CN101810994B - 一种船舶联合防污染系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶联合防污染系统，包括电解法压载水处理系统和碱水烟气脱硫系统，所述的电解法压载水处理系统的电解槽的碱水出口与碱水烟气脱硫系统的储存柜通过管路连接，从而构成了一个可以同时处理船舶压载水和船舶柴油机尾气脱硫的船舶联合防污染系统。本发明充分利用了海水制淡装置所产生的高浓度盐水和电解法压载水处理系统所产生的碱水，提高了电解法压载水处理系统中的产氯量和碱水烟气脱硫系统的吸收率。在满足整个系统运行的情况下，大大减少海水使用量，从而减小所需泵的功率，节约电能，减少船舶的运营成本。本发明脱硫率可达95％以上，可以缩小设备尺寸，节约船舶空间。

Description

一种船舶联合防污染系统

技术领域

本发明涉及船舶防污染技术领域，特别是一种用于船舶压载水处理-船舶柴油机尾气脱硫的联合防污染系统。

背景技术

IMO资料表明，船舶年排放SO_x达634万吨，约占世界排放总量的4％。船舶大气污染已到不容忽视的地步，特别是港口、海峡和一些航线密集海区，船舶废气甚至成为该区主要污染源。1997年的空气污染防止国际会议通过了MARPOL公约1997年议定书及8个决议案，议定书纳入了“防止船舶造成大气污染规则”并使之成为公约附则VI。该附则于2006年8月23日在我国生效。MARPOL附则VI对于船舶废气中的SO_x排放含量作了限制，规定了燃油中硫含量的全球上限，并规定了硫排放控制区。MEPC 58通过了MARPOL附则VI修正案，对船舶大气污染物的排放提出了进一步的要求。修正案要求从2012年1月1日开始，全球重质燃油的硫含量从现在的4.50％降至3.50％；并在2018年之前作出可行性评估，若评估通过，到2020年1月1日，将要求全球船用重质燃油的硫含量降到0.5％。对于硫排放控制区，从2010年7月1日开始，该区域船舶所用燃油硫含量不得超过1.00％；从2015年1月1日起不得超过0.10％。目前船舶减少SO_x排放量的主要方法有：

1.使用低硫燃油：由于受地球资源的限制，低硫燃油的存储量无法满足航运的需求；

2.燃油脱硫：由于工艺十分复杂，运行成本昂贵，这种方法极大地增加了船舶的运营成本；

3.烟气脱硫：由于工艺比较简单、脱硫效率较高、运行成本较低等特点，将是今后船舶减少SO_x排放的主要研究方向。

烟气脱硫的主要方法有：石灰石膏法，氢氧化镁法，碱性水溶液法，海水脱硫法，活性炭吸收法等。这些方法主要应用于陆地的火力发电厂，目前还未见有关应用于实船烟气脱硫的报道。就船舶自身特点而言，海水脱硫法是一种非常适合的方法，而且该方法用天然海水作吸收剂，工艺比较简单；吸收系统不会产生结垢、堵塞等问题，系统可用率高；洗涤后的海水经处理符合环境要求后排人大海，无脱硫灰渣生成，不需要灰渣处理设施；投资和运行费用较低，通常比石灰石膏法低三分之一以上。据相关报道，该方法的脱硫率可达90％以上。但该方法需要消耗大量的海水作为吸收剂，因此需要配备大功率的海水泵来维持系统的正常运行。此外，脱硫后海水呈酸性，不但腐蚀设备，而且还需加入碱性物质进行后处理才能排放。

随着船舶压载水造成的海洋物种对海洋环境的侵害，已被全球环境基金组织确认为危害海洋的四大威胁之一。为此IMO于2004年2月通过了《国际船舶压载水及沉积物管理与控制公约》。该公约致力于减少和控制船舶压载水的排放造成的外来生物和病原体转移的威胁。截止到2009年5月底加入公约的国家有18个。

船舶承担了全球80％的商品量的运输，每年转移的压载水有100亿吨之多，每天至少有7000种海洋生物随船舶压载水在全球范围内传播。在一个压载舱内存活的腰鞭毛虫包囊约有3亿个，至今已有约500种生物物种是由船舶压载水的排放而新出现的。有数据表明，仅美国一个国家每年因外来生物入侵造成的经济损失就超过1400亿美元。在美国，欧洲斑马贝在大湖区大批滋生，占据了40％的排水通道，迫使美国政府不得不每年花费超过1亿美元的资金来采取措施控制其生长。在澳大利亚，由于生长在亚洲北部的藻类的入侵及其疯狂生长，使其迅速取代本地海床生物群落，造成诸多生态问题。1997年，澳洲检疫(AQIs)估计，仅双鞭毛藻就造成8000万美元的损失。目前至少有不少于25种船舶压载水的处理方法，如：置换、漩流分离、加热、紫外线处理、超声波处理、电解、羟基氧化法等，但是没有一种单一的处理技术能满足IMO提出的五项标准，即安全、实用、经济、有效且环境容许。目前尚未有商品化的成型技术或产品可直接使用且完全满足上述要求。电解法处理压载水作为一种较为行之有效的方法，在大多数现代化船舶上，采用电解海水法杀死海水冷却系统中的海生物效果非常明显。但该方法直接电解海水需要消耗大量的电能和海水，同时电解后的海水呈碱性，不但腐蚀船舶管路，而且需要进一步处理后才能排入大海。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种可以同时处理船舶压载水和船舶柴油机尾气脱硫的船舶联合防污染系统。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种船舶联合防污染系统，包括电解法压载水处理系统和碱水烟气脱硫系统，所述的电解法压载水处理系统和碱水烟气脱硫系统通过管路连接；所述的电解法压载水处理系统包括电解槽、盐水泵、电加热器和缓冲柜，所述的盐水泵安装在缓冲柜中、通过管路与电解槽连接，电加热器布置在缓冲柜底部，所述的缓冲柜与海水制淡装置的排盐泵出口通过管路连接，所述的电解槽通过管路及阀门与海水泵连接；所述的碱水烟气脱硫系统包括储存柜、碱水泵、碱水烟气吸收装置、换热器、稀释柜、空气泵和曝气池，所述的储存柜通过管路经碱水泵与碱水烟气吸收装置连接，所述的碱水烟气吸收装置通过管路经稀释柜与曝气池连接，所述的空气泵通过管路与曝气池的底部连接，所述的换热器分别与碱水烟气吸收装置的进气口和出气口连接；所述的稀释柜还通过管路、阀门与海水泵连接。

本发明所述的电解法压载水处理系统的电解槽的碱水出口与碱水烟气脱硫系统的储存柜通过管路连接。

本发明所述的电解法压载水处理系统中的电解槽采用立式隔膜电解槽，电解槽的阳极为耐腐蚀的、具有良好导电性能及氯气过电压很小的石墨电极；阴极为氢气过电压小、耐碱腐蚀且导电性能良好的铁丝网，在铁丝网上布置一层石棉绒作为隔膜，该隔膜位于石墨电极与铁丝网之间。

本发明所述的碱水烟气脱硫系统中的碱水烟气吸收装置采用耐碱腐蚀的金属材料制造。

本发明所述的耐碱腐蚀的金属材料优先选用铜镍合金铸铁。

本发明所述的缓冲柜外部包覆保温层。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、由于本发明通过管路将电解法压载水处理系统和碱水烟气脱硫系统连接起来，从而构成了一个可以同时处理船舶压载水和船舶柴油机尾气脱硫的船舶联合防污染系统。

2、由于本发明中用于船舶的防污染系统是一个由电解法压载水处理系统和碱水烟气脱硫系统联合组成的防污染系统，充分利用了海水制淡装置所产生的高浓度盐水和电解法压载水处理系统所产生的碱水，提高了电解法压载水处理系统中的产氯量和碱水烟气脱硫系统的吸收率。在满足整个系统运行的情况下，大大减少海水使用量，从而减小所需泵的功率，节约电能，减少船舶的运营成本。同时，海水制淡装置所产生的高浓度盐水和电解法压载水处理系统所产生的碱水均属船舶废水，若直接排放将会对船舶航行海域，特别是港口附近海域的生态环境造成影响。本发明既解决了船舶废水的排放，又以废治废，实现了船舶的“零排放”。

3、由于本发明中的电解法压载水处理系统利用海水制淡装置所产生的高浓度盐水作为电解制氯的原料，在产氯量相同的情况下，所需海水量约为电解普通海水的1/8左右。

4、由于本发明中碱水烟气脱硫系统利用电解法压载水处理系统所产生的碱水作为吸收剂，中和烟气中硫的氧化物。本发明中碱水烟气脱硫系统与普通海水烟气脱硫系统相比具有较高的吸收率，该方法的脱硫率可达95％以上，可以较彻底地吸收烟气中硫的氧化物。在提高吸收率的同时可以减少所需海水量，缩小设备尺寸，节约船舶空间。

附图说明

本发明共有附图4张，其中：

图1是船舶联合防污染系统的结构示意图。

图2是电解槽的结构示意图。

图3是碱水烟气吸收装置结构示意图的主视图。

图4是碱水烟气吸收装置结构示意图的A-A视图。

图中：1、海水泵，2、海水制淡装置，3、排盐泵，4、缓冲柜，5、盐水泵，6、电加热器，7、电解槽，8、储存柜，9、碱水泵，10、碱水烟气吸收装置，11、换热器，12、稀释柜，13、空气泵，14、曝气池，15、阴极，16、阳极，17、盐水入口，18、氯气出口，19、氢气出口，20、阴极室，21、阳极室，22、碱水出口，23、进气口，24、喷水孔，25、出气口，26、进水口，27、出水口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细阐述。如图1-4所示，一种船舶联合防污染系统，包括电解法压载水处理系统和碱水烟气脱硫系统，所述的电解法压载水处理系统和碱水烟气脱硫系统通过管路连接；所述的电解法压载水处理系统包括电解槽7、盐水泵5、电加热器6和缓冲柜4，所述的盐水泵5安装在缓冲柜4中、通过管路与电解槽7连接，电加热器6布置在缓冲柜4底部，所述的缓冲柜4与海水制淡装置2的排盐泵3出口通过管路连接，所述的电解槽7通过管路及阀门与海水泵1连接；所述的碱水烟气脱硫系统包括储存柜8、碱水泵9、碱水烟气吸收装置10、换热器11、稀释柜12、空气泵13和曝气池14，所述的储存柜8通过管路经碱水泵9与碱水烟气吸收装置10连接，所述的碱水烟气吸收装置10通过管路经稀释柜12与曝气池14连接，所述的空气泵13通过管路与曝气池14的底部连接，所述的换热器11分别与碱水烟气吸收装置10的进气口和出气口连接；所述的稀释柜12还通过管路、阀门与海水泵1连接。所述的电解法压载水处理系统的电解槽7的碱水出口22与碱水烟气脱硫系统的储存柜8通过管路连接。所述的电解法压载水处理系统中的电解槽7采用立式隔膜电解槽7，电解槽7的阳极16为耐腐蚀的、具有良好导电性能及氯气过电压很小的石墨电极；阴极15为氢气过电压小、耐碱腐蚀且导电性能良好的铁丝网，在铁丝网上布置一层石棉绒作为隔膜，该隔膜位于石墨电极与铁丝网之间。所述的碱水烟气脱硫系统中的碱水烟气吸收装置10采用铜镍合金铸铁制造。所述的缓冲柜4外部包覆保温层。

本发明所述的电解法压载水处理系统以海水制淡装置2产生的高浓度盐水为原料进行电解制氯；碱水烟气脱硫系统以电解法压载水处理系统所产生的碱水为吸收介质。其具体工作过程如下：在海水制淡装置2内，因被主机缸套水加热汽化而浓缩了的海水由排盐泵3送往电解法压载水处理系统的缓冲柜4。在缓冲柜4中，高浓度的海水被电加热器6加热至电解所需温度。然后由盐水泵5经盐水入口17将这部分盐水送往电解槽7中电解。其总反应方程式为：

2NaCl+2H₂O＝Cl₂↑+H₂↑+2NaOH

在电解槽7中，阳极室21内阳极16产生的氯气通过氯气出口18经阀V1送往压载舱对压载水进行处理，阴极室20内阴极15产生的氢气通过氢气出口19经阀V2送往厨房作为生活燃料。电解过程中，阴极室20内产生的碱水通过碱水出口22经阀V3进入碱水烟气脱硫系统的储存柜8。当主机处于工作状态时，开启碱水泵9，储存在储存柜8中的碱水经碱水泵9通过进水口26进入碱水烟气吸收装置10中对主机的排烟进行脱硫处理。其总反应方程式为：

和

碱水烟气吸收装置10中的喷水孔24按一定角度布置。来自主机排烟总管的烟气首先经阀V4在换热器11中降温，而后通过进气口23进入碱水烟气吸收装置10中、与从喷水孔24喷入碱水烟气吸收装置10中的碱水进行混合吸收，然后由碱水烟气吸收装置10上部的出气口25排出，经换热器11升温后排入大气中。经混合吸收的溶液经出水口27排入稀释柜12中，被来自阀V8的海水稀释后，经阀V6进入曝气池14中进行后处理。空气泵13向曝气池14中供入大量的空气，使SO₃ ^2-氧化成SO₄ ^2-，同时驱除海水中的CO₂，PH值可提高到6.5以上，并使海水中的溶解氧达到饱和，最后将处理后的海水经阀V7排出舷外。

本发明所述各系统装置的尺寸、功率、流量等参数根据船舶类型、载重量、主机功率来确定。

Claims (6)

1.一种船舶联合防污染系统，其特征在于：包括电解法压载水处理系统和碱水烟气脱硫系统，所述的电解法压载水处理系统和碱水烟气脱硫系统通过管路连接；所述的电解法压载水处理系统包括电解槽(7)、盐水泵(5)、电加热器(6)和缓冲柜(4)，所述的盐水泵(5)安装在缓冲柜(4)中、通过管路与电解槽(7)连接，电加热器(6)布置在缓冲柜(4)底部，所述的缓冲柜(4)与海水制淡装置(2)的排盐泵(3)出口通过管路连接，所述的电解槽(7)通过管路及阀门与海水泵(1)连接；所述的碱水烟气脱硫系统包括储存柜(8)、碱水泵(9)、碱水烟气吸收装置(10)、换热器(11)、稀释柜(12)、空气泵(13)和曝气池(14)，所述的储存柜(8)通过管路经碱水泵(9)与碱水烟气吸收装置(10)连接，所述的碱水烟气吸收装置(10)通过管路经稀释柜(12)与曝气池(14)连接，所述的空气泵(13)通过管路与曝气池(14)的底部连接，所述的换热器(11)分别与碱水烟气吸收装置(10)的进气口和出气口连接；所述的稀释柜(12)还通过管路、阀门与海水泵(1)连接。

2.根据权利要求1所述的一种船舶联合防污染系统，其特征在于：所述的电解法压载水处理系统的电解槽(7)的碱水出口(22)与碱水烟气脱硫系统的储存柜(8)通过管路连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种船舶联合防污染系统，其特征在于：所述的电解法压载水处理系统中的电解槽(7)采用立式隔膜电解槽(7)，电解槽(7)的阳极(16)为耐腐蚀的、具有良好导电性能及氯气过电压很小的石墨电极；阴极(15)为氢气过电压小、耐碱腐蚀且导电性能良好的铁丝网，在铁丝网上布置一层石棉绒作为隔膜，该隔膜位于石墨电极与铁丝网之间。

4.根据权利要求1所述的一种船舶联合防污染系统，其特征在于：所述的碱水烟气脱硫系统中的碱水烟气吸收装置(10)采用耐碱腐蚀的金属材料制造。

5.根据权利要求4所述的一种船舶联合防污染系统，其特征在于：所述的耐碱腐蚀的金属材料优先选用铜镍合金铸铁。

6.根据权利要求1所述的一种船舶联合防污染系统，其特征在于：所述的缓冲柜(4)外部包覆保温层。

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