CN107930398A - 船用柴油机尾气和egr废气联合洗涤系统 - Google Patents
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Abstract
一种船舶柴油机尾气和EGR废气联合洗涤系统，柴油机废气输出结构包括排气集管、扫气集管、船舶余热锅炉、增压器和柴油机空冷系统，还包括EGR废气洗涤系统、船舶尾气洗涤系统、洗涤水供给和处理系统，使用动力波洗涤器用于两种废气的洗涤，在尾气洗涤系统中使用两级动力波洗涤外加一组喷淋洗涤，在EGR废气洗涤系统中使用特制的动力波洗涤器布置在空冷器之后，这两个系统中都使用滴水分离器和鼓风机布置在洗涤装置之后。本发明通过将高效洗涤器应用于船舶中的废气洗涤，大大提高废气的洗涤效率，使用海水溶液作为洗涤剂减少船舶碱性物质消耗，极大降低废气洗涤装置的运行成本。
Description
技术领域
本发明涉及船用柴油机，特别是一种船舶柴油机尾气和EGR废气联合洗涤系统。
背景技术
目前，随着Tier 3法规的陆续实施，船舶领域对脱硫的需求已经显现，对脱硫的需求有两个方面：
一是船舶尾气脱硫。目前，IMO规定ECA区域船舶燃油含硫量需低于0.1％，非ECA区域燃油含硫量低于3.5％。到2020年，全球范围内非限制区域的燃油含硫量将限制在0.5％以内(也可能在2018年决定推迟到2025年实施)，这些含硫量限制的指标也被允许通过使用后处理脱硫装置来实现，以使尾气含硫量等于或低于使用该指标含硫量的燃油所排放的硫浓度。低硫燃油价格昂贵，而且由于低硫燃油粘度较小，无法直接应用在现有船舶主机上，需对船舶管系进行改装，增加燃油冷却系统，亦增加成本。所以目前船舶废气脱硫已经成为国内外重要的研究方向。
二是船舶的废气再循环(简称为EGR)系统脱硫。由于IMO对ECA区域的氮氧化物的排放浓度做出了严苛的规定，为达成该规定的指标，EGR、SCR、双燃料机型三种技术手段必须三选一。EGR系统中废气在循环进入扫气集管之前，必须脱除废气中所含的SO2和颗粒物，以防止对燃烧室部件的损坏，对滑油润滑功能产生不利影响，对主机的可靠性、寿命产生不利影响。
船舶仍采用含硫量3.5％的重油作为燃料，若要满足ECA区域0.1％含硫量的要求，船舶尾气洗涤效率需要大于97％；EGR系统中的废气洗涤效率一般也需达到95％以上，这对洗涤器的洗涤效率提出了极高的要求，普通的洗涤器如喷淋塔、填料塔无法达到如此高的要求，一般使用多级喷淋、增加填料、提高循环液碱度等方式增加洗涤效率，这样就会导致洗涤塔设备体积、重量增大，也提高了设备对耐腐蚀性的要求。使用海水可以有效去除废气中的SO2，但海水洗涤的洗涤效率不高，而且对含硫量高的废气洗涤效果也不是很好。
本发明采用了一种极高效的洗涤设备——动力波洗涤器，可以有效提高海水脱硫率，并在海水洗涤的基础上增加碱液补充和强化洗涤的措施以应用在不利于洗涤效率的特殊工况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种船舶柴油机尾气和EGR废气联合洗涤系统，该洗涤系统在满足高洗涤效率的同时，最大限度地减少碱性物质消耗量，以达到EGR系统对脱硫效率的要求同时达到法规对船舶尾气硫排放的要求。
本发明的技术解决方案如下：
一种船舶柴油机尾气和EGR废气联合洗涤系统，柴油机废气输出结构包括排气集管、扫气集管、船舶余热锅炉、增压器和柴油机空冷系统，其特点在于：还包括EGR废气洗涤系统、船舶尾气洗涤系统、洗涤水供给和处理系统：
所述的EGR废气洗涤系统自上而下依次是切断阀、空冷器清洗装置、空冷器、阵列式动力波洗涤器、空间、洗涤液缓冲箱，所述的切断阀的另一端与所述的排气集管相连，所述的空间的一侧经第一滴水分离器、第一鼓风机、换向调节阀与所述的扫气集管相通，在第一鼓风机和换向调节阀之间的管路上设有第一硫化物浓度监测传感器，所述的洗涤液缓冲箱的底出口经管路与所述的船舶尾气洗涤系统的一级曝气池相通；
所述的船舶尾气洗涤系统包括动力波洗涤塔，该动力波洗涤塔内自上而下依次是第二滴水分离器、喷淋喷嘴、空腔、一级曝气池，该动力波洗涤塔的一侧有单根逆喷管，该单根逆喷管的上端口经烟气流量计与船舶的尾气输入管道相通，该尾气输入管道分别与所述的余热锅炉、燃油锅炉废气相通，所述的余热锅炉分别与发动机废气、排气集管相通，在所述的单根逆喷管内自上而下依次是第一动力波大喷嘴和第二动力波大喷嘴，所述的一级曝气池经管道与二级曝气中和池相通，所述的动力波洗涤塔之顶经第二鼓风机与大气相通，在第二鼓风机的输出管路上设有第二硫化物浓度监测传感器；
所述的洗涤水供给和处理系统包括混合箱、二级曝气中和池、碱液箱、固液分离系统、碱液流量计、洗涤液供给泵、海水供给泵、碱液供给泵和废液排放泵，所述的碱液箱经第一碱液供给泵、第一碱液流量计与所述的混合箱相通，该混合箱经第一洗涤液供给泵与所述的第一动力波大喷嘴和第二动力波大喷嘴相通，该混合箱经第二洗涤液供给泵与所述的喷淋喷嘴相通，该混合箱经第三洗涤液供给泵与所述的动力波喷嘴相通，所述的碱液箱经第二碱液供给泵、第二碱液流量计与所述的二级曝气中和池相通，该二级曝气中和池的输出口经所述的固液分离系统(8)、废液排放泵输出，所述的第三鼓风机的输出端经管道分别与所述的一级曝气池、二级曝气中和池相通。
所述的第一动力波大喷嘴和第二动力波大喷嘴的洗涤液喷射方向与气流方向相反。
所述的阵列式动力波洗涤器由多个并联的逆喷管的两端的两块板组装成逆喷管阵列；洗涤液输入管路由一根总管和多根支管组成并与每根逆喷管相通，每根支管装有若干个动力波喷嘴，每根逆喷管都含有动力波喷嘴，洗涤液喷射方向向上，与气流方向相反；
每根逆喷管中内设一级或两级喷嘴，也可用两台阵列式动力波洗涤器串联而成分两段吸收。
所述的洗涤液供给泵是变频泵，洗涤液的流量是可调的。
本发明设置了可切换的两种洗涤模式：海水低效洗涤模式和海水高效洗涤模式。
海水低效模式下海水泵运行，洗涤液供给泵运行，但为喷淋喷嘴供给洗涤液的第二洗涤液供给泵停止运行，第一碱液供给泵和第二碱液供给泵停止运行，海水高效洗涤模式下在海水低效洗涤模式的基础上，启动第一碱液供给泵和第二碱液供给泵和为喷淋喷嘴供给洗涤液的第二洗涤液供给泵。
废气在进入大气和进取扫气集管之前的管路上分别设置有第二硫化物浓度监测传感器、第一硫化物浓度监测传感器,在船舶尾气进入动力波洗涤塔前的管路上设置烟气流量计。
在混合箱和二级曝气池上，设置有PH值传感器。
设置两级曝气中和池，第一级曝气池设置在动力波洗涤塔内，第二级曝气中和池单独设立，并有碱液供给，第三鼓风机向一级曝气池和二级曝气中和池输入氧气。
海水溶液，其既可以是纯粹的海水，或者是江河中的淡水，也可以是上述两种水中添加碱性物质后的溶液。
所述的动力波洗涤器，同时具有对废气的脱硫、除尘、冷却三种功能，通过高效的洗涤以达到对废气中硫氧化物和颗粒物的有效脱除。
本发明的技术效果如下：
本发明在满足脱硫效率前提下，不开启碱液供给泵、不开启喷淋喷嘴前的洗涤液供给泵。
本发明洗涤液是纯粹的海水或者是在一些条件下添加碱性物质的海水，船舶尾气的洗涤的方式为阵列式动力波洗涤器洗涤或是在某种条件下增加喷淋洗涤的动力波洗涤方式。
本发明所述的洗涤液供给泵为变频泵，变频泵的入口与混合箱输出管路相连，变频泵的出口与动力波喷嘴或喷淋喷嘴相连。
本发明中在船舶尾气洗涤系统的EGR废气洗涤系统中在洗涤器后均设置滴水分离器，滴水分离器后均设置鼓风机、鼓风机后均设置硫化物浓度检测传感器。
本发明EGR废气洗涤系统中阵列式动力波洗涤器由多个并联的逆喷管组合而成；每个逆喷管中都含有动力波喷嘴，洗涤液喷射方向与气流方向相反、每个逆喷管为圆柱形管，材料为耐高温防腐蚀拆料；洗涤剂输送管系由一根总管和若干根支管组成的，每根支管上都装有若干个动力波喷嘴，输送管系的材料为耐腐蚀材料。
附图说明
图1是本发明的系统示意图。
图2是图1中的动力波洗涤器的外形图。
图3是图2的俯视图。
具体实施方式
先请参阅图1，图1是本发明船用柴油机废气后处理系统结构示意图。由图可见，本发明船舶柴油机尾气和EGR废气联合洗涤系统，柴油机废气输出结构包括排气集管1、扫气集管2、船舶余热锅炉4、增压器9和柴油机空冷系统10，还包括EGR废气洗涤系统、船舶尾气洗涤系统、洗涤水供给和处理系统：
所述的EGR废气洗涤系统自上而下依次是切断阀11、空冷器清洗装置12、空冷器13、阵列式动力波洗涤器14、空间、洗涤液缓冲箱15，所述的切断阀11的另一端与所述的排气集管1相连，所述的空间的一侧经第一滴水分离器16、第一鼓风机17、换向调节阀19与所述的扫气集管2相通，在第一鼓风机17和换向调节阀19之间的管路上设有第一硫化物浓度监测传感器18，所述的洗涤液缓冲箱15底出口经管路与所述的船舶尾气洗涤系统的一级曝气池20相通；
所述的船舶尾气洗涤系统包括动力波洗涤塔3，该动力波洗涤塔3内自上而下依次是第二滴水分离器161、喷淋喷嘴29、空腔、一级曝气池20，该动力波洗涤塔3的一侧有单根逆喷管，该单根逆喷管的上端口经烟气流量计21与船舶的尾气输入管道相通，该尾气输入管道分别与所述的余热锅炉4、燃油锅炉废气35相通，所述的余热锅炉4与发动机废气34、排气集管1相通，在所述的单根逆喷管内自上而下依次是第一动力波大喷嘴28和第二动力波大喷嘴281，所述的一级曝气池20经管道与二级曝气中和池6相通，所述的动力波洗涤塔3之顶经第二鼓风机(171)与大气相通，在第二鼓风机171的输出管路上设有第二硫化物浓度监测传感器181；
所述的洗涤水供给和处理系统包括混合箱5、二级曝气中和池6、碱液箱7、固液分离系统8、碱液流量计22、洗涤液供给泵23，海水供给泵24，碱液供给泵25和废液排放泵26，所述的碱液箱7经第一碱液供给泵25、第一碱液流量计22与所述的混合箱5相通，该混合箱5经第一洗涤液供给泵23与所述的第一动力波大喷嘴28和第二动力波大喷嘴281相通，该混合箱5经第二洗涤液供给泵231与所述的喷淋喷嘴29相通，该混合箱5经第三洗涤液供给泵232与所述的动力波喷嘴27相通，所述的碱液箱7经第二碱液供给泵251、第二碱液流量计221与所述的二级曝气中和池6相通，该二级曝气中和池6的输出口经所述的固液分离系统8、废液排放泵26输出，所述的第三鼓风机172的输出端经管道分别与所述的一级曝气池20、二级曝气中和池6相通。
所述的第一动力波大喷嘴28和第二动力波大喷嘴281的洗涤液喷射方向与气流方向相反。
所述的阵列式动力波洗涤器14由多个并联的逆喷管51的两端的两块板50组装成逆喷管阵列；洗涤液输入管路由一根总管52和多根支管53组成并与每根逆喷管51相通，每根支管装有若干个动力波喷嘴，每根逆喷管51都含有动力波喷嘴54，洗涤液喷射方向向上，与气流方向相反；
每根逆喷管51中内设一级或两级喷嘴54，也可用两台阵列式动力波洗涤器串联而成分两段吸收。
所述的洗涤液供给泵是变频泵，洗涤液的流量是可调的。
需要洗涤的废气有船舶尾气和EGR废气两路，在非ECA区域时切断阀11关闭，EGR停止，只进行尾气洗涤，在ECA区域时船舶尾气和EGR废气同时进行洗涤。在EGR废气洗涤系统中，排气集管1中废气经切断阀11进入空冷器13被冷却，所述的空冷器清洗装置12对空冷器13进行清洗，防止空冷器13上表面结垢，冷却后的废气进入所述的动力波洗涤器14，废气经洗涤之后进入第一滴水分离器16，再进入第一鼓风机17增压通过换向调节阀19进入所述的扫气集管2。在船舶尾气洗涤系统中，主机废气和发电机废气经余热锅炉4经所述的烟气流量计21进入动力波洗涤塔3，燃油锅炉废气35直接经所述的烟气流量计21进入动力波洗涤塔3，先通过第一动力波大喷嘴28对废气进行急冷，再经第二动力波答喷嘴281进行洗涤，废气再进入洗涤塔中被喷淋喷嘴29进一步洗涤(高效模式)，通过第二滴水分离器161除去水分，再通过第二鼓风机171对废气增压以减小洗涤系统对增压器背压的影响，最后达标的废气33排放入大气。在洗涤系统中，低效洗涤模式下海水31经海水供应泵24进入所述的混合箱5中，再通过第一洗涤液供给泵23进入第一动力波洗涤器大喷嘴28对废气进行洗涤，海水对废气洗涤后落入塔内的一级曝气池20，再进入二次曝气中和池6进行二次曝气，再经固液分离系统8对污泥进行分离并收集，达标的海水32排出舷外。
高效洗涤模式是在低效洗涤模式基础上进行的，碱液从碱液箱7经第一碱液供给泵25进入混合箱5提高海水的碱度，混合箱5中增加一路洗涤液通过第二洗涤液供给泵231进入喷淋洗涤喷嘴29对废气进行再次洗涤。EGR中的洗涤液也是来自于混合箱5通过第三洗涤液供给泵232进入所述的动力波洗涤器14，洗涤之后进入洗涤液缓冲箱15，再进入动力波洗涤塔3中的一级曝气池20中与船舶尾气洗涤系统中的废水一起进行处理。
Claims (4)
1.一种船舶柴油机尾气和EGR废气联合洗涤系统，柴油机废气输出结构包括排气集管(1)、扫气集管(2)、船舶余热锅炉(4)、增压器(9)和柴油机空冷系统(10)，其特征在于：还包括EGR废气洗涤系统、船舶尾气洗涤系统、洗涤水供给和处理系统：
所述的EGR废气洗涤系统自上而下依次是切断阀(11)、空冷器清洗装置(12)、空冷器(13)、阵列式动力波洗涤器(14)、空间、洗涤液缓冲箱(15)，所述的切断阀(11)的另一端与所述的排气集管(1)相连，所述的空间的一侧经第一滴水分离器(16)、第一鼓风机(17)、换向调节阀(19)与所述的扫气集管(2)相通，在第一鼓风机(17)和换向调节阀(19)之间的管路上设有第一硫化物浓度监测传感器(18)，所述的洗涤液缓冲箱(15)底出口经管路与所述的船舶尾气洗涤系统的一级曝气池(20)相通；
所述的船舶尾气洗涤系统包括动力波洗涤塔(3)，该动力波洗涤塔(3)内自上而下依次是第二滴水分离器(161)、喷淋喷嘴(29)、空腔、一级曝气池(20)，该动力波洗涤塔(3)的一侧有单根逆喷管，该单根逆喷管的上端口经烟气流量计(21)与船舶的尾气输入管道相通，该尾气输入管道分别与所述的余热锅炉(4)、燃油锅炉废气(35)相通，所述的余热锅炉(4)与发动机废气(34)、排气集管(1)相通，在所述的单根逆喷管内自上而下依次是第一动力波大喷嘴(28)和第二动力波大喷嘴(281)，所述的一级曝气池(20)经管道与二级曝气中和池(6)相通，所述的动力波洗涤塔(3)之顶经第二鼓风机(171)与大气相通，在第二鼓风机(171)的输出管路上设有第二硫化物浓度监测传感器(181)；
所述的洗涤水供给和处理系统包括混合箱(5)、二级曝气中和池(6)、碱液箱(7)、固液分离系统(8)、碱液流量计(22)、洗涤液供给泵(23)，海水供给泵(24)，碱液供给泵(25)和废液排放泵(26)，所述的碱液箱(7)经第一碱液供给泵(25)、第一碱液流量计(22)与所述的混合箱(5)相通，该混合箱(5)经第一洗涤液供给泵(23)与所述的第一动力波大喷嘴(28)和第二动力波大喷嘴(281)相通，该混合箱(5)经第二洗涤液供给泵(231)与所述的喷淋喷嘴(29)相通，该混合箱(5)经第三洗涤液供给泵(232)与所述的动力波喷嘴(27)相通，所述的碱液箱(7)经第二碱液供给泵(251)、第二碱液流量计(221)与所述的二级曝气中和池(6)相通，该二级曝气中和池(6)的输出口经所述的固液分离系统(8)、废液排放泵(26)输出，所述的第三鼓风机(172)的输出端经管道分别与所述的一级曝气池(20)、二级曝气中和池(6)相通。
2.根据权利要求1所述的船舶柴油机尾气和EGR废气联合洗涤系统，其特征在于：所述的第一动力波大喷嘴(28)和第二动力波大喷嘴(281)的洗涤液喷射方向与气流方向相反。
3.根据权利要求1所述的船舶柴油机尾气和EGR废气联合洗涤系统,其特征在于：所述的阵列式动力波洗涤器(14)由多个并联的逆喷管(51)的两端的两块板(50)组装成逆喷管阵列；洗涤液输入管路由一根总管(52)和多根支管(53)组成并与每根逆喷管(51)相通，每根支管装有若干个动力波喷嘴，每根逆喷管(51)都含有动力波喷嘴(54)，洗涤液喷射方向向上，与气流方向相反；
每根逆喷管(51)中内设一级或两级喷嘴(54)，也可用两台阵列式动力波洗涤器串联而成分两段吸收。
4.根据权利要求1所述的船舶柴油机尾气和EGR废气联合洗涤系统，其特征在于：所述的洗涤液供给泵是变频泵，洗涤液的流量是可调的。
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