CN105311962A

CN105311962A - 船舶柴油机废气脱硫高可靠性喷淋液输送与测控装置

Info

Publication number: CN105311962A
Application number: CN201410312333.8A
Authority: CN
Inventors: 董志峰; 王振翀; 田庆涛
Original assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB; Shandong Weida Machinery Co Ltd
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT; China University of Mining and Technology Beijing CUMTB; Shandong Weida Machinery Co Ltd
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2016-02-10

Abstract

本发明公开了一种用于船舶柴油机废气脱硫的高可靠性喷淋液输送与测控装置，属于大气污染控制和船舶废气排放控制领域。系统由洗涤釜、中和处理器、水仓、碱液罐、固液分离器、饱和液罐、固体排料仓、处理混合液等输送与测控装置等组成。将船舶柴油机废气进入洗涤釜内与喷淋脱硫碱性水溶液充分混合接触，并通过中和处理溶解吸收其中的硫氧化物，形成硫酸盐。废气中的其它颗粒物也被水溶液附着、混合，后经分离、处理、回收。基于可靠性理论与方法，进行船舶柴油机废气脱硫系统中的喷淋液输送与测控装置各部件的串并联组合设计，降低了喷淋液输送与测控装置故障概率，大幅度提高废气脱硫设备运行的可靠性，满足船舶柴油机废气脱硫要求。

Description

船舶柴油机废气脱硫高可靠性喷淋液输送与测控装置

技术领域

本发明公开了一种用于船舶柴油机废气脱硫的高可靠性喷淋液输送与测控装置，属于大气污染控制和海洋船舶废气排放控制领域。将船舶柴油机废气经热交换及冷却降温后，进入洗涤釜内与喷淋脱硫碱性水溶液充分混合接触，并通过中和处理溶解吸收其中的硫氧化物，形成硫酸盐。废气中的其它颗粒物也被水溶液附着、混合，后经分离处理、回收。完成对船舶柴油机废气高效率脱硫，达到国际海事组织对船舶柴油机废气硫氧化物排放限制标准，满足大气污染控制及环境保护要求。

背景技术

船舶运输在全球贸易货物运输中占有主导地位。船舶柴油机所用的能源主要为船用柴油，柴油机工作过程中燃料燃烧产生大量废气已经成为海洋大气的主要污染源之一。

船舶废气中的硫氧化物SO_x(二氧化硫SO₂和三氧化硫SO₃)是燃油中的硫和硫化物如硫化氢(H₂S)和硫醇(RSH)等在燃烧后产生的。船舶柴油机主机一般多以重油为燃料，特别是远洋船舶燃料中多含劣质渣油，燃油的含硫量高，因此船舶柴油机排放的废气的中SO_x高。

船舶柴油机燃料燃烧生成的硫氧化物(SO_x)、氮氧化物(NO_x)、碳氧化物(CO₂、CO)、HC和固体颗粒等排至大气，造成大气污染、温室效应、气候变暖，甚至形成酸雨，给人类带来危害。许多国家和地区都在积极采取有效措施，限制船舶废气对大气的污染。

在大气污染环境治理中，船舶柴油机排放废气对大气环境的影响，特别是对港口沿岸地区的影响越来越被关注。船舶柴油机排放废气脱硫及烟气中颗粒物后处理要求越来越严格，对脱硫及烟气中颗粒物后处理设备技术性能要求越来越高。

在陆地上燃煤(发电厂)锅炉应用的烟气脱硫技术主要是湿法脱硫，包括钙法：石灰(石)——石膏法，在大型电厂和工业锅炉的脱硫工程中得到广泛应用；生成的石膏易造成管道结垢、堵塞。氧化镁法：国外工业化应用已有二十几年的运行业绩，由于氧化镁活性比石灰水高，脱硫效率也较石灰法高、不易结垢。它的缺点是氧化镁回收过程需锻烧，工艺较复杂，但若直接采用抛弃法，镁盐会导致二次污染，总体运行费用也较高。钠钙双碱法采用NaOH和石灰(氢氧化钙)两种碱性物质做脱硫剂的脱硫方法。钠钙双碱法综合石灰法与钠碱法的特点，解决了石灰法的塔内易结垢的问题，又具备钠碱法吸收效率高的优点。海水脱硫：以海水作为吸收剂，节约淡水资源；被吸收的SO_x转化成海水中的天然组分——硫酸盐，废弃物不做处理，成本低；缺点是对废弃物排放要求高的区域，难以达到标准高。

由于船舶及柴油机工作特点，排放出的废气量随负载变化，要求对废气脱硫设备运行中系统各部分有效的测试和控制，保证高脱硫效率。同时由于船舶远航的特殊性，对废气脱硫设备各个部分的可靠性要求高，因此技术难度大。

如欧美等国已研究开发船舶柴油机排放废气脱硫及烟气中颗粒物清洗装备，应用钠碱及海水法，通过喷淋碱性溶液或海水与SOx气体进行中和反应来脱硫，同时清洗烟气中的颗粒物。而中国在船舶柴油机排放废气脱硫设备方面目前还属空白。

发明内容

根据船舶结构特点及工作条件，本发明提供一种船舶柴油机废气高效洗涤脱硫高可靠性喷淋液输送与测控装置，其结构紧凑、运行可靠，可使用含硫量小于3.5％柴油的船舶柴油机废气脱硫处理后含硫量小于0.1％，即脱硫效率达97.2％以上，满足国际海事组织IMO要求执行的船用油硫含量新标准要求。

本发明的原理是：船舶柴油机排出的废气进入洗涤脱硫系统，通过系统各设备及工艺过程运行的控制及技术参数测试，使处理气体中的硫氧化物与喷淋NaOH碱溶液处于最佳化学反应的条件及状态，化学反应充分，最大限度降低硫氧化物排放，达到标准要求。反应产物Na₂SO₃随喷淋液降至釜底，经洗涤、中和、处理、分离、回收。为减少系统设备故障，提高设备可靠性，基于可靠性设计对系统中的液体输送与测控装置进行了机械部件、电动部件、传感器的串并联组合设计，降低了设备故障概率，大幅度提高废气脱硫设备运行的可靠性。同时，为提高设备维护维修性能，根据船舶设备工作条件及特点，发明了残留液回收结构装置，对设备维修中管路及泵中残留液进行有效回收处理，避免工作环境污染及影响周边设备工作。

本发明的设备组成如附图1所示。主要包括喷淋洗涤釜(1)，废气入口(2)，中和处理器(3)，水箱(4)，碱液罐(5)，固液分离器(6)，饱和液罐(7)，污物排料仓(8)，喷淋液输送与测控装置(9)，喷淋液控单元(10)，喷淋液控单元(11)，循环液输送与测控装置(12)，清洗配液水输送与测控装置(13)，碱液输送与测控装置(14)，混合液输送与测控装置(15)，饱和液输送与测控装置(16)，污物排料输送装置(17)。

本发明的喷淋液输送与测控装置(9)，如附图2所示。基于可靠性设计的喷淋液输送与测控装置(9)，其主输送管路(26)上并联设置2台喷淋液泵(19)、(20)，大大降低了喷淋液输送与测控装置失效概率，当(19，20)其中之一喷淋液泵故障时，另一喷淋液泵正常运行，保证系统高可靠性。

喷淋液输送与测控装置(9)中，主输送管路(26)上并联安装的2台喷淋液泵(19)、(20)各设置有变频器(21)、(22)，实现电机变频调速驱动，由控制系统计算机根据系统运行需要通过自动调节变频电机转速控制泵输送流量。

喷淋液输送与测控装置(9)中，基于可靠性设计，喷淋泵(19)、(20)的出口主管路(25)上设置2个串联耐酸碱液流量传感器(23)，(24)，将喷淋液泵(19)、(20)输送给洗涤釜(1)中的喷淋液流量信息实时传送给系统控制计算机，根据设备运行情况自动控制变频电机转速控制泵输送流量。当其中2个串联耐酸碱液流量传感器(23)(24)之一故障时，另一传感器正常运行，大大降低了喷淋液测控装置失效概率，保证系统高可靠性。

喷淋液输送与测控装置(9)中，在喷淋泵(19)、(20)入口管路上各设置导液管接口及手动阀(28)、(29)，设备运行时，手动阀(28)、(29)均关闭。喷淋泵(19)或(20)故障需要维修时，关闭中和处理器(3)出口手动阀，将移动导流泵(27)入口管接通导液管接口，打开手动阀，启动导流泵将残留在喷淋泵(19)、(20)及主路中的喷淋液导入中和处理器(3)，方便快速维修或更换喷淋泵，避免管路及容器内喷淋液溢出造成船舱或甲板积酸碱液及影响周围的设备发生故障。

附图说明

附图1是船舶柴油机废气脱硫系统组成及原理

附图2是船舶柴油机废气脱硫高可靠性喷淋液输送测控装置

图中：喷淋洗涤釜(1)，废气入口(2)，中和处理器(3)，水箱(4)，碱液罐(5)，固液分离器(6)，饱和液罐(7)，污物排料仓(8)，喷淋液输送与测控装置(9)，喷淋液控单元(10)，喷淋液控单元(11)，循环液输送与测控装置(12)，清洗配液水输送与测控装置(13)，碱液输送与测控装置(14)，混合液输送与测控装置(15)，饱和液输送与测控装置(16)，污物排料输送装置(17)，洗涤釜出口(18)，喷淋液泵(19)、(20)，变频器(21)、(22)，液流量传感器(23)、(24)，出口主管路(25)、(26)，移动导流泵(27)，手动阀(28)、(29)，手动阀(30)、(31)。

具体实施方式

首先，根据船舶航行及靠离港口海岸过程中柴油机废气脱硫要求，系统中的水箱(4)和碱液罐(5)存储足够量的碱液和水，水箱(4)与中和处理器(3)通过管路与清洗配液水输送与测控装置(13)连接。碱液罐(5)与中和处理器(3)通过管路及碱液输送与测控装置(14)连接，将碱液和水输入到中和处理器(3)内配制成要求浓度的脱硫水溶液。

船舶柴油机工作过程中排出的废气首先经热交换降温至80度以下，通过入气通道进入洗涤釜(1)内中下部。

洗涤釜(1)中上部的喷淋装置，密集地喷出含氢氧化钠的脱硫水溶液滴，这些液滴与向上运动的含硫氧化物废气接触、碰撞，充分溶解吸收硫氧化物后落到洗涤釜底部。经脱硫处理后的含细小液滴的气体通过喷淋装置的上部的除雾器除去其中的细小液滴，避免其被排出洗涤釜外，从而保证处理后排放的气体达到排放标准。

洗涤釜(1)内喷淋液是由中和处理器(3)通过喷淋液输送与测控装置(9)，喷淋液控单元(10)，喷淋液控单元(11)供给的。

洗涤釜(1)中的喷淋液吸收废气中的硫氧化物后落在釜内底部，由循环液输送与测控装置(12)将洗涤釜底部的吸收了硫氧化物的混合溶液输入到中和处理器(3)内进一步与碱液中和反应生成硫酸盐。如硫酸盐未达到饱和或设定的浓度，再经喷淋液输送与测控装置(9)、喷淋液控制单元(10)、(11)输送到洗涤釜内的喷淋装置，通过喷头(喷嘴)喷淋继续中和吸收废气中的硫氧化物。

如果中和处理器(3)内混合液中硫酸盐达到饱和或设定的浓度及污染物含量达到一定值，则经中和处理器(3)下部的输出管路，混合液输送与测控装置(15)进入固液分离器(6)。

固液分离器(6)将混合液中的颗粒污物与饱和液体分离，分离后的液体经饱和液输送与测控装置(16)输送到饱和液罐(7)，当船舶到岸后将含硫酸盐饱和液输送到作为硫酸盐化工原料处理。固液分离器(6)分离出的污物经污物排料输送装置(17)输送到污物排料仓(8)，当船舶到岸后将污物排料进行处理。

喷淋液输送与测控装置(9)中，基于可靠性设计的洗涤釜喷淋液输送与测控装置(9)，其主输送管路(26)上并联设置2台喷淋液泵(19)、(20)，大大降低了喷淋液输送与测控装置失效概率，当(19，20)其中之一喷淋液泵故障时，另一喷淋液泵正常运行，保证系统高可靠性。

喷淋液输送与测控装置(9)中，在喷淋泵(19)、(20)入口管路上各设置导液管接口及手动阀(28)、(29)，设备运行时，手动阀(28)、(29)均关闭。喷淋泵(19)或(20)故障需要维修时，关闭中和处理器(3)出口手动阀，将移动导流泵(27)入口管接通导液管接口，打开手动阀，启动导流泵将残留在喷淋泵(19)、(20)及主路中的循环液导入中和处理器(3)，方便快速维修或更换喷淋泵，避免管路及容器内喷淋液溢出造成船舱或甲板积酸碱液及影响周围的设备发生故障。

本发明的有益效果是：实现船舶柴油机废气脱硫设备的高可靠性运行，同时具有更好的维修性能，满足船舶柴油机废气脱硫要求，达到IMO要求执行的船舶柴油机废气排放标准。

Claims

1.一种船舶柴油机废气高效洗涤脱硫设备，其特征在于：主要包括喷淋洗涤釜(1)，废气入口(2)，中和处理器(3)，水箱(4)，碱液罐(5)，固液分离器(6)，饱和液罐(7)，污物排料仓(8)，喷淋液输送与测控装置(9)，喷淋液控单元(10)，喷淋液控单元(11)，循环液输送与测控装置(12)，清洗配液水输送与测控装置(13)，碱液输送与测控装置(14)，混合液输送与测控装置(15)，饱和液输送与测控装置(16)，污物排料输送装置(17)。

2.权利要求1中的喷淋洗涤脱硫釜(1)中部喷淋装置与中和处理器(3)之间的喷淋液输送与测控装置(9)。基于可靠性设计的喷淋液输送与测控装置(9)，其主输送管路(26)上并联设置2台喷淋液泵(19)、(20)，大大降低了喷淋液输送与测控装置失效概率，当(19，20)其中之一喷淋液泵故障时，另一喷淋液泵正常运行，保证系统高可靠性。

3.权利要求2中的喷淋液输送与测控装置(9)，主输送管路(26)上并联安装的2台喷淋液泵(19)、(20)各设置有变频器(21)、(22)，实现电机变频调速驱动，由控制系统计算机根据系统运行需要通过自动调节变频电机转速控制泵输送流量。

4.权利要求2中的喷淋液输送与测控装置(9)，在喷淋泵(19)、(20)入口管路上各设置导液管接口及手动阀(28)、(29)，设备运行时，手动阀(28)、(29)均关闭。喷淋泵(19)或(20)故障需要维修时，关闭中和处理器(3)出口手动阀，将移动导流泵(27)入口管接通导液管接口，打开手动阀，启动导流泵将残留在喷淋泵(19)、(20)及主路中的循环液导入中和处理器(3)，方便快速维修或更换喷淋泵，避免管路及容器内喷淋液溢出造成船舱或甲板积酸碱液及影响周围的设备发生故障。

5.权利要求2中的洗涤釜喷淋液输送与测控装置(9)，基于可靠性设计，喷淋泵(19)、(20)的出口主管路(25)上设置2个串联耐酸碱液流量传感器(23)，(24)，将喷淋液泵(19)、(20)输送给洗涤釜(1)中的喷淋液流量信息实时传送给系统控制计算机，根据设备运行情况自动控制变频电机转速控制泵输送流量。当其中2个串联耐酸碱液流量传感器(23)(24)之一故障时，另一传感器正常运行，大大降低了喷淋液测控装置失效概率，保证系统高可靠性。