子體反應(yīng)使尾氣中全部的NO氧化并與氨氣反應(yīng)生成銨鹽，則等離子體發(fā)生裝置的體積和能耗較大，若減少等離子體發(fā)生裝置的體積和能耗則導(dǎo)致NO_x處理不完全。當(dāng)對柴油機尾氣噪音有降噪需求時，在尾氣管路單獨安裝一臺消聲器使得投資和占地空間增大，因此，最佳方案是將柴油機尾氣的脫硫、脫硝、降噪和除塵這四個過程統(tǒng)籌考慮，開發(fā)具有多功能的復(fù)合裝置。

專利“等離子體一體化脫硫脫硝除塵的方法及裝置(申請?zhí)?01310472661.X)”的等離子體發(fā)生裝置采用網(wǎng)狀交叉結(jié)構(gòu)的電極對煙氣進行電離，該結(jié)構(gòu)等離子體產(chǎn)生空間小，密度相對較低，在氣流流速較快的環(huán)境尾氣在高壓電場下的作用時間短，電離效果不佳。

專利“一種船舶柴油機尾氣脫硫脫硝一體化裝置(申請?zhí)?01610293190.X)”采用U型結(jié)構(gòu)的等離子體發(fā)生裝置，若使尾氣中的全部NO氧化，等離子體發(fā)生裝置的體積和能耗較大，若減少等離子體發(fā)生裝置的體積和能耗則導(dǎo)致NO_x處理不完全。

專利“低溫等離子體預(yù)氧化輔助NH₃-SCR凈化柴油機NOx的系統(tǒng)(申請?zhí)?00810041928.9)”采用低溫等離子體預(yù)氧化柴油機尾氣，促使SCR裝置內(nèi)發(fā)生快速SCR反應(yīng)，其等離子體發(fā)生裝置為同軸式介質(zhì)阻擋放電反應(yīng)器，不具備降噪功能。

上述文獻中，未見采用等離子體預(yù)氧化聯(lián)合SCR具有脫硫、脫硝、降噪、除塵多功能的復(fù)合裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種低溫等離子體預(yù)氧化聯(lián)合SCR脫硫脫硝降噪除塵復(fù)合裝置，節(jié)省設(shè)備的占地空間和投資，解決低溫工況下單獨應(yīng)用SCR脫硝存在的NO_x轉(zhuǎn)化效率低和SCR催化劑硫中毒的問題，降低柴油機尾氣排放，同時具備降噪和除塵功能。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

一種低溫等離子體預(yù)氧化聯(lián)合SCR脫硫脫硝降噪除塵復(fù)合裝置，包括：低溫等離子體預(yù)氧化裝置、尿素供給蒸發(fā)裝置和SCR裝置；

所述的低溫等離子體預(yù)氧化裝置為筒狀，筒內(nèi)由多個電極板分隔成多個擴張室，在電極板上施加有高壓交流電，且每塊電極板上均插有一根內(nèi)接管，在最后一個擴張室后連接有集塵器，該集塵器下方設(shè)有灰斗和廢料槽；

所述的尿素供給蒸發(fā)裝置包括尿素液罐、尿素泵、蒸發(fā)器和噴氨噴嘴，尿素溶液經(jīng)管道從所述的尿素液罐依次流經(jīng)所述的尿素泵和蒸發(fā)器，待尿素溶液在蒸發(fā)器內(nèi)分解生成氨氣后，通過布置在擴張室內(nèi)的噴氨噴嘴向低溫等離子體預(yù)氧化裝置供給氨氣。

進一步地，所述的低溫等離子體預(yù)氧化裝置內(nèi)安裝二至三個電極板，使相鄰電極板之間形成一至二個擴張室，電極板的一側(cè)或雙側(cè)包裹介質(zhì)層，電極板上插有一根內(nèi)接管，相臨電極板上的內(nèi)接管呈180°交錯排列，相臨電極板之間的距離為L，內(nèi)接管一端伸出的長度為L/2，另一端伸出的長度為L/4。

進一步地，所述的低溫等離子體預(yù)氧化裝置筒內(nèi)壁包裹耐高溫、阻燃的吸聲材料。

進一步地，所述的尿素供給蒸發(fā)裝置的氨氣接入點位于最后一個電極板之前。

本發(fā)明原理如下：

采用低溫等離子體預(yù)氧化聯(lián)合SCR對柴油機尾氣進行脫硫脫硝降噪除塵。該復(fù)合裝置包括低溫等離子體預(yù)氧化裝置，尿素供給蒸發(fā)裝置，集塵器和灰斗，SCR裝置；在低溫等離子體預(yù)氧化裝置的電極板上施加高壓電源，柴油機尾氣通過電極板上的內(nèi)接管進入擴張室并在其內(nèi)部發(fā)生電離，產(chǎn)生大量的強氧化自由基O，OH等離子，將尾氣中的NO和SO₂部分氧化為NO₂和SO₃，提高NO₂在NO_x中所占的比例，在SCR裝置內(nèi)實現(xiàn)快速SCR反應(yīng)，提高低溫工況的SCR脫硝率；在有水蒸氣存在的情況下NO₂和SO₃會進一步形成硝酸和硫酸，并與尿素水溶液蒸發(fā)分解生成的氨氣反應(yīng)生成銨鹽氣溶膠，煙塵顆粒與銨鹽氣溶膠在電場的作用下荷電，通過串聯(lián)在低溫等離子體預(yù)氧化裝置之后的集塵器脫除。

在低溫等離子體預(yù)氧化裝置的電極板上施加高壓電源，柴油機尾氣通過電極板上的內(nèi)接管進入擴張室并在其內(nèi)部發(fā)生電離，產(chǎn)生大量的強氧化自由基O，OH等離子，將尾氣中的NO和SO₂部分氧化為NO₂和SO₃，提高NO₂在NO_x中所占的比例，在SCR裝置內(nèi)實現(xiàn)快速SCR反應(yīng)，提高低溫工況的SCR脫硝率；在有水蒸氣存在的情況下NO₂和SO₃會進一步形成硝酸和硫酸，并與尿素水溶液蒸發(fā)分解生成的氨氣反應(yīng)生成銨鹽氣溶膠，煙塵顆粒與銨鹽氣溶膠在電場的作用下荷電，通過集塵器脫除。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、集脫硫、脫硝、降噪、除塵多功能于一體，可節(jié)省設(shè)備的占地空間和投資，解決低溫工況下單獨應(yīng)用SCR脫硝存在的NO_x轉(zhuǎn)化效率低和SCR催化劑硫中毒的問題；

2、不僅能夠?qū)O_x和SO_x進行有效的處理，而且能夠去除柴油機尾氣中的碳煙，且該技術(shù)工作溫度適中(100～200℃)，遠低于柴油機的尾氣溫度，不需要調(diào)整柴油機工作參數(shù)，對柴油機工作性能影響較??；

3、采用低溫等離子體預(yù)氧化裝置使尾氣電離產(chǎn)生高活性自由基對NO和SO₂進行氧化，由于NO和SO₂的氧化率和所投入的電功率有直接的關(guān)系，便于精確控制NO和SO₂氧化率；

4、低溫等離子體預(yù)氧化裝置對NO僅進行預(yù)氧化，因此低溫等離子體預(yù)氧化裝置的體積較傳統(tǒng)等離子體聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)的體積小、能耗更低；

5、本發(fā)明的低溫等離子體預(yù)氧化裝置設(shè)計為一個阻抗復(fù)合型消聲器，可對柴油機尾氣在全頻率范圍降噪。

附圖說明

圖1是本發(fā)明低溫等離子體預(yù)氧化聯(lián)合SCR脫硫脫硝降噪除塵復(fù)合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的低溫等離子體預(yù)氧化裝置和尿素供給蒸發(fā)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和舉例對本發(fā)明做更詳細地描述：

結(jié)合圖1和圖2，低溫等離子體預(yù)氧化裝置采用介質(zhì)阻擋放電使柴油機1的尾氣發(fā)生電離。低溫等離子體預(yù)氧化裝置內(nèi)安裝三個電極板7，使相鄰電極板7之間形成二個擴張室8。由于柴油機尾氣降噪應(yīng)主要針對高頻噪聲，因此擴張室8不易設(shè)置的過多，避免高頻噪聲幅值降低的效果不佳，實際應(yīng)用中擴張室8可設(shè)置一至二個。電極板7的雙側(cè)包裹介質(zhì)層9，在電極板7上施加高壓交流電2，電極板7間的尾氣被擊穿發(fā)生電離，介質(zhì)阻擋放電可在0.1bar～10bar的氣壓下工作，適用于柴油機尾氣。電極板7上插有一根內(nèi)接管12，相臨電極板7上的內(nèi)接管11呈180°交錯排列，以增加尾氣在低溫等離子體預(yù)氧化裝置內(nèi)的停留時間，使尾氣在高壓電場下充分電離。低溫等離子體預(yù)氧化裝置設(shè)計為一個阻抗復(fù)合型消聲器，其筒內(nèi)壁包裹耐高溫、阻燃的吸聲材料10，相臨電極板7之間的距離為L，內(nèi)接管12一端伸出的長度為L/2，另一端伸出的長度為L/4，可對柴油機1的尾氣在全頻率范圍降噪。

尾氣在高壓電場的作用下發(fā)生電離，產(chǎn)生大量的強氧化自由基O，OH等離子，將尾氣中的NO和SO₂部分氧化為NO₂和SO₃，在有水蒸氣存在的情況下NO₂和SO₃會進一步形成硝酸和硫酸。尿素水溶液蒸發(fā)供給裝置包括尿素液罐6、尿素泵5、蒸發(fā)器4和噴氨噴嘴3，尿素水溶液在蒸發(fā)器4中受熱蒸發(fā)分解生成氨氣，在第二個擴張室8中與硝酸和硫酸反應(yīng)生成銨鹽氣溶膠。煙塵顆粒與銨鹽氣溶膠在電場的作用下荷電，由串聯(lián)在低溫等離子體預(yù)氧化裝置之后的集塵器11捕集并在自重和振動的作用下跌落在下方的灰斗13中，定期對灰斗13進行清理，將收集的煙塵顆粒和銨鹽泄放至廢料槽14。

流經(jīng)集塵器之后的尾氣仍含有大量的NO_x，經(jīng)過上游的等離子體預(yù)氧化裝置對尾氣進行脫硫，降低了尾氣中SO_x對SCR催化劑的毒害作用，并且增加了NO₂在NO_x中所占的比例，使SCR裝置15內(nèi)發(fā)生快速SCR反應(yīng)，提高了低溫工況的SCR脫硝率，最終在SCR裝置15的下游得到凈化的尾氣。

經(jīng)試驗表明，柴油機尾氣在擴張室內(nèi)發(fā)生電離產(chǎn)生大量的強氧化自由基，將尾氣中的NO和SO₂部分氧化，在有水蒸氣存在的情況下形成硝酸和硫酸，并與尿素水溶液蒸發(fā)分解生成的氨氣反應(yīng)生成銨鹽氣溶膠。煙塵顆粒與銨鹽氣溶膠在電場的作用下荷電，通過串聯(lián)在低溫等離子體預(yù)氧化裝置之后的集塵器脫除。經(jīng)過上游的等離子體預(yù)氧化裝置對尾氣進行脫硫，降低了尾氣中SO_x對SCR催化劑的毒害作用，并且增加了NO₂在NO_x中所占的比例，使SCR裝置內(nèi)發(fā)生快速SCR反應(yīng)，提高了低溫工況的SCR脫硝率，最終在SCR裝置下游得到凈化的尾氣。