CN108837700A - 一种船用柴油机废气除尘脱硫系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种船用柴油机废气除尘脱硫系统将海水脱硫和碱液脱硫技术有机结合，并利用声波、荷电颗粒物、荷电水雾的协同作用，实现船用柴油机废气的高效除尘和脱硫。本发明的一种船用柴油机废气除尘脱硫系统对柴油机废气中颗粒和SO2具有较为可靠的脱除效果，具有一定的推广价值。
Description
技术领域
本发明属于废气除尘脱硫技术领域，具体涉及一种船用柴油机废气除尘脱硫系统。
背景技术
近年来，国际航运业得到了蓬勃发展，国际国内运输船舶数量和运量 逐年递增，柴油机因其功率范围大、能耗低、效率高、使用维修方便等优势，在海运船舶中确定了主导地位。同时国际船舶的燃油消费需要也随之迅速增长，船舶柴油机排放的硫氧化物带来的污染已经造成了全球性的环境问题，按照国际海事组织（IMO）的相关规定，从 2015 年 1月起，有一些地区（ECA，欧洲的一些排放控制水域）船舶的硫化物排放限值从1%下降到0.1%；从 2020 年起，全球范围的船舶的硫化物排放限度将从现在的4.5%下降到0.5%（《船舶废气清洗系统试验及检验指南》（2016））。为了保护环境，减少SO2 对环境的污染，控制船舶硫氧化物的排放并达到排放标准要求，脱硫装置及其控制系统将能够发挥重要作用（涂必庆. 低速船用柴油机废气洗涤脱硫控制系统研究及试验[D]. 哈尔滨工程大学, 2015.）（李彩玲. 船舶废气洗涤脱硫填料塔设计及研究[D]. 哈尔滨工程大学, 2014.）。。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状，将海水脱硫和碱液脱硫技术有机结合并利用声波、荷电颗粒物、荷电水雾的协同作用，提供一种船用柴油机废气除尘脱硫系统。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种船用柴油机废气除尘脱硫系统由除尘脱硫塔（1），第一鼓风机（2），第一管壳式换热器（3）、正高压直流电源（4）、线管式荷电器（5）、负高压直流电源（6）、气体成分检测仪（7）、pH检测探头（8）、第一离心泵（9）、第二管壳式换热器（10）、碱液给料系统（11）、曝气池（12）、第二离心泵（13）、水力旋流器（14）、电晕臭氧发生器（15）、第二鼓风机（16）、废浆液罐（17）、水成分检测探头（18）、水成分检测仪（19）以及相关的管线、信号线、导线构成；除尘脱硫塔（1）的主体由排气管（101）、变径（105）、圆筒（110）和椭圆封头（119）构成；所述的排气管（101）与变径（105）的小口连通，所述的变径（105）的大口与圆筒（110）的一端连通，所述圆筒（110）的另一端由椭圆封头（119）封住；所述的排气管（101）的内部中间位置设置有轴流风机（102），在轴流风机（102）下方排气管（101）的侧面设有稀释气入口（103）；所述的变径（105）的内部设有气体成分检测探头（104）；所述的圆筒（110）从上往下依次分为碱液脱硫段、海水脱硫段和降温除尘段；所述的碱液脱硫段从上往下依次设置有第一除雾网（106）、碱液分布器（107）、第一填料（108）、锥形风帽（109）和引风管（111），所述的引风管（111）由圆盘和圆管构成，圆管垂直贯通圆盘的中心，所述的圆盘与碱液脱硫段的内壁焊接；所述的海水脱硫段从上往下依次设置有第二除雾网（112）、第一海水分布器（113）和第二填料（114）；所述的降温除尘段从上往下依次设置有第二海水分布器（115）、侧面位置设置有号角（116）和废气进口（118），所述的号角（116）上还设置有声波发生器（117），所述的第二海水分布器（115）设置了荷电喷嘴；所述的水力旋流器（14）设置有进口、水出口和泥浆出口；所述的线管式荷电器（5）为一圆形钢管，在圆形钢管的内部设置了一段细钨丝，细钨丝的一端从圆形钢管侧面伸出即为接线端，所述的细钨丝与圆形钢管绝缘；所述的电晕臭氧发生器（15）利用电晕将空气中的氧气转化为臭氧，设有进口和出口；所述的碱液给料系统（11）设有pH信号输入端和碱液排出口；
所述的第一管壳式换热器（3）的管程出口通过管线与线管式荷电器（5）的一端连通，所述的线管式荷电器（5）的另一端与废气进口（118）连通；所述的第一鼓风机（2）的出口与第一管壳式换热器（3）的壳程进口连通，所述的第一管壳式换热器（3）的壳程出口与稀释气入口（103）连通；所述的第一离心泵（9）的出口通过管线与第二管壳式换热器（10）的壳程进口连通，所述的第二管壳式换热器（10）的壳程出口通过管线与第一三通连通后分成了第一和第二路管线，所述的第一路管线与第一海水分布器（113）连通，所述的第二路管线与第二海水分布器（115）连通；所述的第二鼓风机（16）的出口通过管线与电晕臭氧发生器（15）的进口连通，所述的电晕臭氧发生器（15）的出口通过管线与曝气池（12）的底部连通；所述的曝气池（12）的底部通过管线与第二离心泵（13）的进口连通；所述的第二离心泵（13）的出口通过管线与第二三通连通后分成了第三和第四管线，所述的第三管线与水力旋流器（14）的进口连通，所述的水力旋流器（14）的水出口通过管线与曝气池（12）的顶部连通，所述的水力旋流器（14）的泥浆出口通过管线与废浆液罐（17）连通，所述的第四管线与第三三通连通后分成了第五和第六管线，所述的第五管线与碱液给料系统（11）的碱液排出口连通，所述的第六管线与第二管壳式换热器（10）的管程进口连通；所述的第二管壳式换热器（10）的管程出口通过管线与碱液分布器（107）连通，并在第二管壳式换热器（10）和碱液分布器（107）之间的管线内设置有pH检测探头（8）；所述的碱液脱硫段的底部通过管线与曝气池（12）的顶部连通；
所述的降温除尘段的底部设置有海水出口管，在所述的海水出口管内设置有水成分检测探头（18）；所述的曝气池（12）的顶部设置有放空管；所述的正高压直流电源（4）通过导线与第二海水分布器（115）上的荷电喷嘴连接；所述的负高压直流电源（6）通过导线与线管式荷电器（5）的接线端连接；所述的气体成分检测仪（7）通过信号线与气体成分检测探头（104）连接；所述的碱液给料系统（11）的pH信号输入端通过信号线与pH检测探头（8）连接；所述的水成分检测仪（19）通过信号线与水成分检测探头（18）连接。
作为改进，所述的号角（116）设有2~6个，且与降温除尘段的中心轴线程轴对称设置。
作为改进，所述的气体成分检测探头（104）具有同时检测气体中SO2和CO2浓度的功能。
进一步改进，所述的水成分检测探头（18）具有同时检测水的pH值、浊度、温度和多环芳烃含量的功能。
再改进，所述的第一填料（108）和第二填料（114）均为PP材质的花环填料。
采用本发明的系统进行船用柴油机废气除尘脱硫的工艺如下：柴油机废气（含有颗粒物和SO2）通过第一管壳式换热器（3）的管程，空气经由第一鼓风机（2）通过第一管壳式换热器（3）的壳程，温度较高的柴油机废气和空气换热，空气的温度提高即为热空气、柴油机废气的温度降低即为冷却废气；热空气进入排气管（101）；冷却废气进入线管式荷电器（5）内在负载有负高压直流电的钨丝的作用下，冷却废气中的颗粒物荷上了负电荷得到荷负电颗粒物并随废气并进入降温除尘段；海水经由第一离心泵（9）并穿过第二管壳式换热器（10）壳程后分成两股，第一股经由第一海水分布器（113）喷入海水脱硫段，向下穿过第二填料（114），进入降温除尘段；第二股进入第二海水分布器（115）在经过负载有正高压直流电的荷电喷嘴时被雾化并何上正电荷得到荷正电水雾，正电水雾进入降温除尘段；降温除尘段侧面的号角（116）在声波发生器（117）的作用下持续发出声波；在降温除尘段内在声波、海水、荷正电水雾的协同作用下，废气中的荷负电颗粒物被脱除、SO2被吸收掉一半以上，得到一次净化气和废海水；废海水经由海水出口管在符合排放标准的前提下直排大海；一次净化气向上经过第二填料（114）再次脱除SO2得到二次净化气；二次净化气向上穿过第二除雾网（112）后经由引风管（111）进入碱液脱硫段；起始状态，曝气池（12）内存有一定能浓度的碱液（氢氧化钠或氢氧化镁水溶液），碱液经由第二离心泵（13）后分成两股，第一股进入水力旋流器（14）进行颗粒物分离得到的泥浆和净化碱液，泥浆进入废浆液罐暂存，待靠岸后排岸处理，净化碱液回到曝气池（12）；根据碱液给料系统（11）测得的pH值，碱液给料系统（11）通过向第二股注入饱和碱液调整第二股的pH在设定数值上，第二股穿过第二管壳式换热器（10）的管程降温后经碱液分布器（107）喷入碱液脱硫段，向下穿过第一填料（108）后落入碱液脱硫段的底部得到吸收碱液；吸收碱液进入曝气池（12）；空气经由第二鼓风机（16）穿过电晕臭氧发生器（15），在电晕臭氧发生器（15）内空气中的一部分氧气被制成臭氧得到臭氧空气，臭氧空气进入曝气池（12）鼓泡后排空将吸收碱液中的亚硫酸根氧化为硫酸根，此时，曝气池（12）内的碱液再次进入第二离心泵（13）循环上述过程；二次净化气向上穿过第一填料（108）；在第一填料（108）二次净化气中剩余的SO2被碱液吸收掉得到三次净化气；三次净化向上穿过第一除雾网（106）经气体成分检测探头（104）检测后与热空气混合得到净化气，净化气经由轴流风机（102）排空。
与现有技术相比，本发明的优点在于：将海水脱硫和碱液脱硫技术有机结合，海水脱硫除去柴油机废气中大部分的SO2，再利用碱液脱硫的高效性实现废气的达标排放；利用声波、荷电颗粒物、荷电水雾的协同作用，提高了柴油机废气中的颗粒物脱除效果。本发明的一种船用柴油机废气除尘脱硫系统对柴油机废气中颗粒和SO2具有较为可靠的脱除效果，具有一定的推广价值。
附图说明
图1是本发明的一种船用柴油机废气除尘脱硫系统的结构示意图。
图2是本发明的除尘脱硫塔的结构示意图。
其中：1为除尘脱硫塔，2为第一鼓风机，3为第一管壳式换热器，4为正高压直流电源，5为线管式荷电器，6为负高压直流电源，7为气体成分检测仪，8为pH检测探头，9为第一离心泵，10为第二管壳式换热器，11为碱液给料系统，12为曝气池，13为第二离心泵，14为水力旋流器，15为电晕臭氧发生器，16为第二鼓风机，17为废浆液罐，18为水成分检测探头，19为水成分检测仪，101为排气管，102为轴流风机，103为稀释气入口，104为气体成分检测探头，105为变径，106为第一除雾网，107为碱液分布器，108为第一填料，109为锥形风帽，110为圆筒，111为引风管，112为第二除雾网，113为第一海水分布器，114为第二填料，115为第二海水分布器，116为号角，117为声波发生器，118为废气进口，119为椭圆封头。
具体实施方式
下面结合附图1和附图2，通过实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
种船用柴油机废气除尘脱硫系统由除尘脱硫塔（1），第一鼓风机（2），第一管壳式换热器（3）、正高压直流电源（4）、线管式荷电器（5）、负高压直流电源（6）、气体成分检测仪（7）、pH检测探头（8）、第一离心泵（9）、第二管壳式换热器（10）、碱液给料系统（11）、曝气池（12）、第二离心泵（13）、水力旋流器（14）、电晕臭氧发生器（15）、第二鼓风机（16）、废浆液罐（17）、水成分检测探头（18）、水成分检测仪（19）以及相关的管线、信号线、导线构成；
除尘脱硫塔（1）的主体由排气管（101）、变径（105）、圆筒（110）和椭圆封头（119）构成；排气管（101）与变径（105）的小口连通，变径（105）的大口与圆筒（110）的一端连通，圆筒（110）的另一端由椭圆封头（119）封住；排气管（101）的内部中间位置设置有轴流风机（102），在轴流风机（102）下方排气管（101）的侧面设有稀释气入口（103）；变径（105）的内部设有气体成分检测探头（104）；圆筒（110）从上往下依次分为碱液脱硫段、海水脱硫段和降温除尘段；所述的碱液脱硫段从上往下依次设置有第一除雾网（106）、碱液分布器（107）、第一填料（108）、锥形风帽（109）和引风管（111），引风管（111）由圆盘和圆管构成，圆管垂直贯通圆盘的中心，圆盘与碱液脱硫段的内壁焊接；海水脱硫段从上往下依次设置有第二除雾网（112）、第一海水分布器（113）和第二填料（114）；降温除尘段从上往下依次设置有第二海水分布器（115）、侧面位置设置有号角（116）和废气进口（118），号角（116）上还设置有声波发生器（117），第二海水分布器（115）设置了荷电喷嘴；
水力旋流器（14）设置有进口、水出口和泥浆出口；
线管式荷电器（5）为一圆形钢管，在圆形钢管的内部设置了一段细钨丝，细钨丝的一端从圆形钢管侧面伸出即为接线端，所述的细钨丝与圆形钢管绝缘；
电晕臭氧发生器（15）利用电晕将空气中的氧气转化为臭氧，设有进口和出口；
碱液给料系统（11）设有pH信号输入端和碱液排出口；
第一管壳式换热器（3）的管程出口通过管线与线管式荷电器（5）的一端连通，线管式荷电器（5）的另一端与废气进口（118）连通；第一鼓风机（2）的出口与第一管壳式换热器（3）的壳程进口连通，第一管壳式换热器（3）的壳程出口与稀释气入口（103）连通；第一离心泵（9）的出口通过管线与第二管壳式换热器（10）的壳程进口连通，第二管壳式换热器（10）的壳程出口通过管线与第一三通连通后分成了第一和第二路管线，第一路管线与第一海水分布器（113）连通，第二路管线与第二海水分布器（115）连通；第二鼓风机（16）的出口通过管线与电晕臭氧发生器（15）的进口连通，电晕臭氧发生器（15）的出口通过管线与曝气池（12）的底部连通；曝气池（12）的底部通过管线与第二离心泵（13）的进口连通；第二离心泵（13）的出口通过管线与第二三通连通后分成了第三和第四管线，第三管线与水力旋流器（14）的进口连通，水力旋流器（14）的水出口通过管线与曝气池（12）的顶部连通，水力旋流器（14）的泥浆出口通过管线与废浆液罐（17）连通，第四管线与第三三通连通后分成了第五和第六管线，第五管线与碱液给料系统（11）的碱液排出口连通，第六管线与第二管壳式换热器（10）的管程进口连通；第二管壳式换热器（10）的管程出口通过管线与碱液分布器（107）连通，并在第二管壳式换热器（10）和碱液分布器（107）之间的管线内设置有pH检测探头（8）；碱液脱硫段的底部通过管线与曝气池（12）的顶部连通；
降温除尘段的底部设置有海水出口管，在所述的海水出口管内设置有水成分检测探头（18）；
曝气池（12）的顶部设置有放空管；
正高压直流电源（4）通过导线与第二海水分布器（115）上的荷电喷嘴连接；
负高压直流电源（6）通过导线与线管式荷电器（5）的接线端连接；
气体成分检测仪（7）通过信号线与气体成分检测探头（104）连接；
碱液给料系统（11）的pH信号输入端通过信号线与pH检测探头（8）连接；
水成分检测仪（19）通过信号线与水成分检测探头（18）连接；
号角（116）设有2个，且与降温除尘段的中心轴线程轴对称设置
气体成分检测探头（104）具有同时检测气体中SO2和CO2浓度的功能。
水成分检测探头（18）具有同时检测水的pH值、浊度、温度和多环芳烃含量的功能。
第一填料（108）和第二填料（114）均为PP材质的花环填料。
实施例2
除号角（116）设有6个外其余与实施例1相同。
实施例3
除号角（116）设有4个外其余与实施例1相同。
实施例4
除号角（116）设有5个外其余与实施例1相同。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种船用柴油机废气除尘脱硫系统，其特征在于：所述的系统由除尘脱硫塔（1），第一鼓风机（2），第一管壳式换热器（3）、正高压直流电源（4）、线管式荷电器（5）、负高压直流电源（6）、气体成分检测仪（7）、pH检测探头（8）、第一离心泵（9）、第二管壳式换热器（10）、碱液给料系统（11）、曝气池（12）、第二离心泵（13）、水力旋流器（14）、电晕臭氧发生器（15）、第二鼓风机（16）、废浆液罐（17）、水成分检测探头（18）、水成分检测仪（19）以及相关的管线、信号线、导线构成；
所述的除尘脱硫塔（1）的主体由排气管（101）、变径（105）、圆筒（110）和椭圆封头（119）构成；所述的排气管（101）与变径（105）的小口连通，所述的变径（105）的大口与圆筒（110）的一端连通，所述圆筒（110）的另一端由椭圆封头（119）封住；所述的排气管（101）的内部中间位置设置有轴流风机（102），在轴流风机（102）下方排气管（101）的侧面设有稀释气入口（103）；所述的变径（105）的内部设有气体成分检测探头（104）；所述的圆筒（110）从上往下依次分为碱液脱硫段、海水脱硫段和降温除尘段；所述的碱液脱硫段从上往下依次设置有第一除雾网（106）、碱液分布器（107）、第一填料（108）、锥形风帽（109）和引风管（111），所述的引风管（111）由圆盘和圆管构成，圆管垂直贯通圆盘的中心，所述的圆盘与碱液脱硫段的内壁焊接；所述的海水脱硫段从上往下依次设置有第二除雾网（112）、第一海水分布器（113）和第二填料（114）；所述的降温除尘段从上往下依次设置有第二海水分布器（115）、侧面位置设置有号角（116）和废气进口（118），所述的号角（116）上还设置有声波发生器（117），所述的第二海水分布器（115）设置了荷电喷嘴；
所述的水力旋流器（14）设置有进口、水出口和泥浆出口；
所述的线管式荷电器（5）为一圆形钢管，在圆形钢管的内部设置了一段细钨丝，细钨丝的一端从圆形钢管侧面伸出即为接线端，所述的细钨丝与圆形钢管绝缘；
所述的电晕臭氧发生器（15）利用电晕将空气中的氧气转化为臭氧，设有进口和出口；
所述的碱液给料系统（11）设有pH信号输入端和碱液排出口；
所述的第一管壳式换热器（3）的管程出口通过管线与线管式荷电器（5）的一端连通，所述的线管式荷电器（5）的另一端与废气进口（118）连通；所述的第一鼓风机（2）的出口与第一管壳式换热器（3）的壳程进口连通，所述的第一管壳式换热器（3）的壳程出口与稀释气入口（103）连通；所述的第一离心泵（9）的出口通过管线与第二管壳式换热器（10）的壳程进口连通，所述的第二管壳式换热器（10）的壳程出口通过管线与第一三通连通后分成了第一和第二路管线，所述的第一路管线与第一海水分布器（113）连通，所述的第二路管线与第二海水分布器（115）连通；所述的第二鼓风机（16）的出口通过管线与电晕臭氧发生器（15）的进口连通，所述的电晕臭氧发生器（15）的出口通过管线与曝气池（12）的底部连通；所述的曝气池（12）的底部通过管线与第二离心泵（13）的进口连通；所述的第二离心泵（13）的出口通过管线与第二三通连通后分成了第三和第四管线，所述的第三管线与水力旋流器（14）的进口连通，所述的水力旋流器（14）的水出口通过管线与曝气池（12）的顶部连通，所述的水力旋流器（14）的泥浆出口通过管线与废浆液罐（17）连通，所述的第四管线与第三三通连通后分成了第五和第六管线，所述的第五管线与碱液给料系统（11）的碱液排出口连通，所述的第六管线与第二管壳式换热器（10）的管程进口连通；所述的第二管壳式换热器（10）的管程出口通过管线与碱液分布器（107）连通，并在第二管壳式换热器（10）和碱液分布器（107）之间的管线内设置有pH检测探头（8）；所述的碱液脱硫段的底部通过管线与曝气池（12）的顶部连通；
所述的降温除尘段的底部设置有海水出口管，在所述的海水出口管内设置有水成分检测探头（18）；
所述的曝气池（12）的顶部设置有放空管；
所述的正高压直流电源（4）通过导线与第二海水分布器（115）上的荷电喷嘴连接；
所述的负高压直流电源（6）通过导线与线管式荷电器（5）的接线端连接；
所述的气体成分检测仪（7）通过信号线与气体成分检测探头（104）连接；
所述的碱液给料系统（11）的pH信号输入端通过信号线与pH检测探头（8）连接；
所述的水成分检测仪（19）通过信号线与水成分检测探头（18）连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的号角（116）设有2~6个，且与降温除尘段的中心轴线程轴对称设置。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的气体成分检测探头（104）具有同时检测气体中SO2和CO2浓度的功能。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的水成分检测探头（18）具有同时检测水的pH值、浊度、温度和多环芳烃含量的功能。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的第一填料（108）和第二填料（114）均为PP材质的花环填料。
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