CN108479324A - 一种小型化的船舶脱硫降硝除尘装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小型化的船舶脱硫降硝除尘装置，特点是包括洗涤塔、海水循环系统、碱液循环系统和控制系统，洗涤塔内从下至上设置有海水脱硫除尘层、碱液脱硫层和除湿层，海水脱硫除尘层与碱液脱硫层之间设置有尾气接入管，尾气接入管与海水脱硫除尘层的上端相对接，的洗涤塔的上端设置有排气口和排气歧管，排气歧管与船舶中的柴油机扫气箱相连接，海水循环系统分别与海水脱硫除尘层、碱液脱硫层相连接，碱液循环系统与碱液脱硫层相连接；优点是该装置能有效降低船舶柴油机排放废气中的NOx、SOx和微粒，满足IMO法规对船舶柴油机NOx和SOx排放的标准，且实现了装置小型化、操作简单实用化，同时降低了能耗，提高了脱硫效率。

Description

一种小型化的船舶脱硫降硝除尘装置
技术领域
本发明涉及船舶烟气的处理设备，尤其涉及一种可对船舶柴油机所产生的废气进行脱硫、降硝、除尘一体化处理的装置，其装置小型化、操作简单实用化。
背景技术
航运企业为减少船舶营运成本，海洋运输船舶使用高硫重油，柴油机燃烧产生的NOx和SOx对海洋大气和港口环境产生了严重危害。为此国际海事组织（IMO）和欧美等发达国家都对船舶发动机废气中的NOx和SOx排放进行了严格的限制。
目前，脱硫脱硝技术被国际上公认为是最具发展前途的新一代烟气治理技术。工业化SO2/NOX 联合脱除工艺多数为先采用碱液烟气脱硫系统脱硫，再采用选择性催化还原脱硝技术（SCR）脱硝，其脱硫脱硝率分别在90%和80%以上。然而，催化剂中毒、表面结垢导致脱硝率降低及换热器堵塞腐蚀是该工艺存在的主要问题，而且船舶烟气在脱硫洗涤的过程中需要非常大的液气比(10～40L/M3)才能达到较好的洗涤效果，提供海水的泵需要相当大的排量，这增大了整个脱硫操作的能耗，也使得整个SO2/NOX 联合脱除系统的设备复杂，占地面积大，基建投资多。此外，由于未经任何处理的海水与含硫烟气的接触面有限，接触时间短，因此与烟气的反应速度较慢，使得整个脱硫的过程会持续较长的时间，且脱硫效率不高。
目前废气再循环(EGR)技术是一种使用较成熟的柴油机NOx减排措施，废气再循环(EGR)技术是通过将一部分废气从排气歧管中引出，经过降温、去除颗粒等过程，进入发动机扫气箱，由于再循环的废气中含有一定量的CO2和H2O，降低了发动机缸内工质的比热，同时再循环废气降低了缸内氧气浓度，降低了发动机燃烧温度，从而降低了发动机的NOx生成和排放量；EGR技术由于能满足IMO有关NOx的Tier III排放标准，是一种有前途的船舶柴油机NOx排放控制技术。
综上所述，相关技术中，常见的脱硫设备由于存在设备需要的安装空间大、能耗大以及脱硫效果差等缺陷，其不适合作为船舶用海水脱硫装置。同时结合降硝工作时，设备投资和运行费用都很高。由于柴油机背高太高，严重影响柴油机正常运行，因此，提供一种适用于船舶烟气的脱硫、降硝、除尘装置是本领域亟待解决的一个技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种船舶脱硫降硝除尘装置，其能有效降低船舶柴油机排放废气中的NOx、SOx和微粒，满足IMO法规对船舶柴油机NOx和SOx排放的标准，且实现了装置小型化、操作简单实用化，同时降低了能耗，提高了脱硫效率。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种小型化的船舶脱硫降硝除尘装置，包括洗涤塔、海水循环系统、碱液循环系统和控制系统，所述的洗涤塔内从下至上设置有海水脱硫除尘层、碱液脱硫层和除湿层，所述的海水脱硫除尘层与所述的碱液脱硫层之间设置有尾气接入管，所述的尾气接入管的一端与船舶柴油机排烟管相连接，所述的尾气接入管的另一端与所述的海水脱硫除尘层的上端相对接，所述的尾气接入管上固定设置有高压接头，所述的洗涤塔的上端设置有排气口和排气歧管，所述的排气口和所述的排气歧管位于所述的除湿层的上方，所述的排气歧管与柴油机扫气箱相连接，所述的排气歧管上设置有电控阀和CO2传感器，所述的排气口处设置有低压接头和SO2传感器，所述的高压接头和所述的低压接头均与压差传感器电连接，所述的海水循环系统分别与所述的海水脱硫除尘层、所述的碱液脱硫层相连接，所述的碱液循环系统与所述的碱液脱硫层相连接。
进一步地，所述的海水脱硫除尘层包括上端开口的湍流球箱、第一风叶组、第一电机、第一污水收集盒和第一喷淋组件，所述的尾气接入管的另一端与所述的湍流球箱的上端相对接，所述的尾气接入管的另一端的端部设置有多个第一通气孔，所述的湍流球箱固定在所述的洗涤塔中且与所述的洗涤塔之间具有间隙，所述的第一风叶组设置在所述的湍流球箱的中部，所述的第一电机的驱动轴与所述的第一风叶组固定连接，所述的湍流球箱的上部和下部内分别填充有湍流球，所述的第一喷淋组件包括第一上喷淋组和第一下喷淋组，所述的第一上喷淋组设置在所述的湍流球箱的上方，所述的第一上喷淋组包括多个下喷头和上喷头，所述的下喷头朝向所述的湍流球箱的上部，所述的上喷头位于所述的尾气接入管中且朝向所述的尾气接入管，所述的第一下喷淋组设置在所述的湍流球箱中且朝向所述的湍流球箱的下部，所述的湍流球箱的下端面设置有多个漏液孔，所述的第一污水收集盒固定设置在所述的洗涤塔内且位于所述的湍流球箱的下方，所述的第一污水收集盒的下端连接有第一排污管。
进一步地，所述的碱液脱硫层包括填料箱、第二风叶组、第二电机、第二污水收集盒、第二喷淋组件和汽液分离板，所述的第二污水收集盒固定在所述的洗涤塔中，所述的第二污水收集盒的外边缘处设置有第二通气孔，所述的第二通气孔的上方设置有第一挡液板，所述的第二污水收集盒的下端连接有第二排污管，所述的填料箱上下贯通且与所述的第二污水收集盒固定连接，所述的填料箱与所述的洗涤塔之间具有间隙，所述的第二风叶组设置在所述的填料箱的中部，所述的第二电机驱动所述的第二风叶组转动，所述的填料箱的上部和下部分别填充有矩鞍环，所述的填料箱的下端设置有第三通气孔，所述的第二喷淋组件包括第二上喷淋组和第二下喷淋组，所述的第二上喷淋组位于所述的填料箱的上方且朝向所述的填料箱的上部，所述的第二下喷淋组位于所述的填料箱的中部且朝向所述的填料箱的下部，所述的汽液分离板固定设置在所述的洗涤塔内且位于所述的第二上喷淋组的上方，所述的汽液分离板的下方设置有倾斜的环形导流板，所述的环形导流板固定在所述的洗涤塔的侧壁上，所述的环形导流板处连接有第三排污管，所述的第三排污管与所述的第二排污管相连通。
进一步地，所述的汽液分离板包括隔板，所述的隔板上设置有多个第四通气孔，所述的第四通气孔的上方设置有第二挡液板。
进一步地，所述的碱液循环系统包括碱液循环柜、碱液泵、碱液流量计和pH传感器，所述的碱液泵与所述的碱液循环柜相连接，所述的碱液泵通过碱液进水管与所述的第二喷淋组件相连接，所述的碱液流量计设置在所述的碱液进水管上，所述的第二排污管通入所述的碱液循环柜中，所述的pH传感器固定在所述的碱液循环柜上。
进一步地，所述的碱液循环系统中还设置有储碱柜和加碱泵，所述的加碱泵与所述的储碱柜相连接，所述的加碱泵上连接有加碱管，所述的加碱管通入所述的碱液循环柜中；当碱液循环柜中的pH值下降时，可将储碱柜的纯碱液加入碱液循环柜中进行碱度调节。
进一步地，所述的海水循环系统包括海水泵、海水流量计、第一电磁三通阀和第二电磁三通阀，所述的海水泵通过海水进水管与所述的第一喷淋组件相连接，所述的海水流量计设置在所述的海水进水管上，所述的第一电磁三通阀分别与所述的海水进水管、所述的碱液进水管、所述的第二喷淋组件相连接，所述的第二电磁三通阀分别与所述的第一排污管、所述的第二排污管相连接。
进一步地，所述的除湿层为除湿丝网层。
进一步地，所述的排气口处设置有温度传感器。
与现有技术相比，本发明的优点是该船舶脱硫降硝除尘装置可根据航区排放要求，进行降硝、脱硫、脱硫降硝三种模式的运行，其能有效降低船舶柴油机排放废气中的NOx、SOx和微粒，满足IMO法规对船舶柴油机NOx和SOx排放的标准，且实现了装置小型化、操作简单实用化，同时降低了能耗，提高了脱硫效率。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的碱液脱硫层的结构示意图；
图3为本发明的海水脱硫除尘层的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图所示，一种小型化的船舶脱硫降硝除尘装置，包括洗涤塔1、海水循环系统、碱液循环系统和控制系统（图中未显示），洗涤塔1内从下至上设置有海水脱硫除尘层A、碱液脱硫层B和除湿层2，除湿层2为除湿丝网层，海水脱硫除尘层A与碱液脱硫层B之间设置有尾气接入管3，尾气接入管3的一端与船舶柴油机排烟管相连接，尾气接入管3的另一端与海水脱硫除尘层A的上端相对接，尾气接入管3上固定设置有高压接头31，洗涤塔1的上端设置有排气口11和排气歧管12，排气口11和排气歧管12位于除湿层2的上方，排气歧管12与船舶中的柴油机扫气箱相连接，排气歧管12上设置有电控阀13和CO2传感器14，排气口11处设置有低压接头15、SO2传感器16和温度传感器17，高压接头31和低压接头15均与压差传感器（图中未显示）电连接，电控阀13、CO2传感器14、压差传感器、SO2传感器16和温度传感器17均与控制系统电连接，海水循环系统分别与海水脱硫除尘层A、碱液脱硫层B相连接，碱液循环系统与碱液脱硫层B相连接；
海水脱硫除尘层A包括上端开口的湍流球箱4、第一风叶组41、第一电机42、第一污水收集盒43和第一喷淋组件，尾气接入管3的另一端与湍流球箱4的上端相对接，尾气接入管3的另一端的端部设置有多个第一通气孔32，湍流球箱4固定在洗涤塔1中且与洗涤塔1之间具有间隙，第一风叶组41设置在湍流球箱4的中部，第一电机42的驱动轴与第一风叶组41固定连接，第一电机42与控制系统电连接，湍流球箱4的上部和下部内分别填充有湍流球44，第一喷淋组件包括第一上喷淋组45和第一下喷淋组46，第一上喷淋组45设置在湍流球箱4的上方，第一上喷淋组45包括多个下喷头和上喷头，下喷头朝向湍流球箱4的上部，上喷头位于尾气接入管3中且朝向尾气接入管3，第一下喷淋组46设置在湍流球箱4中且朝向湍流球箱4的下部，湍流球箱4的下端面设置有多个漏液孔47，第一污水收集盒43固定设置在洗涤塔1内且位于湍流球箱4的下方，第一污水收集盒43的下端连接有第一排污管48；
碱液脱硫层B包括填料箱5、第二风叶组51、第二电机52、第二污水收集盒53、第二喷淋组件和汽液分离板6，第二污水收集盒53固定在洗涤塔1中，第二污水收集盒53的外边缘处设置有第二通气孔54，第二通气孔54的上方设置有第一挡液板55，以防止废液从第二通气孔54中漏下，第二污水收集盒53的下端连接有第二排污管56，填料箱5上下贯通且与第二污水收集盒53固定连接，填料箱5与洗涤塔1之间具有间隙，第二风叶组51设置在填料箱5的中部，第二电机52驱动第二风叶组51转动，第二电机52与控制系统电连接，填料箱5的上部和下部分别填充有矩鞍环57，填料箱5的下端设置有第三通气孔58，第二喷淋组件包括第二上喷淋组59和第二下喷淋组50，第二上喷淋组59位于填料箱5的上方且朝向填料箱5的上部，第二下喷淋组50位于填料箱5的中部且朝向填料箱5的下部，汽液分离板6固定设置在洗涤塔1内且位于第二上喷淋组59的上方，汽液分离板6包括隔板61，隔板61上设置有多个第四通气孔62，第四通气孔62的上方设置有第二挡液板63，汽液分离板6的下方设置有倾斜的环形导流板9，环形导流板9固定在洗涤塔1的侧壁上，环形导流板9处连接有第三排污管91，第三排污管91与第二排污管56相连通；
碱液循环系统包括碱液循环柜7、碱液泵71、碱液流量计72、pH传感器73、储碱柜75和加碱泵76，碱液泵71与碱液循环柜7相连接，碱液泵71通过碱液进水管74与第二喷淋组件相连接，碱液流量计72设置在碱液进水管74上，第二排污管56通入碱液循环柜7中，pH传感器73固定在碱液循环柜7上，加碱泵76与储碱柜75相连接，加碱泵76上连接有加碱管77，加碱管77通入碱液循环柜7中，碱液泵71、碱液流量计72、pH传感器73和加碱泵76均与控制系统电连接；
海水循环系统包括海水泵8、海水流量计81、第一电磁三通阀82和第二电磁三通阀83，海水泵8通过海水进水管84与第一喷淋组件相连接，海水流量计81设置在海水进水管84上，第一电磁三通阀82分别与海水进水管84、碱液进水管74、第二喷淋组件相连接，第二电磁三通阀83分别与第一排污管48、第二排污管56相连接，海水泵8、海水流量计81、第一电磁三通阀82和第二电磁三通阀83均与控制系统电连接。
上述实施例中，海水脱硫除尘层A的工作过程为：尾气接入管3将船舶柴油机的排烟通入湍流球箱4中，第一上喷淋组45中的上喷头向上喷出海水使其在柴油机排出的高温烟气下迅速汽化，烟气与海水水雾有效结合成混合气，同时，第一上喷淋组45中的下喷头向下喷淋海水对烟气进行降温除尘，烟气在通过位于湍流球箱4上部的湍流球44后在第一风叶组41的作用下，向下通过第一下喷淋组46进行初步脱硫除尘，混合气经湍流球箱4下端面上的漏液孔47在洗涤塔内向上扩散，由于第一风叶组41的风量远大于柴油机的排烟量和海水汽化量，大部分混合气经尾气接入管3上的第一通气孔32再次进入湍流球箱4中进行向下循环，以此不断循环，增加海水与烟气接触面积与接触时间，从而增加脱硫除尘效果。洗涤后的废液进入第一污水收集盒43中，并根据航区的排放要求排入污水舱或直排大海。
碱液脱硫层B的工作过程为：经海水脱硫除尘层A洗涤后的气体向上经第二污水收集盒53上的第二通气孔54进入填料箱5中，第二喷淋组件喷出的碱液与气体有效结合进行脱硫除尘，由于第二风叶组51的风量远大于柴油机的排烟量，大部分气体经填料箱5的第三通气孔58再次进入填料箱5中进行多次循环脱硫除尘洗涤，以增加脱硫效果。脱硫后的烟气向上经汽液分离板6和除湿层2除湿后，为EGR优质气体，可直接经排气口11排出，也可经排气歧管12通入柴油机扫气箱中，与新鲜空气混合进入柴油机低氮燃烧，实现降低柴油机氧氧化物生成并减少NOx生成和排放量；而洗涤后的废液进入第二污水收集盒53中，经第二排污管56通入碱液循环柜7中。
该船舶脱硫降硝除尘装置可根据航区排放要求进行降硝、脱硫、脱硫降硝三种模式的运行，具体控制方式为：
一、降硝运行模式：控制第一电磁三通阀82使海水进水管84与第二喷淋组件相连通，控制第二电磁三通阀83使第一排污管48与第二排污管56相连通，即碱液循环系统停止工作，海水循环系统同时给海水脱硫除尘层A和碱液脱硫层B提供海水喷淋，经处理后的部分优质EGR气体经排气歧管12上的电控阀13回到柴油机扫气箱，进行降硝燃烧，剩余部分气体经排气口11直接排出。而且可通过检测二氧化碳的浓度，按照设定的EGR率控制电控阀13的开度，实现智能控制。
二、脱硫运行模式：控制第一电磁三通阀82使碱液进水管74与第二喷淋组件相连通，控制第二电磁三通阀83使第一排污管48与第二排污管56相断开，即海水循环系统和碱液循环系统同时工作，海水循环系统对海水脱硫除尘层A提供海水喷淋，进行烟气脱硫除尘降温工作，碱液循环系统对碱液脱硫层B提供碱液喷淋，同时进行烟气脱硫除尘降温工作，同时控制电控阀13处于关闭状态，经处理后的气体经排气口11直接排出。
三、脱硫降硝运行模式：控制第一电磁三通阀82使碱液进水管74与第二喷淋组件相连通，控制第二电磁三通阀83使第一排污管48与第二排污管56相断开，即海水循环系统和碱液循环系统同时工作，海水循环系统对海水脱硫除尘层A提供海水喷淋，进行烟气脱硫除尘降温工作，碱液循环系统对碱液脱硫层B提供碱液喷淋，同时进行烟气脱硫除尘降温工作，同时，控制电控阀13处于开启状态，经处理后的部分优质EGR气体经排气歧管12回到柴油机扫气箱，进行降硝燃烧，剩余部分气体经排气口11直接排出。

Claims (9)

1.一种小型化的船舶脱硫降硝除尘装置，其特征在于包括洗涤塔、海水循环系统、碱液循环系统和控制系统，所述的洗涤塔内从下至上设置有海水脱硫除尘层、碱液脱硫层和除湿层，所述的海水脱硫除尘层与所述的碱液脱硫层之间设置有尾气接入管，所述的尾气接入管的一端与船舶柴油机排烟管相连接，所述的尾气接入管的另一端与所述的海水脱硫除尘层的上端相对接，所述的尾气接入管上固定设置有高压接头，所述的洗涤塔的上端设置有排气口和排气歧管，所述的排气口和所述的排气歧管位于所述的除湿层的上方，所述的排气歧管与船舶中的柴油机扫气箱相连接，所述的排气歧管上设置有电控阀和CO2传感器，所述的排气口处设置有低压接头和SO2传感器，所述的高压接头和所述的低压接头均与压差传感器电连接，所述的海水循环系统分别与所述的海水脱硫除尘层、所述的碱液脱硫层相连接，所述的碱液循环系统与所述的碱液脱硫层相连接。
2.如权利要求1所述的一种小型化的船舶脱硫降硝除尘装置，其特征在于：所述的海水脱硫除尘层包括上端开口的湍流球箱、第一风叶组、第一电机、第一污水收集盒和第一喷淋组件，所述的尾气接入管的另一端与所述的湍流球箱的上端相对接，所述的尾气接入管的另一端的端部设置有多个第一通气孔，所述的湍流球箱固定在所述的洗涤塔中且与所述的洗涤塔之间具有间隙，所述的第一风叶组设置在所述的湍流球箱的中部，所述的第一电机的驱动轴与所述的第一风叶组固定连接，所述的湍流球箱的上部和下部内分别填充有湍流球，所述的第一喷淋组件包括第一上喷淋组和第一下喷淋组，所述的第一上喷淋组设置在所述的湍流球箱的上方，所述的第一上喷淋组包括多个下喷头和上喷头，所述的下喷头朝向所述的湍流球箱的上部，所述的上喷头位于所述的尾气接入管中且朝向所述的尾气接入管，所述的第一下喷淋组设置在所述的湍流球箱中且朝向所述的湍流球箱的下部，所述的湍流球箱的下端面设置有多个漏液孔，所述的第一污水收集盒固定设置在所述的洗涤塔内且位于所述的湍流球箱的下方，所述的第一污水收集盒的下端连接有第一排污管。
3.如权利要求2所述的一种小型化的船舶脱硫降硝除尘装置，其特征在于：所述的碱液脱硫层包括填料箱、第二风叶组、第二电机、第二污水收集盒、第二喷淋组件和汽液分离板，所述的第二污水收集盒固定在所述的洗涤塔中，所述的第二污水收集盒的外边缘处设置有第二通气孔，所述的第二通气孔的上方设置有第一挡液板，所述的第二污水收集盒的下端连接有第二排污管，所述的填料箱上下贯通且与所述的第二污水收集盒固定连接，所述的填料箱与所述的洗涤塔之间具有间隙，所述的第二风叶组设置在所述的填料箱的中部，所述的第二电机驱动所述的第二风叶组转动，所述的填料箱的上部和下部分别填充有矩鞍环，所述的填料箱的下端设置有第三通气孔，所述的第二喷淋组件包括第二上喷淋组和第二下喷淋组，所述的第二上喷淋组位于所述的填料箱的上方且朝向所述的填料箱的上部，所述的第二下喷淋组位于所述的填料箱的中部且朝向所述的填料箱的下部，所述的汽液分离板固定设置在所述的洗涤塔内且位于所述的第二上喷淋组的上方，所述的汽液分离板的下方设置有倾斜的环形导流板，所述的环形导流板固定在所述的洗涤塔的侧壁上，所述的环形导流板处连接有第三排污管，所述的第三排污管与所述的第二排污管相连通。
4.如权利要求3所述的一种小型化的船舶脱硫降硝除尘装置，其特征在于：所述的汽液分离板包括隔板，所述的隔板上设置有多个第四通气孔，所述的第四通气孔的上方设置有第二挡液板。
5.如权利要求3所述的一种小型化的船舶脱硫降硝除尘装置，其特征在于：所述的碱液循环系统包括碱液循环柜、碱液泵、碱液流量计和pH传感器，所述的碱液泵与所述的碱液循环柜相连接，所述的碱液泵通过碱液进水管与所述的第二喷淋组件相连接，所述的碱液流量计设置在所述的碱液进水管上，所述的第二排污管通入所述的碱液循环柜中，所述的pH传感器固定在所述的碱液循环柜上。
6.如权利要求5所述的一种小型化的船舶脱硫降硝除尘装置，其特征在于：所述的碱液循环系统中还设置有储碱柜和加碱泵，所述的加碱泵与所述的储碱柜相连接，所述的加碱泵上连接有加碱管，所述的加碱管通入所述的碱液循环柜中。
7.如权利要求5所述的一种小型化的船舶脱硫降硝除尘装置，其特征在于：所述的海水循环系统包括海水泵、海水流量计、第一电磁三通阀和第二电磁三通阀，所述的海水泵通过海水进水管与所述的第一喷淋组件相连接，所述的海水流量计设置在所述的海水进水管上，所述的第一电磁三通阀分别与所述的海水进水管、所述的碱液进水管、所述的第二喷淋组件相连接，所述的第二电磁三通阀分别与所述的第一排污管、所述的第二排污管相连接。
8.如权利要求1所述的一种小型化的船舶脱硫降硝除尘装置，其特征在于：所述的除湿层为除湿丝网层。
9.如权利要求1所述的一种小型化的船舶脱硫降硝除尘装置，其特征在于：所述的排气口处设置有温度传感器。
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Assignee: Ningbo Science and Technology Innovation Association

Assignor: Ningbo University

Contract record no.: X2023980033633

Denomination of invention: A miniaturized desulfurization, denitrification, and dust removal device for ships

Granted publication date: 20210420

License type: Common License

Record date: 20230317

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