CN109351149B - 船舶废气脱硫脱硝系统 - Google Patents

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Abstract

一种船舶废气脱硫脱硝系统，包括脱硝反应器、洗涤塔、尿素溶液供应装置及洗涤液供应装置，脱硝反应器与洗涤塔沿废气的流动方向依次设置在废气排放管路中，脱硝反应器包括沿脱硝反应器内的废气流动方向依次设置的尿素溶液喷枪、散堆催化剂层及规整催化剂层，尿素溶液喷枪与尿素溶液供应装置连接，洗涤塔包括换热装置、填料层及喷淋管路，换热装置的低温部分设置在洗涤塔的废气入口，换热装置的高温部分设置在洗涤塔的废气出口，喷淋管路位于填料层的上方，洗涤液供应装置与喷淋管路连接。本发明的船舶废气脱硫脱硝系统结构紧凑、脱硫脱硝效率高。

Description

船舶废气脱硫脱硝系统
技术领域
本发明涉及大气污染防治技术领域，特别是关于一种船舶废气脱硫脱硝系统。
背景技术
为了控制船用柴油机硫氧化物和氮氧化物的排放，国际海事组织通过了《MARPOL73/78公约》附则VI《防止船舶造成空气污染规则》的修订案，修订案规定，从2016年1月1日起在排放控制区实行Tier III排放标准，从2020年1月1日起，在任何区域燃油硫含量不超过0.5％m/m，该标准确定了更低的氮氧化物和硫氧化物的排放值，这就需要对船舶废气同时进行脱硫和脱硝处理。
目前应用最广泛的船舶柴油机废气脱硝处理技术是选择性催化还原(SelectiveCatalyst Reduction，SCR)，该技术用于降低废气中氮氧化物(NOx)的含量，从而达到废气排放标准，通过向温度为170～550℃的废气中喷入还原剂，还原剂可以是纯氨气、氨水或尿素溶液，由于尿素便于存储和运输而成为还原剂的首选，尿素溶液在使用时经过喷枪的雾化、热解或水解为氨气，氨气和废气的混合物一起通过催化剂，发生反应，氮氧化物转变为氮气和水蒸气，降低了排气中NOx的含量。
目前应用最广泛的脱硫技术为湿法脱硫，其是用氢氧化钠溶液进行喷淋，使氢氧化钠溶液与废气中的硫氧化物反应生成硫酸盐，从而达到脱硫的目的。
然而，现有的脱硫系统和脱硝系统互为单独的系统，需分开设计再进行集成，无法在具有结构紧凑的同时保证较高的处理效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种船舶废气脱硫脱硝系统，结构紧凑且脱硫脱硝效率高。
本发明提供一种船舶废气脱硫脱硝系统，包括脱硝反应器、洗涤塔、尿素溶液供应装置及洗涤液供应装置，所述脱硝反应器与所述洗涤塔沿废气的流动方向依次设置在废气排放管路中，所述脱硝反应器包括沿所述脱硝反应器内的废气流动方向依次设置的尿素溶液喷枪、散堆催化剂层及规整催化剂层，所述尿素溶液喷枪与所述尿素溶液供应装置连接，所述洗涤塔包括换热装置、填料层及喷淋管路，所述换热装置的低温部分设置在所述洗涤塔的废气入口，所述换热装置的高温部分设置在所述洗涤塔的废气出口，所述喷淋管路位于所述填料层的上方，所述洗涤液供应装置与所述喷淋管路连接。
其中，所述散堆催化剂层包括支撑架与堆叠在所述支撑架上的多个催化剂，所述散堆催化剂层中的催化剂内具有气体通道，所述支撑架固定在所述脱硝反应器的内壁上且垂直所述脱硝反应器中的废气流动方向。
其中，所述洗涤塔包括第一洗涤室与第二洗涤室，所述第一洗涤室与所述第二洗涤室的底部之间相互连通，所述洗涤塔的废气入口开设在所述第一洗涤室的顶部，所述洗涤塔的废气出口开设在所述第二洗涤室的顶部，所述第一洗涤室与所述第二洗涤室中均设有所述填料层与所述喷淋管路。
其中，所述换热装置包括换热介质储罐、第一阀门、泵及介质循环管路，所述介质循环管路的两端分别连接所述换热介质储罐的出口与入口，所述换热介质储罐中的换热介质经所述第一阀门及所述泵进入所述介质循环管路，所述介质循环管路包括所述低温部分与所述高温部分，所述低温部分与所述高温部分分别和所述第一洗涤室与所述第二洗涤室对应。
其中，所述洗涤液供应装置包括水箱、脱硫剂储罐、供水管路、脱硫剂管路及喷淋主管路，所述供水管路的出口及所述脱硫剂管路的出口与所述喷淋主管路的入口连接，所述喷淋主管路的出口与所述喷淋管路的入口连接，所述供水管路的入口与所述水箱的出口连接，所述脱硫剂管路的入口与所述脱硫剂储罐的出口连接。
其中，所述喷淋管路与所述喷淋主管路之间采用共轨管的方式进行设置。
其中，所述水箱的入口与所述洗涤塔的废水出口连接，所述水箱的废水出口与废水处理装置的废水入口连接，所述废水处理装置的出口分别与所述水箱的再生水入口及渣罐的入口连接，所述再生水入口与所述水箱的出口连通。
其中，所述尿素溶液供应装置包括尿素溶液储罐、第二阀门、计量泵及尿素供应管路，所述尿素供应管路连接所述尿素溶液储罐与所述尿素溶液喷枪，所述第二阀门及所述计量泵设置在所述尿素供应管路中。
其中，所述废气排放管路的入口与涡轮增压器的排气口连接，所述洗涤塔的废气出口与所述所述废气排放管路的出口连通。
其中，所述洗涤塔的外壁设有消音层。
本发明的船舶废气脱硫脱硝系统，脱硝反应器与洗涤塔沿废气的流动方向依次设置在废气排放管路中，脱硝反应器包括沿脱硝反应器内的废气流动方向依次设置的尿素溶液喷枪、散堆催化剂层及规整催化剂层，尿素溶液喷枪与尿素溶液供应装置连接，洗涤塔包括换热装置、填料层及喷淋管路，换热装置的低温部分设置在洗涤塔的废气入口，换热装置的高温部分设置在洗涤塔的废气出口，喷淋管路位于填料层的上方，洗涤液供应装置与喷淋管路连接。通过上述方式，本发明的船舶废气脱硫脱硝系统结构紧凑、脱硫脱硝效率高。
附图说明
图1为本发明一个实施例中船舶废气脱硫脱硝系统的结构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
图1为本发明一个实施例中船舶废气脱硫脱硝系统的结构示意图。如图1所示，本实施例的船舶废气脱硫脱硝系统包括脱硝反应器1、洗涤塔2、尿素溶液供应装置3及洗涤液供应装置4。
脱硝反应器1与洗涤塔2沿废气的流动方向依次设置在废气排放管路6中，尿素溶液供应装置3用于向脱硝反应器1供应尿素溶液以对废气进行脱硝，洗涤液供应装置4用于向洗涤塔2供应脱硫洗涤液以对脱硝后的废气进行脱硫，实际实现时，废气排放管路6的入口与涡轮增压器5的排气口连接，洗涤塔2的废气出口与废气排放管路6的出口连通，废气从涡轮增压器5的排气口进入废气排放管路6，依次进行脱硝和脱硫后从废气排放管路6的出口排放到大气中，使得排出的废气符合排放标准。
脱硝反应器1包括尿素溶液喷枪11、散堆催化剂层12及规整催化剂层13，尿素溶液喷枪11、散堆催化剂层12及规整催化剂层13沿脱硝反应器1内的废气流动方向依次设置，尿素溶液喷枪11与尿素溶液供应装置3连接。
尿素溶液供应装置3包括尿素溶液储罐31、第二阀门33、计量泵32及尿素供应管路34，尿素供应管路34连接尿素溶液储罐31与尿素溶液喷枪11，第二阀门33及计量泵32设置在尿素供应管路34中，在第二阀门33打开后，尿素溶液在计量泵32的作用下，进入尿素溶液喷枪11喷出雾化，发生分解。
散堆催化剂层12包括支撑架与堆叠在支撑架上的多个催化剂，散堆催化剂层12中的催化剂为多孔催化剂，内部具有气体通道，支撑架固定在脱硝反应器1的内壁上且垂直脱硝反应器1中的废气流动方向。实际实现时，用于散堆催化剂层12的催化剂具有较小的尺寸，使得堆叠得到的结构相对松散且具有足够的孔隙，在完成堆叠后还可在上方固定一固定架以使堆叠结构更加牢固，通过将多个催化剂进行随机堆叠，可以在催化剂之间形成不规则的气体通道，这些不规则的气体通道与催化剂内的气体通道共同成为废气的气体通道，使得废气在经过散堆催化剂层12时具有不规则的路径而可以与氨气进行充分的混合，同时催化剂内的气体通道增加了催化剂与混合烟气的接触面积，可以使废气中部分的氮氧化物发生催化反应，起到脱硝作用。通过这种方式，本发明无需额外设置混合器用于对氨气及废气的混合，而传统的混合器为单独的管道，与脱硝反应器1串联在管路中，存在管路长，连接件多、结构复杂等缺点，因而本发明的脱硝反应器1结构更加紧凑，同时具有较高的脱硝效率。
规整催化剂层13为一层、两层或多层，每层规整催化剂层13均为形状规则且气体通道相对规则的片状或板状催化剂，规整催化剂层13的催化剂与散堆催化剂层12的催化剂可具有相同的成分，规整催化剂层13具有较高的比表面积，使得废气中的氮氧化物发生充分的催化反应，将废气中的氮氧化物除去，完成脱硝。
洗涤塔2包括换热装置21、填料层22及喷淋管路23，换热装置21的低温部分216设置在洗涤塔2的废气入口，用于对进入洗涤塔2的废气进行降温以提高脱硫效率，换热装置21的高温部分217设置在洗涤塔2的废气出口，用于对完成脱硫的废气进行加热以提高废气的抬升高度，喷淋管路23位于填料层22的上方，洗涤液供应装置4与喷淋管路23连接。
洗涤塔2包括第一洗涤室25与第二洗涤室26，第一洗涤室25与第二洗涤室26的底部之间相互连通而使洗涤塔2整体呈U型，洗涤塔2的废气入口开设在第一洗涤室25的顶部，洗涤塔2的废气出口开设在第二洗涤室26的顶部，第一洗涤室25与第二洗涤室26中均设有填料层22与喷淋管路23，实际实现时，第一洗涤室25与第二洗涤室26各设置一层填料层22，填料层22可以采用与散堆催化剂层12类似的结构，从而提高废气与洗涤液的接触时间，第一洗涤室25与第二洗涤室26的喷淋管路23共用一套喷淋主管路45，从而可以减少管路接口。通过这种方式，增加了废气在洗涤塔2中的流动距离，通过两个洗涤室对废气依次进行脱硫，脱硫效果更好。
换热装置21包括换热介质储罐211、第一阀门213、泵215及介质循环管路212，介质循环管路212的两端分别连接换热介质储罐211的出口与入口，换热介质储罐211中的换热介质经第一阀门213及泵215进入介质循环管路212，介质循环管路212包括低温部分216与高温部分217，低温部分216与高温部分217分别和第一洗涤室25与第二洗涤室26对应。实际实现时，低温部分216与高温部分217的管路为盘管式以提高换热效率，换热介质可采用冷却水，冷却水进入介质循环管路212的低温部分216时，与洗涤塔2入口的废气发生热交换而使废气的温度降低，同时冷却水的温度升高，温度升高后的冷却水进入介质循环管路212的高温部分217，与洗涤塔2出口的废气发生热交换而使废气的温度升高。通过这种方式，本发明无需额外设置预喷淋装置对废气进行降温，也无需额外利用废热锅炉的余热给废气加热，结构更加紧凑且成本更低。
洗涤液供应装置4包括水箱41、脱硫剂储罐42、供水管路43、脱硫剂管路44及喷淋主管路45，脱硫剂储罐42用于存储脱硫剂溶液，例如氢氧化钠溶液，供水管路43的出口及脱硫剂管路44的出口与喷淋主管路45的入口连接，喷淋主管路45的出口与喷淋管路23的入口连接，供水管路43的入口与水箱41的出口连接，脱硫剂管路44的入口与脱硫剂储罐42的出口连接，脱硫剂管路44中设有第三阀门46与计量泵47，喷淋主管路45中设有第四阀门48与泵49，从水箱41出来的水和从脱硫剂储罐42出来的脱硫剂溶液在喷淋主管路45中进行集中混合成为洗涤液后，再均匀分配到喷淋管路23的每根支管中喷入洗涤塔2中与废气进行反应，通过设置在洗涤塔2中的填料层22增加废气与洗涤液的接触时间，提高脱硫效率。
在一实施方式中，喷淋管路23与喷淋主管路45之间采用共轨管的方式进行设置，其中，喷淋主管路45作为母管，喷淋管路23作为支管，相对传统设置主管、支管及喷嘴而需要对洗涤塔2的塔体开大孔进行安装的方式而言，本发明采用共轨管只需对洗涤塔2的塔体开小孔，安装简便，同时可利用共轨管进行洗涤液的集中及再分配，确保喷淋效果，使废气与洗涤液充分接触。
在一实施方式中，水箱41的入口与洗涤塔2的废水出口连接，水箱41的废水出口与废水处理装置7的废水入口连接，废水处理装置7的出口分别与水箱41的再生水入口及渣罐8的入口连接，水箱41的再生水入口与水箱41的出口连通以实现水的再利用。实际实现时，水箱41中的水循环洗涤一段时间后排放出一部分到废水处理装置7中，经废水处理装置7处理后的废渣进入渣罐8，可重新利用的水重新回到水箱41中。
在一实施方式中，洗涤塔2的外壁通过敷设的方式形成有消音层29，可免去消音器的安装。
接下来对本发明的船舶废气脱硫脱硝系统的工作过程进行详细描述。
船舶进入ECA区(Emission Control Areas，排放限制区域)时，需要对柴油机排放的废气进行氮氧化物和硫氧化物的脱除以满足排放标准。柴油机的废气由涡轮增压器5排入废气排放管路6中，之后进入脱硝反应器1中，第二阀门33打开，尿素溶液储罐31中的尿素溶液在计量泵32的作用下进入尿素溶液喷枪11，由尿素溶液喷枪11喷出雾化，发生分解，反应方程式为：
(NH2)2CO+H2O→2NH3+CO2
尿素溶液分解产生的氨气和进入脱硝反应器1的废气进入散堆催化剂层12，利用散堆催化剂层12多孔且气体流向不规则的特点，使废气与氨气在散堆催化剂层12中进行充分的混合，并使废气中部分的氮氧化物发生反应，经过混合和部分反应的气体进入规整催化剂层13中进行充分的催化还原反应，将废气中的氮氧化物除去，反应方程式为：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
6NO2+8NH3→7N2+12H2O
完成脱硝的废气从脱硝反应器1的出口进入废气排放管路6，接着进入洗涤塔2进行脱硫处理，废气进入洗涤塔2后，先与换热装置21的低温部分216中的水进行热交换，温度降低，第三阀门46与第四阀门48打开，计量泵47将脱硫剂储罐42中的脱硫剂溶液泵送喷淋主管路45中，与从水箱41中泵入喷淋主管路45的水在喷淋主管路45中进行混合集中，接着混合得到的洗涤液被均匀分配到洗涤塔2中的喷淋管路23的每根支管中，由支管喷入第一洗涤室25与第二洗涤室26，与废气接触，在第一洗涤室25与第二洗涤室26中的填料层22的作用下，发生硫氧化物的吸收反应，反应方程式为：
2H2SO3+4NaOH+O2→2Na2SO4+2H2O
H2SO4+2NaOH→Na2SO4+H2O
脱硫处理后的废气来到第二洗涤室26顶部的出口处，与换热装置21的高温部分217中的水进行热交换，温度升高后直接排放到大气中，洗涤塔2产生的洗涤废水流入水箱41进行循环，水箱41中的水在循环一段时间后排放部分到废水处理装置7中，废水处理装置7处理得到的废渣进入渣罐8，可重新利用的水回到水箱41继续使用。
本发明的船舶废气脱硫脱硝系统，脱硝反应器与洗涤塔沿废气的流动方向依次设置在废气排放管路中，脱硝反应器包括沿脱硝反应器内的废气流动方向依次设置的尿素溶液喷枪、散堆催化剂层及规整催化剂层，尿素溶液喷枪与尿素溶液供应装置连接，洗涤塔包括换热装置、填料层及喷淋管路，换热装置的低温部分设置在洗涤塔的废气入口，换热装置的高温部分设置在洗涤塔的废气出口，喷淋管路位于填料层的上方，洗涤液供应装置与喷淋管路连接。通过上述方式，本发明的船舶废气脱硫脱硝系统结构紧凑、脱硫脱硝效率高。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种船舶废气脱硫脱硝系统，其特征在于，包括脱硝反应器、洗涤塔、尿素溶液供应装置及洗涤液供应装置，所述脱硝反应器与所述洗涤塔沿废气的流动方向依次设置在废气排放管路中，所述脱硝反应器包括沿所述脱硝反应器内的废气流动方向依次设置的尿素溶液喷枪、散堆催化剂层及规整催化剂层，所述尿素溶液喷枪与所述尿素溶液供应装置连接，所述洗涤塔包括换热装置、填料层及喷淋管路，所述换热装置的低温部分设置在所述洗涤塔的废气入口，所述换热装置的高温部分设置在所述洗涤塔的废气出口，所述喷淋管路位于所述填料层的上方，所述洗涤液供应装置与所述喷淋管路连接，所述散堆催化剂层包括支撑架与堆叠在所述支撑架上的多个催化剂，所述散堆催化剂层中的催化剂内具有气体通道，所述支撑架固定在所述脱硝反应器的内壁上且垂直所述脱硝反应器中的废气流动方向。
2.如权利要求1所述的船舶废气脱硫脱硝系统，其特征在于，所述洗涤塔包括第一洗涤室与第二洗涤室，所述第一洗涤室与所述第二洗涤室的底部之间相互连通，所述洗涤塔的废气入口开设在所述第一洗涤室的顶部，所述洗涤塔的废气出口开设在所述第二洗涤室的顶部，所述第一洗涤室与所述第二洗涤室中均设有所述填料层与所述喷淋管路。
3.如权利要求2所述的船舶废气脱硫脱硝系统，其特征在于，所述换热装置包括换热介质储罐、第一阀门、泵及介质循环管路，所述介质循环管路的两端分别连接所述换热介质储罐的出口与入口，所述换热介质储罐中的换热介质经所述第一阀门及所述泵进入所述介质循环管路，所述介质循环管路包括所述低温部分与所述高温部分，所述低温部分与所述高温部分分别和所述第一洗涤室与所述第二洗涤室对应。
4.如权利要求1所述的船舶废气脱硫脱硝系统，其特征在于，所述洗涤液供应装置包括水箱、脱硫剂储罐、供水管路、脱硫剂管路及喷淋主管路，所述供水管路的出口及所述脱硫剂管路的出口与所述喷淋主管路的入口连接，所述喷淋主管路的出口与所述喷淋管路的入口连接，所述供水管路的入口与所述水箱的出口连接，所述脱硫剂管路的入口与所述脱硫剂储罐的出口连接。
5.如权利要求4所述的船舶废气脱硫脱硝系统，其特征在于，所述喷淋管路与所述喷淋主管路之间采用共轨管的方式进行设置。
6.如权利要求4所述的船舶废气脱硫脱硝系统，其特征在于，所述水箱的入口与所述洗涤塔的废水出口连接，所述水箱的废水出口与废水处理装置的废水入口连接，所述废水处理装置的出口分别与所述水箱的再生水入口及渣罐的入口连接，所述再生水入口与所述水箱的出口连通。
7.如权利要求1所述的船舶废气脱硫脱硝系统，其特征在于，所述尿素溶液供应装置包括尿素溶液储罐、第二阀门、计量泵及尿素供应管路，所述尿素供应管路连接所述尿素溶液储罐与所述尿素溶液喷枪，所述第二阀门及所述计量泵设置在所述尿素供应管路中。
8.如权利要求1所述的船舶废气脱硫脱硝系统，其特征在于，所述废气排放管路的入口与涡轮增压器的排气口连接，所述洗涤塔的废气出口与所述所述废气排放管路的出口连通。
9.如权利要求1所述的船舶废气脱硫脱硝系统，其特征在于，所述洗涤塔的外壁设有消音层。
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