CN108939755A - 船舶尾气脱硫装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种船舶尾气脱硫装置，包括脱硫喷淋单元和位于其两侧的预处理烟道，该预处理烟道内布置预喷淋层，脱硫喷淋单元内布置喷淋层，同时设有用于接收来自预处理烟道的尾气并使其气流分布均匀后进入喷淋层的导流单元，所述脱硫喷淋单元连接用于对经过喷淋层净化后尾气中的颗粒物进行吸湿、增长和分离的除雾单元。该脱硫装置气液接触时间长、脱硫效率高且能提高船舶空间利用率。

Description

船舶尾气脱硫装置
技术领域
本发明涉及一种脱硫装置，尤其涉及一种船舶尾气脱硫装置。
背景技术
船舶运输的高速发展给全球环境带来了巨大的影响，远洋船舶一般燃烧重油或渣油，其排放尾气中往往含有大量的硫氧化物，为了保护环境，国际海事组织海上环境保护委员会(IMO)制定严格排放标准，船舶尾气净化迫在眉睫。
现有技术主要通过将燃烧后的烟气净化实现达标排放，脱硫系统一般而言都很庞大，尤其是核心设备脱硫装置往往要占用很大的空间，船舶因为其航行的特殊性，船上的空间有限，过分的占用船上空间会影响船东的经济效益。因此船用脱硫装置必须具备小巧高效的特点。
目前船舶用脱硫装置大多采用海水直接喷淋喷淋塔，海水由于其碱度不高，往往需要在较长时间内进行大量地喷淋，因此这类喷淋塔都会加高设计以达到排放要求的脱硫效果，但是加高设计会增加脱硫装置的重量，重心上移，对船舶的重心稳定有影响。同时，喷淋单元内部往往会存在气流分布不均匀的问题，具体表现为：与烟气入口对面的一侧气流速度较快，而与该侧相对的另一侧流速较慢，甚至产生回流区。流速的不均匀性会造成烟气在塔内停留时间的差异，造成一侧反应时间不够，一侧反应时间过长，使得系统脱硫效率低下，为了使得硫排放达标，塔的尺寸设计的相对较大，占用的船舶的宝贵空间。此外，现有的湿法脱硫装置在运行过程中易产生带脱硫液的小液滴，一般除雾器能够处理50μm以上的液滴，对于50μm以下的液滴就很难处理，针对这一情况需要进行相关改造。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种气液接触时间长、脱硫效率高且能降低空间占用率的船舶尾气脱硫装置。
技术方案：本发明的船舶尾气脱硫装置，包括脱硫喷淋单元和位于其两侧的预处理烟道，该预处理烟道内布置预喷淋层，脱硫喷淋单元内布置喷淋层，同时设有用于接收来自预处理烟道的尾气并使其气流分布均匀后进入喷淋层的导流单元，所述脱硫喷淋单元连接用于对净化后尾气中的颗粒物进行吸湿、增长和分离的除雾单元。
进一步地，预处理烟道包括竖直段和弯管段，该竖直段的上部为尾气入口，下部连接弯管段的上部，弯管段的尾部连接脱硫喷淋单元。本发明将预处理烟道设计成对冲进气方式，烟道内可以采用两层雾化喷淋层倒喷，与烟气形成逆流，能够有效的分担塔内的脱硫负荷，在满足脱硫效果的前提下，降低空间占用率，与没有预喷淋的装置相比，能有效减少装置占用空间的5～20％。
这种情况下，预喷淋层采用向上喷淋的方式，预喷淋喷嘴为压力雾化喷嘴，雾化锥角为60～80°，平均雾化粒径为90～140μm。脱硫喷淋单元中的喷淋层采用向下喷淋的方式，喷嘴为实心锥形喷嘴，喷射角为80-120°，喷射粒径为1～5mm。
本发明的导流单元包括布置于预处理烟道尾部和喷淋层之间的V型均流板，它可以采用碳钢等制作而成。V型均流板通道长并且密，保证流线的均匀，同时中间阻力大，两边阻力小，有利于喷淋层气流呈活塞型上升。
本发明的除雾单元包括与喷淋层连接的除雾器和旋流增湿段，其中，除雾器优选为W型折流板除雾器；旋流增湿段具有圆形或接近圆形的横截面，增湿段的侧壁切向设有蒸汽入口，尾部设有尾气出口。
本发明除雾器的尾气入口截面到出口截面先逐渐缩小，再逐渐扩张；或者脱硫喷淋单元的尾气出口截面逐渐缩小，除雾单元的尾气入口截面到尾气出口截面逐渐扩张，这样设置的目的能增强喷淋层净化后尾气的运动速度，便于除雾和旋风增湿反应。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：(1)利用烟道作为预喷淋空间，延长了气液反应时间，能有效分担喷淋单元内的喷淋负荷，提高脱硫效率，减小脱硫装置的占地空间；(2)脱硫喷淋单元喷淋层的进气方式为对冲进气，喷淋层底部两侧进气形成对冲湍流，在V型均流板的整流作用下，形成均匀分布的向上烟气流场，在喷淋层与吸收液充分接触反应，能够有效减少喷淋层内吸收液的浪费，提高脱硫效率；(3)除雾单元中的旋流增湿段能够有效除去粒径50μm以下的颗粒物液滴，利用蒸汽切向进去形成旋转蒸汽流场，颗粒物液滴吸收增长与旋流分离同时进行，相比于传统的机械法、湿法静电电除尘，具有能耗低、占用空间小、效率高等优点；而且旋流增湿段直接设置的除雾器上方，进一步缩小了设备占地面积，同时还降低了整体的压降损失。
附图说明
图1为本发明整体结构的示意图；
图2为本发明旋流增湿段的俯视图；
图3为本发明W型除雾器的示意图；
图4-1为本发明V型均流板的俯视图；
图4-2为本发明V型均流板的正视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示，本发明的脱硫塔装置包括脱硫喷淋单元1、预处理烟道2、导流单元3和除雾单元4。
其中，预处理烟道2有两个，对称布置在脱硫喷淋单元1的两侧，同时预处理烟道2分为竖直段202和弯管段203，竖直段202上部为烟气入口，连接船舶柴油机尾气，下部通过法兰与弯管段203连接，弯管段203上部与竖直段202的下部相连，下部与脱硫喷淋单元1侧壁底部通过法兰连接。在预处理烟道2内布置预喷淋层201，如图所示，预喷淋层201设于预处理烟道2的竖直段202中，分两层布置，预喷淋层201采用倒喷的方式即向上喷淋，与进口烟气方向相反形成逆流，预喷淋喷嘴204采用压力雾化喷嘴，雾化锥角为60-80°，平均雾化粒径为90-140μm。
脱硫喷淋单元1中包括喷淋层101和导流单元3，其中，导流装置3包括V型均流板301，它布置在喷淋层101底部和侧壁烟道进口之间，材质为具有耐高温和耐冲刷性能的碳钢，均流板通道长并且密，保证流线的均匀，中间阻力大，两边阻力小，有利于喷淋层气流呈活塞型上升。同时，位于脱硫喷淋单元1上部或上半区的喷淋层101分三层布置，喷淋层101采用向下喷淋的方式，与均流分布的烟气形成逆流，其中喷嘴102采用实心锥形喷嘴，喷射角为80-120°，喷射粒径为1～5mm。
除雾单元4布置于脱硫喷淋单元1的上方，它包括除雾器401和旋流增湿段402，其中，除雾器401底部与喷淋层101顶部连接，除雾器401顶部与旋流增湿段402连接。由图1可以看出，脱硫喷淋单元1的尾气出口截面逐渐缩小，即脱硫喷淋单元1中最高层的喷淋层101与喷淋单元顶部构成了类似梯形的形状，除雾器401入口截面逐渐扩张，除了图示的情况，也可以是脱硫喷淋单元1尾气出口截面不变，将除雾器401入口截面设置成先缩小再扩张的形式，目的是使净化后尾气向上收缩加速，进入旋流增湿段后强化蒸汽和烟气的混合。
其中，旋流增湿段402具有圆形或接近圆形的横截面，增湿段的侧壁切向设有蒸汽入口403，尾部设有尾气出口404。
除雾器401为W型折流板除雾器，它的材质可选用增强聚丙烯、不锈钢等。
此外，可以根据需要在脱硫喷淋单元1的底部设置循环单元5，循环单元5包括循环池，它的侧壁设有循环液出口，用于连接循环泵，循环池底部设有废液出口，用于排放废液。
工作过程：船舶尾气通过烟气入口进入预处理烟道，在预处理烟道内与喷淋层喷射的吸收液形成逆流，增强气流扰动，对尾气进行初步脱硫和除尘。尾气从烟道出来后，进入脱硫喷淋单元，两股气流对冲后形成强烈的湍流扰动，在经过V型均流板的作用后均匀分布，使气流呈活塞型向上继续运动，并与喷淋层喷射的吸收液形成逆流，进行深度脱硫。随后进入除雾单元，首先进入除雾器，并在除雾器初次气液分离，分离完成后进入旋流增湿段，蒸汽从蒸汽入口切向进入旋流增湿段，尾气中颗粒物在旋流增湿段内吸湿增长，旋流分离，再通过尾气出口排出。喷淋液一方面通过喷淋层进入喷淋单元内，另一方面通过预喷淋层进入预处理烟道，最终都汇于循环单元的循环池，检测后部分还有吸收能力的吸收液通过循环液出口重新进入喷淋单元，没有吸收能力的废液则通过循环池底部的废液出口排出。
实施例1
在直径为3m，高为8m的脱硫装置中，烟气入口直径为1m，工况条件为入口烟气温度60℃，烟气流量77350kg/h，烟气含硫量1500ppm。参数设置如下：喷淋段喷射粒径为1mm，喷淋段喷射角为120°，预喷淋段雾化粒径为140μm，预喷淋段的雾化锥角为80°，液气比为9L/m3，在此情况下出口烟气含硫量约为557ppm，脱硫效率可达62.9％，脱硫效果较好。
实施例2
在直径为3m，高为8m的脱硫装置中，烟气入口直径为1m，工况条件为入口烟气温度60℃，烟气流量77350kg/h，烟气含硫量1500ppm。参数设置如下：喷淋段喷射粒径为3mm，喷淋段喷射角度为120°，预喷淋段雾化粒径为140μm，预喷淋段的雾化锥角为80°，液气比为9L/m3，在此情况下出口烟气含硫量约为182ppm，脱硫效率可达87.8％，脱硫效果最优。
实施例3
在直径为3m，高为8m的脱硫装置中，烟气入口直径为1m，工况条件为入口烟气温度60℃，烟气流量77350kg/h，烟气含硫量1500ppm。参数设置如下：喷淋段喷射粒径为5mm，喷淋段喷射角度为120°，预喷淋段雾化粒径为140μm，预喷淋段的雾化锥角为80°，液气比为9L/m3，在此情况下出口烟气含硫量约为265ppm，脱硫效率可达82.3％，脱硫效果很好。
实施例4
在直径为3m，高为8m的脱硫装置中，烟气入口直径为1m，工况条件为入口烟气温度60℃，烟气流量77350kg/h，烟气含硫量1500ppm。参数设置如下：喷淋段喷射粒径为3mm，喷淋段喷射角度为80°，预喷淋段雾化粒径为140μm，预喷淋段的雾化锥角为80°，液气比为9L/m3，在此情况下出口烟气含硫量约为426ppm，脱硫效率可达71.6％，脱硫效果较好。
实施例5
在直径为3m，高为8m的脱硫装置中，烟气入口直径为1m，工况条件为入口烟气温度60℃，烟气流量77350kg/h，烟气含硫量1500ppm。参数设置如下：喷淋段喷射粒径为3mm，喷淋段喷射角度为100°，预喷淋段雾化粒径为140μm，预喷淋段的雾化锥角为80°，液气比为9L/m3，在此情况下出口烟气含硫量约为288ppm，脱硫效率可达80.8％，脱硫效果很好。
实施例6
在直径为3m，高为8m的脱硫装置中，烟气入口直径为1m，工况条件为入口烟气温度60℃，烟气流量77350kg/h，烟气含硫量1500ppm。参数设置如下：喷淋段喷射粒径为3mm，喷淋段喷射角度为120°，预喷淋段雾化粒径为115μm，预喷淋段的雾化锥角为80°。液气比为9L/m3，在此情况下出口烟气含硫量约为206ppm，脱硫效率可达86.3％，脱硫效果较优。
实施例7
在直径为3m，高为8m的脱硫装置中，烟气入口直径为1m，工况条件为入口烟气温度60℃，烟气流量77350kg/h，烟气含硫量1500ppm。参数设置如下：喷淋段喷射粒径为3mm，喷淋段喷射角度为120°，预喷淋段雾化粒径为90μm，预喷淋段的雾化锥角为80°，液气比为9L/m3，在此情况下出口烟气含硫量约为228ppm，脱硫效率可达84.8％，脱硫效果很好。
实施例8
在直径为3m，高为8m的脱硫装置中，烟气入口直径为1m，工况条件为入口烟气温度60℃，烟气流量77350kg/h，烟气含硫量1500ppm。参数设置如下：喷淋段喷射粒径为3mm，喷淋段喷射角度为120°，预喷淋段雾化粒径为140μm，预喷淋段的雾化锥角为70°，液气比为9L/m3，在此情况下出口烟气含硫量约为199ppm，脱硫效率可达86.7％，脱硫效果较优。
实施例9
在直径为3m，高为8m的脱硫装置中，烟气入口直径为1m，工况条件为入口烟气温度60℃，烟气流量77350kg/h，烟气含硫量1500ppm。参数设置如下：喷淋段喷射粒径为3mm，喷淋段喷射角度为120°，预喷淋段雾化粒径为140μm，预喷淋段的雾化锥角为60°，液气比为9L/m3，在此情况下出口烟气含硫量约为205ppm，脱硫效率可达86.3％，脱硫效果较优。
实施例1-9的具体运行结果如表1所示。
表1实施例1-9参数及指标
实施例10
工况条件为入口烟气温度60℃，烟气流量42191kg/h，烟气含硫量1500ppm。参数设置如下：喷淋段喷射粒径为3mm，喷淋段喷射角度为120°，预喷淋段雾化粒径为140μm，预喷淋段的雾化锥角为80°，液气比为9L/m3，在此情况下出口烟气含硫量在200ppm以下即脱硫效率达86.7％。
本发明脱硫装置烟道直径需0.75m，塔直径需2.3m，塔高6m，传统脱硫装置烟道直径需1.05m，塔直径需2.3m，塔高需6.8m，本发明与传统脱硫装置比节省13.3％的空间
实施例11
工况条件为入口烟气温度60℃，烟气流量56254kg/h，烟气含硫量1500ppm。参数设置如下：喷淋段喷射粒径为3mm，喷淋段喷射角度为120°，预喷淋段雾化粒径为140μm，预喷淋段的雾化锥角为80°，液气比为9L/m3，在此情况下出口烟气含硫量在200ppm以下即脱硫效率达86.7％。
本发明脱硫装置烟道直径需0.86m，塔直径需2.5m，塔高7m，传统脱硫装置烟道直径需1.2m，塔直径需2.5m，塔高需8.2m，本发明与传统脱硫装置比节省17.1％的空间
实施例12
工况条件为入口烟气温度60℃，烟气流量77350kg/h，烟气含硫量1500ppm。参数设置如下：喷淋段喷射粒径为3mm，喷淋段喷射角度为120°，预喷淋段雾化粒径为140μm，预喷淋段的雾化锥角为80°，液气比为9L/m3，在此情况下出口烟气含硫量在200ppm以下即脱硫效率达86.7％。
本发明脱硫装置烟道直径需1m，塔直径需3m，塔高8m，传统脱硫装置烟道直径需1.4m，塔直径需3m，塔高需9.5m，本发明与传统脱硫装置比节省18.8％的空间
实施例10-12的具体运行结果如表2所示。
表2实施例10-12参数及指标

Claims (9)

1.一种船舶尾气脱硫装置，其特征在于：包括脱硫喷淋单元(1)和位于其两侧的预处理烟道(2)，该预处理烟道(2)内布置预喷淋层(201)，脱硫喷淋单元(1)内布置喷淋层(101)，同时设有用于接收来自预处理烟道的尾气并使其气流分布均匀后进入喷淋层的导流单元(3)，所述脱硫喷淋单元(1)连接用于对经过喷淋层净化后尾气中的颗粒物进行吸湿、增长和分离的除雾单元(4)。
2.根据权利要求1所述的船舶尾气脱硫装置，其特征在于：所述预处理烟道(2)包括竖直段(202)和弯管段(203)，该竖直段(202)的上部为尾气入口，下部连接弯管段的上部，弯管段(203)的尾部连接脱硫喷淋单元(1)。
3.根据权利要求1所述的船舶尾气脱硫装置，其特征在于：所述预喷淋层(201)采用向上喷淋的方式，预喷淋喷嘴(204)为压力雾化喷嘴，雾化锥角为60～80°，平均雾化粒径为90～140μm。
4.根据权利要求1所述的船舶尾气脱硫装置，其特征在于：所述喷淋层(101)采用向下喷淋的方式，喷嘴(102)为实心锥形喷嘴，喷射角为80-120°，喷射粒径为1～5mm。
5.根据权利要求1所述的船舶尾气脱硫装置，其特征在于：所述导流单元(3)包括布置于预处理烟道尾部和喷淋层之间的V型均流板(301)。
6.根据权利要求1所述的船舶尾气脱硫装置，其特征在于：所述除雾单元(4)包括与喷淋层连接的除雾器(401)和旋流增湿段(402)。
7.根据权利要求6所述的船舶尾气脱硫装置，其特征在于：所述除雾器(401)为W型折流板除雾器。
8.根据权利要求6所述的船舶尾气脱硫装置，其特征在于：所述除雾器(401)的尾气入口截面到出口截面先逐渐缩小，再逐渐扩张。
9.根据权利要求1所述的船舶尾气脱硫装置，其特征在于：所述脱硫喷淋单元(1)的尾气出口截面逐渐缩小，除雾单元(4)的尾气入口截面到尾气出口截面逐渐扩张。
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