CN104437908B - 一种高效脱除船舶废气颗粒物的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效脱除船舶废气颗粒物的方法，含有颗粒物的废气通过一电磁场空间后，分隔成清洁气流带和富含颗粒物的气流带；所述清洁气流带直接排入大气；所述富含颗粒物的气流带进入一旋风分离器内，经处理后泵送回所述电磁场空间。本发明还公开了一种高效脱除船舶废气颗粒物的装置，包括一圆柱形烟气通道，所述圆柱形烟气通道的内壁设有集尘板，所述圆柱形烟气通道的外壁设有螺线管。本发明利用电磁场将废气中的颗粒物分离并富集的处理方式，大大减少了旋风分离器的处理量，缩小了整个装置的体积和占地面积，节省了旋风分离器的投资和运行成本，通过再循环处理旋风分离后的废气，进一步强化了废气中颗粒物的脱除效果。

Description

一种高效脱除船舶废气颗粒物的方法及其装置

技术领域

本发明属于大气颗粒污染物去除技术领域，具体涉及一种船舶废气中颗粒物的脱除方法及其装置。

背景技术

国际社会对船舶造成大气污染议题的关注由来已久，近年来，随着海上运输船舶数量和吨位的日益增长，船舶造成的大气污染已经到了不容忽视的地步。据美国《地球物理学研究杂志》2010年的报道指出，全球海上船舶每年排放的颗粒物总量相当于全球汽车所排放颗粒污染物的一半。船舶排放的一次性颗粒物中含有大量的PM2.5，在港口、海峡和一些航线密集、船舶流量大的海区，已成为该地区的主要空气污染源。

据我国环保部门发布数据显示，港口城市由船舶贡献的废气排放量比内陆城市平均多25％。以上海港为例，由于停靠大型船舶带来的有害物质排放高达93.3吨/天、CO2排放达2499吨/天，且自2010年以来上海港集装箱吞吐量已连续三年位居世界第一，大吨位集装箱船舶对上海市PM2.5贡献巨大，超过4万吨/年，占该市总排放量的5％以上。随着我国船舶数量和吨位的持续增长，船舶造成的空气污染比例越来越大，对我国沿海城市的空气质量影响重大，不仅是造成雾霾等天气的重要来源，也是导致部分港口城市呼吸道相关癌症多发的原因之一。

针对上述船舶造成的严重大气污染，国际海事组织(IMO)海洋环境保护委员会(MEPC)近年来多次会议讨论并修订了MARPOL公约附件VI关于严格控制减少船舶有害气体排放的规定。根据该修正案，针对船舶废气中SOx和NOx的排放作了明确而严格的规定，针对船舶废气中颗粒物(PM)的排放也已经开展有关检测措施和排放标准的讨论，在不久的将来也会实施有关船舶废气中PM的排放控制规定。

当前解决烟气除尘的技术主要有旋风除尘、静电除尘和湿法洗涤技术。由于相比陆地燃煤电厂和工业锅炉烟气排放，船舶废气排放具有温度高、流速快、颗粒物成分复杂、亚微米级颗粒物为主等特点，因此传统的烟气除尘方法很难满足船舶实际需要，尤其不能有效脱除船舶排放的细微颗粒物，因而不能较好的解决船舶造成的PM2.5大气污染。如：专利号200510011575.4《一种旋风分离装置》、专利号201210247598.5《旋风分离装置》、专利号201210023628.4《旋风分离装置》等，通过优化旋风分离器结构参数(如下倾进风口、椎状分离结构等)，增加了旋回流的旋回次数，延长了离心力作用时间，一定程度地提高了离心分离效果和效率，但却对亚微米级(约0.5μm以下)颗粒物不能起到较好的分离作用，且装置体积庞大；专利号201310429964.3《一种高速涡旋电场旋风分离方法及旋风分离器》公开了一种联合高压静电和涡旋电场的高效颗粒分离系统，但该系统需要让烟道的全部烟气通过才能实现净化，故存在装置体积庞大、初始投资高、耗电量大等缺陷；专利号201210596049.9《一种干、湿法相结合的燃煤烟气脱硫、脱硝、脱碳及除尘净化新方法》和专利号201110201846.8《一种常温半干式烟气净化方法及系统》，这些湿法洗涤技术是在废气脱硫的基础上实现脱颗粒物过程，存在颗粒物脱除能力有限，排出废气含有较多白雾(含酸性液滴)，且洗涤废液的处理难度大，二次污染环境等问题。

发明内容

根据上述提出的现有技术对亚微米级(约0.5μm以下)颗粒物脱除效果不佳以及设备庞大等技术问题，而提供一种船舶废气中颗粒物的脱除方法及其装置。

本发明采用的技术手段如下：

一种高效脱除船舶废气颗粒物的方法，含有颗粒物的废气通过一电磁场空间后，分隔成清洁气流带和富含颗粒物的气流带；所述清洁气流带直接排入大气；所述富含颗粒物的气流带进入一旋风分离器内，经处理后泵送回所述电磁场空间，继续循环处理，所述含有颗粒物的废气为船舶柴油机排放的高温、高速废气。

所述电磁场空间由直流高压放电的电场通道和交变电流形成的磁场通道耦合而成。

所述颗粒物包括粒径小于0.5μm的颗粒物。

本发明还公开了一种高效脱除船舶废气颗粒物的装置，所述装置包括一圆柱形烟气通道，所述圆柱形烟气通道的内壁设有集尘板，所述圆柱形烟气通道的外壁设有螺线管，所述圆柱形烟气通道的轴线位置设有芒刺型电晕线，所述圆柱形烟气通道的后端上设有一与所述圆柱形烟气通道同轴的圆柱形管，所述圆柱形管的外壁与所述圆柱形烟气通道的后端通过一环形端板固定连接，所述圆柱形烟气通道的前端与船舶柴油机的废气排出管系连接；

所述圆柱形管的位于所述圆柱形烟气通道内的一段、所述圆柱形烟气通道的后段与所述环形端板围成一环形凹槽，所述环形凹槽与一旋风分离器连通，所述旋风分离器通过一泵与所述圆柱形烟气通道的前端连通，所述旋风分离器上还设有一集灰室，经所述电磁场空间处理后的所述含有颗粒物的废气被分隔成所述清洁气流带和所述富含颗粒物的气流带，所述富含颗粒物的气流带经管道引导进入所述旋风分离器，经所述旋风分离器处理后，大量的颗粒物沉降被收集到所述集灰室，只含少量颗粒物的废气则再次由所述泵送回所述电磁场空间，实现废气再循环过程，提高废气颗粒物脱除效果；

所述圆柱形管的远离所述圆柱形烟气通道的一端为所述清洁气流带排出端；

所述集尘板与所述芒刺型电晕线之间连接有负高压电源，通过所述负高压电源释放脉冲高压电，在所述芒刺型电晕线的芒刺尖端形成脉冲电晕放电，一方面使所述含有颗粒物的废气中部分成分电离带电，另一方面形成强电场空间，促进荷电颗粒的偏移运动；

所述螺线管与交变电源连接，通过所述交变电源产生的所述交变电流在所述螺线管内部形成变化的磁场空间，改变所述荷电颗粒的运动轨迹，延长所述荷电颗粒在所述圆柱形烟气通道内的作用时间。

所述集尘板接地，所述集尘板呈圆柱形，所述圆柱形集成板与所述圆柱形烟气通道同轴。

本发明公开的一种高效脱除船舶废气颗粒物的方法及其装置的基本原理如下：

船舶柴油机排放的高温、高速、含有颗粒物的废气进入由所述直流高压放电的电场通道和所述交变电流形成的磁场通道耦合的所述电磁场空间后，在所述直流高压放电的电场作用下，所述含有颗粒物的废气中的颗粒物带电，所述荷电颗粒受强电场力作用，向所述集尘板偏移，所述直流高压放电的电场持续作用一段时间后，多数所述荷电颗粒将富集在所述集尘板上，相互碰撞、吸附并团聚长大，当所述荷电颗粒在所述集尘板上累积到一定厚度后，由于高速的所述含有颗粒物的废气的冲刷，将从所述集尘板上脱落，顺着所述含有颗粒物的废气的气流带运动方向贴近所述圆柱形烟气通道内壁流动。

同时，所述荷电颗粒也受到所述交变电流形成的磁场作用，所述荷电颗粒在电场力和洛伦兹力的共同作用下作复杂的螺旋运动，使得所述荷电颗粒在所述直流高压放电的电场内停留时间加长，促进颗粒物得到更多的电荷并更充分的偏移。由于所述螺线管所加所述交变电源产生的所述交变电流形成的磁场的极性不断变化，因此，所述荷电颗粒在所述电磁场空间内运动时，所受洛伦兹力方向不断变化，使其在所述直流高压放电的电场内的停留时间得以延长，所述荷电颗粒间的碰撞机会增多，最终所述荷电颗粒在所述直流高压放电的电场的作用下快速偏移，吸附到所述集尘板表面。

经过所述电磁场通道处理后，所述含有颗粒物的废气被分隔成清洁气流带和富含颗粒物的气流带，其中，靠近所述圆柱形烟气通道中心的所述清洁气流带直接排入大气中；靠近所述圆柱形烟气通道内壁的所述富含颗粒物的气流带经管道引导进入所述旋风分离器内，经所述旋风分离器处理后，大量的颗粒物沉降被收集到所述集灰室，只含少量颗粒物的废气则再次由所述泵送回所述电磁场空间，实现废气再循环过程，提高废气颗粒物脱除效果。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.利用电磁场将废气中的颗粒物分离并富集的处理方式，大大减少了旋风分离器的处理量，缩小了整个装置的体积和占地面积，节省了旋风分离器的投资和运行成本。

2.通过再循环处理旋风分离后的废气，进一步强化了废气中颗粒物的脱除效果，使整个系统能够在高温高速的柴油机废气工况下，保持较高的颗粒物脱除效率。

3.相比传统的静电除尘方法和装置，本发明的静电除尘结构能够适应更高的气体流速，装置结构紧凑，且对颗粒物的比电阻值限制较小，管道阻力较低。通过联合交变磁场处理，有效提高了废气中颗粒物的分离效率。

4.整个集尘板和电晕线所在通道区域不需要设置振打等除尘装置，装置结构简化，系统安全性和可靠性得到提高。

基于上述理由本发明可在大气颗粒污染物去除等领域广泛推广。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的高效脱除船舶废气颗粒物的方法的整体框架图。

图2是本发明的高效脱除船舶废气颗粒物的装置的结构示意图。

图3是本发明的高效脱除船舶废气颗粒物的装置的运行示意图。

图4是本发明的圆柱形烟气通道的横剖面图。

图5为图2的右视图。

其中，1、圆柱形烟气通道，2、集尘板，3、螺线管，4、芒刺型电晕线，5、圆柱形管，6、环形端板，7、环形凹槽，8、旋风分离器，9、泵，10、集灰室，11、负高压电源，12、交变电源，41、支撑圆管，42、M3螺栓。

具体实施方式

如图1-5所示，一种高效脱除船舶废气颗粒物的方法，含有颗粒物的废气通过一由直流高压放电的电场通道和交变电流形成的磁场通道耦合的电磁场空间后，分隔成清洁气流带和富含颗粒物的气流带；所述清洁气流带直接排入大气；所述富含颗粒物的气流带进入一旋风分离器8内，经处理后泵送回所述电磁场空间。

所述颗粒物包括粒径小于0.5μm的颗粒物。

一种高效脱除船舶废气颗粒物的装置，包括一圆柱形烟气通道1，所述圆柱形烟气通道1的内壁设有集尘板2，所述集尘板2接地，所述集尘板2呈圆柱形，所述圆柱形集成板2与所述圆柱形烟气通道1同轴，所述圆柱形烟气通道1的外壁设有螺线管3，所述圆柱形烟气通道1的轴线位置设有芒刺型电晕线4，所述圆柱形烟气通道1的后端上设有一与所述圆柱形烟气通道1同轴的圆柱形管5，所述圆柱形管5的外壁与所述圆柱形烟气通道1的后端通过一环形端板6固定连接；

所述圆柱形管5的位于所述圆柱形烟气通道1内的一段、所述圆柱形烟气通道1的后段与所述环形端板6围成一环形凹槽7，所述环形凹槽7与一旋风分离器8连通，所述旋风分离器8通过一泵9与所述圆柱形烟气通道1的前端连通，所述旋风分离器8上还设有一集灰室10；

所述集尘板2与所述芒刺型电晕线4之间连接有负高压电源11；

所述螺线管3与交变电源12连接。

所述芒刺型电晕线4包括一支撑圆管41和多个与所述支撑圆管41固定连接的芒刺组，所述多个芒刺组沿所述支撑圆管41的轴向方向间隔30mm等间距布置，所述芒刺组包括多个沿所述支撑圆管41轴线均匀分布的M3螺栓42，本具体实施方式中，所述芒刺组包括六个沿所述支撑圆管41轴线均匀分布的M3螺栓42，M3螺栓42的长度为400mm，所述支撑圆管41的直径为100mm，长度为4000mm，集尘板2的内径为1000mm，芒刺型电晕线4与集尘板2的间距为50mm。集尘板2通过导线与大地相连，负高压电源11提供0-50kV的负极性电压，在芒刺型电晕线4和集尘板2之间形成强电场。

船舶柴油机排放的高温、高速、含有颗粒物的废气进入由芒刺型电晕线4、集尘板2构成的直流高压放电的电场通道，在所述直流高压放电的电场作用下，所述含有颗粒物的废气中的颗粒物带电，所述荷电颗粒受强电场力作用，向所述集尘板2运动，同时，所述荷电颗粒也受到所述交变电流形成的磁场作用，所述荷电颗粒在电场力和洛伦兹力的共同作用下作复杂的拉莫运动，使得所述荷电颗粒在所述直流高压放电的电场内停留时间加长，促进颗粒物得到更多的电荷并更充分的偏移。由于所述螺线管3所加所述交变电源产生的所述交变电流形成的磁场的极性不断变化，因此，所述荷电颗粒在所述电磁场空间内运动时，所受洛伦兹力方向不断变化，使其在所述直流高压放电的电场内的停留时间得以延长，所述荷电颗粒间的碰撞机会增多，最终所述荷电颗粒在所述直流高压放电的电场的作用下快速偏移，吸附到所述集尘板2表面，相互碰撞、吸附并团聚长大，当所述荷电颗粒在所述集尘板2上累积到一定厚度后，由于高速的所述含有颗粒物的废气的冲刷，将从所述集尘板2上脱落，顺着所述含有颗粒物的废气的气流带运动方向贴近所述圆柱形烟气通道1内壁流动。

经过所述电磁场通道处理后，所述含有颗粒物的废气被分隔成所述清洁气流带和所述富含颗粒物的气流带，其中，靠近所述圆柱形烟气通道1中心的所述清洁气流带通过圆柱形管5直接排入大气中；靠近所述圆柱形烟气通道1内壁的所述富含颗粒物的气流带经管道引导进入所述旋风分离器8内，经所述旋风分离器8处理后，大量的颗粒物沉降被收集到所述集灰室10，只含少量颗粒物的废气则再次由所述泵9送回所述电磁场空间，实现废气再循环过程，提高废气颗粒物脱除效果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高效脱除船舶废气颗粒物的方法，其特征在于：含有颗粒物的废气通过一电磁场空间后，分隔成清洁气流带和富含颗粒物的气流带；所述清洁气流带直接排入大气；所述富含颗粒物的气流带进入一旋风分离器内，经处理后泵送回所述电磁场空间，所述电磁场空间由直流高压放电的电场通道和交变电流形成的磁场通道耦合而成。

2.根据权利要求1所述的一种高效脱除船舶废气颗粒物的方法，其特征在于：所述颗粒物包括粒径小于0.5μm的颗粒物。

3.一种高效脱除船舶废气颗粒物的装置，其特征在于：所述装置包括一圆柱形烟气通道，所述圆柱形烟气通道的内壁设有集尘板，所述圆柱形烟气通道的外壁设有螺线管，所述圆柱形烟气通道的轴线位置设有芒刺型电晕线，所述圆柱形烟气通道的后端上设有一与所述圆柱形烟气通道同轴的圆柱形管，所述圆柱形管的外壁与所述圆柱形烟气通道的后端通过一环形端板固定连接；

所述圆柱形管的位于所述圆柱形烟气通道内的一段、所述圆柱形烟气通道的后段与所述环形端板围成一环形凹槽，所述环形凹槽与一旋风分离器连通，所述旋风分离器通过一泵与所述圆柱形烟气通道的前端连通，所述旋风分离器上还设有一集灰室；

所述集尘板与所述芒刺型电晕线之间连接有负高压电源；

所述螺线管与交变电源连接。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述集尘板接地，所述集尘板呈圆柱形，所述圆柱形集成板与所述圆柱形烟气通道同轴。