CN109999628A - 基于轴向吸收扩散的废气脱硫装置、废气脱硫方法和用于废气脱硫装置的控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于脱硫技术领域,具体涉及基于轴向吸收扩散的废气脱硫装置、废气脱硫方法和用于废气脱硫装置的控制系统。本发明将两个脱硫床平行设置,并使两脱硫床之间的空腔与脱硫模块的进气口相通,再配合出气口位置的设置,使废气能以环形扰流的方式通过脱硫模块,废气与脱硫试剂充分接触,从而达到提高脱硫效率的目的;而多个脱硫模块串联使用,能进一步提高脱硫效率,最终实现了对废气中硫化物、PM及其他杂质的高效去除。

Description

基于轴向吸收扩散的废气脱硫装置、废气脱硫方法和用于废 气脱硫装置的控制系统

技术领域

本发明属于脱硫技术领域,具体涉及基于轴向吸收扩散的废气脱硫装置、废气脱硫方法和用于废气脱硫装置的控制系统。

背景技术

船舶是重要的海洋运输工具,目前,船舶动力装置大多使用含硫量高的重油,所产生的SOx是形成酸雨的重要污染物之一,对港口城市的生态环境和人体健康造成了巨大危害。国际海事组织(IMO)设立排放控制区(ECA),并在公约MARPOL73/78附则VI中规定:自2020年1月1日起,在全球范围内,船舶动力使用的任何燃油含硫量不得超过0.5%m/m。同时,我国于2015年,交通运输部在珠三角、长三角和环渤海水域设立船舶硫排放区,规定在2017~2019年期间,船舶控制区内逐步实施燃油量≤0.5%m/m的排放标准。

目前,低硫燃油、替代燃料和船舶废气后处理技术是解决船舶动力SOx排放,并使之满足ECA排放标准的主流途径。但使用低硫油会造成船舶动力系统润滑不良、燃油供给系统需要改造和运营成本增加等问题。对于替代燃料,目前主流燃料LNG的应用也存在不少问题:续航能力弱、设备储存空间大、存储环境温度要求严格等。而采用后处理技术相对于上述两种途径,具有如下优点:通过后处理技术处理废气,使废气能够满足排放标准,船舶动力装置则不需要更换燃油,可以使用价格低廉的重油。

对于船舶脱硫后处理技术,目前潜力较大的有钠碱法、海水法和钙基法。钠碱法技术是将废气中的SOx与碱性物质氢氧化钠(NaOH)发生中和反应,生成亚硫酸盐或少量硫酸盐,达到废气脱硫的目的;海水法是以天然的弱碱性海水(pH:8.0~8.2)作为吸收剂,利用其酸碱缓冲能力及吸收酸性气体(SOx),达到脱除硫的目的;钙基法是一种干式脱硫技术,该技术采用氧化钙(CaO)或氢氧化钙(CaO·H2O)等物质作为脱硫吸收剂,废气中的SOx与氧化钙或氢氧化钙反应,生成碳酸钙(CaCO3),达到处理废气中SOx的目的。

船舶脱硫后处理技术中,与湿法脱硫技术相比,干法脱硫避免了酸性蒸汽腐蚀船舶动力系统,同时不需要液体吸收剂,不会产生液体污染。但干法脱硫自身也存在很多缺点,干式脱硫的工作温度范围为240℃~450℃,而对于部分船舶二冲程大功率柴油机的废气温度低于200℃,不满足干式脱硫工作温度的要求;另外,脱硫塔中,钙基颗粒等物质吸收废气中的SOx后,其物理和化学性质发生变化,脱硫能力会逐渐减弱;其次,脱硫塔装置所占用的船舶空间大,重量也明显超过湿式脱硫装置;最后,现有的脱硫塔联合监控系统不够完善,需要进一步改进。

对于船舶废气干式脱硫的核心技术在相关专利中较少报道,申请号为201110392798.5的专利公开了一种干式脱硫装置,该装置利用两级脱硫装置进行两次脱硫,提高了脱硫效果;申请号为201320226553.X的专利公开了一种干式脱硫塔,其工作原理是在封闭体系内,采用循环流动的脱硫方式进行脱硫,进一步改善了脱硫效果。上述装置虽然具有一定的脱硫效果,但在实际使用时,对烟气中硫化物的去除效果仍是有限,因此,限制了装置的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于轴向吸收扩散的废气脱硫装置、废气脱硫方法和用于所述废气脱硫装置的控制系统,本发明提供的废气脱硫装置基于轴向吸附扩散的原理,使气体通过脱硫床,提高了废气脱硫效果。

为实现上述目的,本发明提供了如下技术方案:

本发明提供了一种基于轴向吸收扩散的废气脱硫装置,包括依次连接的进气管道(1)、脱硫组件(2)和排气管道(5);

所述脱硫组件(2)包括若干串联的脱硫模块(3),所述脱硫模块(3)为腔体结构,所述腔体结构设置有进气口(3-1)和出气口(3-2),所述进气口(3-1)设置在腔体侧壁(3-3)的中心位置;所述脱硫模块的腔体内部设置双层脱硫床(3-4a和3-4b),两个脱硫床在水平方向平行,远离进气口(3-1)的一端通过连接板(3-5)连接,两个脱硫床之间的空腔与进气口(3-1)相通;

所述连接板(3-5)与脱硫模块的腔体的底壁(4)平行,且连接板(3-5)的四个顶角有缺口;

所述连接板(3-5)与脱硫模块腔体的底壁(4)之间的空腔为气体通道,所述气体通道的一端设置有出气口(3-2);

所述脱硫模块(3)的出气口(3-1)与相邻脱硫模块的进气口连通;

所述脱硫组件(2)与伴热系统连接(7);

所述排气管道(5)设置有风机装置(6)。

优选的,所述脱硫模块的个数为2~10。

优选的,所述脱硫组件中,任一脱硫模块的进气口和相邻脱硫模块的出气口位于同侧,且任一脱硫模块的出气口与下一脱硫模块的进气口连通。

本发明提供了一种废气脱硫方法,利用上述技术方案所述的基于轴向吸收扩散的废气脱硫装置对废气进行脱硫处理,包括以下步骤:

启动伴热系统和风机装置,待废气脱硫装置内部温度达到设定温度后,通过进气管道通入废气;

所述废气经脱硫模块进气口进入两脱硫床之间的空腔,扩散并穿过脱硫床,进入脱硫床与腔体的侧壁之间的水平气体通道,然后由脱硫模块中连接板的四个缺口排出,再通过脱硫模块的出气口进入下一脱硫模块,重复进行脱硫反应;

反应后气体经排气管道排出废气脱硫装置。

优选的,脱硫过程中,所述废气脱硫装置内部的温度为200~500℃。

优选的,所述脱硫床中填充有脱硫试剂,所述脱硫试剂包括氢氧化钙、氧化铝和高锰酸钾中的一种或几种。

本发明另提供了一种用于上述技术方案所述的基于轴向吸收扩散的废气脱硫装置的控制系统,包括控制装置和监测装置;

所述控制装置的输入端与所述监测装置的输出端连接;所述控制装置的输出端与报警装置、风机装置和伴热系统连接;

所述监测装置的输入端与废气脱硫装置连接。

优选的,所述监测装置包括气体组分传感器、压力传感器和温度传感器;

所述气体组分传感器设置在废气脱硫装置排气管道的内部;

所述压力传感器设置在靠近脱硫模块进气口或出气口的空腔内;

所述温度传感器设置在脱硫床内。

本发明提供了上述技术方案所述控制系统的运行方法,包括:

将所述监测装置采集的实时数据传输到控制装置中,得到监测数据,所述监测数据包括温度参数、压差参数、二氧化碳含量参数、二氧化硫含量参数、运行时间参数和风机转速参数;

将所述监测数据与控制装置中设定的参照数据进行对比,判断脱硫组件的运行状况,根据判断结果输出控制指令。

优选的,以任意一个脱硫模块为例,所述判断的方法为:

当n(SO2)/n(CO2)≤f(a)时,脱硫模块运行正常,进入下一脱硫模块的检测;所述n(SO2)/n(CO2)表示脱硫组件排气管道处监测的排出气体中SO2与CO2的含量比;

当n(SO2)/n(CO2)>f(a)时,脱硫模块运行为非正常状态,进入压力参数判断环节;

当△P1≤△P11时,脱硫模块运行正常,进入运行时间参数判断环节;当△P1>△P11时,脱硫模块运行为非正常状态,发出调整风机转速的指令;所述△P1表示脱硫模块出气口与进气口的压差;所述△P11表示脱硫模块的限定压差;

当t1≤t11时,脱硫模块运行正常,进入下一脱硫模块的检测;

当t1>t11时,脱硫模块运行为非正常状态,启动报警系统。

本发明将两个脱硫床平行设置,并使两脱硫床之间的空腔与脱硫模块的进气口相通,可在两个脱硫床之间的空腔形成气体通道;本发明设置的脱硫床允许气体扩散,气体通过脱硫床后,进入脱硫床与脱硫模块侧壁形成的水平气体通道中,然后由连接板四个缺角排出,进入到连接板与腔体侧壁形成的气体通道中,最终从脱硫模块的出气口排出,进入到下一脱硫模块中,形成了基于轴向吸收扩散的废气脱硫装置,该装置使废气在脱硫装置中的运行路径达到最大化,废气与脱硫试剂充分接触,从而达到提高脱硫效率的目的;而多个脱硫模块串联使用,能进一步提高脱硫效率,最终实现了对废气中硫化物、PM及其他杂质的高效去除。

本发明提供的废气脱硫方法简单,脱硫效率高,能对船舶废气进行高效处理。

本发明还提供了一种控制系统,利用该控制系统可实现对上述废气脱硫装置的实时监测,便于维护,确保脱硫装置的正常运行。

本发明提供了上述控制系统的运行方法,利用所述运行方法能够对废气脱硫装置的运行状况进行准确判断。

附图说明

图1为本发明提供的一个废气脱硫装置的整体结构图;

图2为本发明提供的废气脱硫装置的拆解图;

图3为本发明提供的废气脱硫装置中脱硫模块的结构示意图;

图4为本发明共的废气脱硫装置的控制系统连接示意图;

图5为本发明提供的废气脱硫装置控制系统的运行逻辑图;

图6为利用本发明实施例提供的废气脱硫装置处理废气的变工况脱除效果图;

其中,1为进气管道,2为脱硫组件,3为脱硫模块,4为腔体的底壁,5为排气管道,6为风机装置,7为伴热系统,8为控制装置,3-1为进气口,3-2为出气口,3-3为腔体的前壁,3-4a和3-4b为脱硫床,3-5为连接板,a、b、c和d为连接板的四个缺口,7'加热件,9-1为气体组分传感器,9-2为压力传感器,9-3为温度传感器。

具体实施方式

本发明提供了一种基于轴向吸收扩散的废气脱硫装置,如图1~3所示,包括依次连接的进气管道1、脱硫组件2和排气管道5;

所述脱硫组件2包括若干串联的脱硫模块3,所述脱硫模块3可拆卸。

在本发明中,所述脱硫模块3为腔体结构,所述腔体结构设置有进气口3-1和出气口3-2,所述进气口3-1设置在腔体的前壁3-3的中心位置;所述脱硫模块3的腔体内部设置双层脱硫床,分别为3-4a和3-4b,两个脱硫床在水平方向平行,远离进气口3-1的一端通过连接板3-5连接,两个脱硫床之间的空腔与进气口3-1相通;

所述连接板3-5与脱硫模块腔体的底壁4平行,且连接板3-5的四个顶角有缺口,分别为a、b、c和d;

所述连接板3-5与脱硫模块腔体的底壁4之间的空腔为气体通道,所述气体通道的一端设置有出气口3-2;

所述脱硫模块3的出气口3-2与相邻脱硫模块的进气口连通;

所述脱硫组件2与伴热系统7连接;

所述排气管道5设置有风机装置8。

如图1所示,本发明所述废气脱硫装置包括进气管道1,所述进气管道1与脱硫模块3的进气口连通。在本发明中,所述进气管道优选为L型,所述进气管道1的一端口与废气源装置连通,另一端口与脱硫组件2的进气口连通。在本发明中,所述进气管道1优选通过焊接的方式与脱硫模块连接。在本发明具体实施例中,与进气管道相连的脱硫模块的连接面优选设置有凸台M,以增加脱硫反应时间并便于密封。

本发明提供的废气脱硫装置包括脱硫组件2,如图2所示,图2为脱硫装置的拆解图,脱硫组件中的各个脱硫模块可抽离出来,以便于维护或更换脱硫试剂。

在本发明中,所述脱硫组件2包括若干串联的脱硫模块3,任一脱硫模块的进气口和相邻脱硫模块的出气口位于同侧,且任一脱硫模块的出气口与下一脱硫模块的进气口连通。在本发明中,所述脱硫模块的数目优选为2~10,更优选为3~8,再优选为4~5。在本发明中,所述脱硫组件中最后一个脱硫模块,与排气管道连接的面优选设置有凸台N,以进一步增加脱硫组件的密封性。

作为本发明的一个实施例,如图2所示,所述脱硫模块的数目为4,具体的,与进气管道连接的为第一脱硫模块,顺次连接的分别为第二脱硫模块、第三脱硫模块和第四脱硫模块;所述第一脱硫模块的出气口与第二脱硫模块的进气口位于同侧,且相通,依次类推,第四脱硫模块的出气口与出气管道连接。本发明将脱硫模块设置为串联的形式,当其中之一的脱硫模块失效后,其余脱硫模块可正常工作,不会对整个脱硫装置的脱硫效率产生较大影响,提高了废气脱硫装置的实用性能。

为便于描述,本发明将脱硫模块的各个面进行如下定义,如图2所示,与进气管道连接的面(图中以斜线标记的面)为前,对应的腔体壁为前壁3-3;相对面对应的腔体壁为底壁4,其余面为腔体的侧壁。沿着垂直于前壁和底壁的方向,纵向均分脱硫模块,得到脱硫模块的纵向剖视图,如图3所示。图3中,上图为脱硫模块的内部结构示意图,带有箭头的两条曲线表示废气的流通路径,斜线标记的区域表示填充的脱硫试剂,虚线表示板材为多孔板,实线则表示板材为密封板;下图为脱硫模块的分解图。

本发明所述脱硫模块3为腔体结构,优选为立方体形的腔体结构;所述腔体结构设置有进气口3-1和出气口3-2,所述进气口3-1设置在腔体的前壁3-3的中心位置(对应分解图中3-3的圆形)。本发明对所述进气口的形状无特殊要求,可以为圆形、方形或长方形,优选为圆形。

在本发明中,所述脱硫模块3的内部设置双层脱硫床,分别为3-4a和3-4b,两个脱硫床在水平方向平行,远离进气口3-1的一端通过连接板3-5连接,两个脱硫床之间的空腔与进气口3-1相通。在本发明中,所述脱硫床横向隔板优选为多孔板(图中以虚线表示),所述多孔板的孔径优选为脱硫试剂颗粒粒径的50~95%,更优选为60~80%,以确保脱硫试剂不泄漏,同时使气体可以通过。本发明所述多孔板的孔隙率或通流面积比优选为0.5~0.9,更优选为0.7~0.8。

本发明对两个脱硫床之间的间隔距离没有特殊要求,优选根据废气处理量和脱硫模块的总体积进行设置。

在本发明中,所述连接板3-5与脱硫模块腔体的底壁4平行,且连接板3-5的四个顶角有缺口(分别为a、b、c和d)。在本发明中,所述缺口的形状优选为正方形,所述正方形面积优选为排气管截面积的25~35%,更优选为28~32%。本发明在所述连接板3-5的四个顶角处设置缺口,配合脱硫模块的进气口、脱硫模块内气体通道的设置,形成环形扰流的运行模式,扩大了气体在脱硫模块中的流通路径,提高了脱硫效率。

在本发明中,所述脱硫模块腔体的底壁4优选与腔体通过螺栓固定,以使底壁4为可拆卸部件,便于脱硫模块或脱硫模块中脱硫试剂的更换。更换时,本发明优选通过导流管进行更换。本发明对所述导流管的使用方式没有特殊要求,采用本领域技术人员熟知的方式即可。

在本发明中,所述连接板3-5和脱硫模块腔体的底壁4之间形成气体通道,本发明对所述气体通道的宽度没有特殊要求,具体可以等于排气管直径。在本发明中,所述气体通道的一端设置有出气口3-2,所述出气口3-2与相邻脱硫模块的进气口连通。

在本发明中,如图1所示,所述脱硫组件2与伴热系统7连接。图1中,脱硫组件2与伴热系统7之间的连接线表示伴热系统7与脱硫组件2相连,当脱硫组件2中有多个脱硫模块3时,伴热系统7与脱硫组件2中的各个脱硫模块连接。在本发明中,所述伴热系统7优选设置有多个加热件7',所述加热件7'优选与各个脱硫模块中的脱硫床连接,以实现对各个脱硫模块温度的独立控制。在本发明中,所述伴热系统优选有温度控制功能,以实现对脱硫床温度的精准控制。

本发明所述脱硫装置包括排气管道5,所述排气管道的形状和连接方式优选与进气管道的形状与连接方式一致;所述排气管道5设置有风机装置6;所述风机装置6优选设置有变频器,以用于调节脱硫装置内部的气体流动速度,达到调节风速的目的。本发明通过风机装置6调节干式脱硫装置产生的压差,弥补压差损失,避免压差影响脱硫效率,同时还能减少对柴油机动力性能的影响。

本发明还提供了一种废气脱硫方法,利用上述技术方案所述的基于轴向吸收扩散的废气脱硫装置对废气进行脱硫处理,包括以下步骤:

启动伴热系统和风机装置,待废气脱硫装置内部温度达到设定温度后,通过进气管道通入废气;

所述废气经脱硫模块进气口进入两脱硫床之间的空腔,扩散并穿过脱硫床,进入脱硫床与腔体的侧壁之间的水平气体通道,然后由脱硫模块中连接板的四个缺口排出,再通过脱硫模块的出气口进入下一脱硫模块,重复进行脱硫反应;

反应后气体经排气管道排出废气脱硫装置。

本发明先启动伴热系统和风机装置,待废气脱硫装置内部温度达到设定温度后,通过进气管道通入废气。在本发明中,所述废气脱硫装置内部温度优选设置为200~500℃,更优选为300~450℃。

在本发明中,所述废气通过废气管道进入脱硫组件的第一脱硫模块中,具体流动过程为:废气经脱硫模块的进气口进入两脱硫床之间的空腔,扩散并穿过脱硫床,进入脱硫床与腔体的侧壁之间的水平气体通道,然后由脱硫模块中连接板的四个缺口排出,再通过脱硫模块的出气口进入下一脱硫模块,重复进行脱硫反应;废气的运行路径在图3中以带箭头的曲线表示;反应后的气体经排气管道排出废气脱硫装置。

在本发明中,所述脱硫床中填充有脱硫试剂,所述脱硫试剂优选包括氢氧化钙。本发明对所述氢氧化钙的用量比没有特殊要求,根据脱硫模块尺寸,将脱硫床填充满即可。在本发明中,所述脱硫试剂优选为颗粒物料,所述颗粒物料的粒径以能稳定存放于脱硫床中即可,具体如3~5mm。

需要说明的是,采用本发明所述废气脱硫装置进行废气处理过程中,伴热系统根据脱硫组件内的温度确定是否启动,风机装置在整个脱硫过程中处于运行状态,风机转速可根据废气脱硫装置的运行情况,通过变频器进行调整。

本发明还提供了一种用于上述技术方案所述的基于轴向吸收扩散的废气脱硫装置的控制系统,如图4所示,所述控制系统包括控制装置8和监测装置;

所述控制装置的输入端与所述监测装置的输出端连接;所述控制装置的输出端与报警装置、风机装置6和伴热系统7连接。

在本发明中,所述控制装置具有输入功能、输出功能、存储功能和对比功能,所述输入功能通过将控制装置的输入端与监测装置的输出端连接实现,用于获取监测装置传输的实时监测数据;所述输出功能通过将控制装置的输出端分别与报警装置、风机装置6和伴热系统7连接实现,用于将对比结果输出至相应的装置,作为报警装置、风机装置或伴热系统运行状况调整的指令。在本发明中,所述存储功能通过在控制装置中设置存储模块实现,用于存储参照数据和实时监测数据;所述对比功能通过在控制装置中设置对比模块实现,用于实现实时监测数据与参照数据的比对,所得对比结果可做为判断废气脱硫装置是否正常运行的依据。

在本发明中,所述监测装置优选具有信号接收功能和输出功能。在本发明中,所述信号接收功能通过感应器实现,用于获取废气脱硫装置运行过程中的实时监测数据;所述信号输出功能通过将监测装置与控制装置连接实现,用于将获取的实时监测数据传输至控制装置,进行与参照数据的对比。

在本发明中,所述监测装置优选包括气体组分传感器9-1、压力传感器9-2和温度传感器9-3。

在本发明中,所述气体组分传感器9-1优选设置在废气脱硫装置排气管道5的内部,并加装高温氧化保护,工作温度不低于200℃。本发明优选将气体组分传感器进行上述设置,能对通过排气管道的废气中待测组分的含量进行准确测量。

在本发明中,所述气体组分传感器9-1优选包括二氧化硫传感器和二氧化碳传感器,所述二氧化硫传感器和二氧化碳传感器优选独立设置;所述二氧化硫传感器和二氧化碳传感器通过感应得到排气管道内的二氧化碳含量参数和二氧化硫含量参数。

在本发明中,所述压力传感器9-2优选设置在靠近脱硫模块进气口和出气口的空腔内,进气口的压力传感器和出气口的压力传感器独立设置,通过压力感应得到进气口压强和出气口压强,二者传输到控制装置,得到压差参数。

在本发明中,所述温度传感器9-3优选设置在脱硫床层中,以能测量脱硫反应体系的温度为宜;所述温度传感器设置在脱硫床层内,与脱硫试剂接触,测得脱硫反应体系的温度参数。

在本发明中,控制装置8、监测装置、风机装置5和伴热系统7之间通过导线连接。

在本发明中,除上述说明外,控制系统中各装置的连接方式按照本领域技术人员熟知的方式连接即可。

本发明提供上述技术方案所述控制系统的运行方法,包括:

将所述监测装置采集的实时数据传输到控制装置中,得到监测数据,所述监测数据包括温度参数、压差参数、二氧化碳含量参数、二氧化硫含量参数和运行时间参数;

将所述监测数据与控制装置中设定的参照数据进行对比,判断脱硫组件的运行状况,根据判断结果输出控制指令。

本发明将所述监测装置采集的实时数据传输到控制装置中,得到监测数据,所述监测数据包括温度参数、压差参数、二氧化碳含量参数、二氧化硫含量参数和运行时间参数。本发明对所述实时数据的传输方式没有特殊要求,采用本领域技术人员熟知的方式传输即可。

在本发明中,所述监测装置优选包括温度传感器、压力传感器和组分传感器,所述压力传感器设置在每个脱硫模块进气前和出气后的位置,能够得到废气进入脱硫模块前后的压力值,并计算得到压差参数。在本发明中,将温度传感器、压力传感器视为不同类的监测装置,相邻两脱硫模块之间优选设置一个监测装置/类,该监测装置测试结果作为前一脱硫模块出气后的监测数据,同时也作为后一脱硫模块进气前的监测数据。在本发明中,所述监测数据符号优选按照参照数据的方式定义,例如,压力参数以△Pn表示,n表示第n个脱硫模块的,具体的,当脱硫模块的数目为4时,各个脱硫模块的压差参数分别以△P1、△P2、△P3和△P4表示。

得到监测数据后,本发明将所述监测数据与控制装置中设定的参照数据进行对比,判断脱硫组件的运行状况,根据判断结构输出控制指令。在本发明中,所述参照数据优选包括燃油硫含量限制标准对应的SO2/CO2比值,以f(α)表示;每个脱硫模块的限定压差、限定温度和限定运行时间。在本发明中,所述参照数据中,f(α)设置为一个,其余参照数据优选根据脱硫模块的数目设置对应数目的参照数据。

具体的如,当脱硫模块的数目为2时,需要分别设置第一块脱硫模块的限定压差和第二块脱硫模块的限定压差,其余参数以此类推。以限定压差为例,本发明设置参照数据时,优选以△P1n表示脱硫模块的限定压差,n表示脱硫模块的序号,例如第一个脱硫模块的限定压差以△P11表示,第二个脱硫模块的限定压差以△P12表示,以此类推;所述参照数据中的限定温度优选以△T1n表示,所述参照数据中的限定运行时间以△t1n表示,n表示第n个脱硫模块。在本发明中,所述参照数据优选根据台架试验得到。

在本发明中,所述脱硫组件的运行状况的优选根据各个脱硫模块的运行状况进行判断,所述脱硫模块的运行状况的判断方法优选依次按照气体组分含量、压差参数和运行时间参数的顺序进行判断,具体判断方法如图4所示。

以任意一个脱硫模块为例,所述判断方法为:

当n(SO2)/n(CO2)≤f(a)时,脱硫模块运行正常,进入下一脱硫模块的检测;所述n(SO2)/n(CO2)表示脱硫组件排气管道处监测的排出气体中二氧化硫和二氧化碳的含量比;所述f(a)的含义优选与上述技术方案定义的f(a)的含义一致。

当n(SO2)/n(CO2)>f(a)时,脱硫模块运行为非正常状态,进入压差参数判断环节;

当△P1≤△P11时,脱硫模块运行正常,进入运行时间参数判断环节;当△P1>△P11时,脱硫模块运行为非正常状态,控制系统发出调整风机转速的指令;

当t1≤t11时,脱硫模块运行正常,进入下一脱硫模块的检测;当下一脱硫模块为最后一个模块时,废气正常排出。

当t1>t11时,脱硫模块运行为非正常状态,控制系统启动报警系统。

在本发明中,当控制系统启动报警装置时,需停止进气,更换脱硫模块或脱硫试剂,待消除警报,脱硫装置重新运行正常时,持续通入废气,进行脱硫处理。

本发明优选采用上述控制系统对废气脱硫装置进行自动化控制,以实现对废气脱硫装置安全运行的实时监控,改善脱硫装置在不同应用领域的适用性。

为了进一步说明本发明,下面结合附图和实施例对本发明提供的一种基于轴向吸收扩散的废气脱硫装置、废气脱硫方法和用于所述废气脱硫装置的控制系统进行详细地描述,但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

为验证本发明提供的废气脱硫装置的脱硫效果,以1个脱硫模块为例进行试验,脱硫试剂采用粒径为3~5mm的氢氧化钙,安装好废气脱硫装置,将废气脱硫装置与废气源装置连接,启动伴热系统和风机装置,待脱硫组件中的温度达到脱硫反应所需温度后,通入废气,进行脱硫反应。

废气脱硫装置的尺寸参数及运行参数见表1。

表1实施例1废气脱硫装置的尺寸参数及运行参数

尺寸及运行参数 实施例1 脱硫模块长*宽*高(cm) 700×700×600 脱硫床长*宽*高(cm) 600×600×594 脱硫床层温度(℃) 200~500 脱硫模块数量(个) 1 废气流量(Nm<sup>3</sup>/h) 700 废气硫含量(ppm) 700

利用上述废气脱硫装置对某型柴油机排放的废气进行处理,处理结果见图6;当柴油机负荷变化时,废气中SO2浓度低于6.0pmm,SO2/CO2比值小于1.0,远低于IMO硫排放控制区排放标准。由图6可知,本方案提供的废气脱硫装置的脱硫效率高,达到99%,排放气体达到IMO排放控制区硫排放控制要求。此外,该系统还可以脱除废气80%颗粒物。

实施例1中脱硫模块为1块,增加脱硫模块,废气的脱硫效率会增加,而且脱硫模块的尺寸大小及数目,可根据废气生成量、所用燃料油中的S含量进行调整,增加了废气脱硫装置的灵活性。

由以上实施例可知,本发明提供的废气脱硫装置具有如下优势:

本发明提供的脱硫装置中的脱硫模块采用串联的方式分层设计,每个模块可以单独维护更换,废气在各层之间采用环流扰动的方式脱硫。对比于常规的干式脱硫塔,达到相同的脱硫效率,节省了系统的占地面积,提高了系统的紧凑性;在相同的占地面积下,脱硫效率更高。调节脱硫模块的层数后,可以灵活应用于不同功率、转速的船用柴油机。

本发明采用轴向扩散吸收脱硫模块。废气流入每层脱硫模块时,首先充满装填脱硫试剂模块的中心气体通道,再沿脱硫床的多孔板扩散进入脱硫床中,并与放置在脱硫床中的脱硫试剂发生吸附及化学吸收作用,脱除废气中部分SO2、PM等污染物。废气轴向扩散的吸收方式,达到了在紧凑的空间内,废气与吸收剂的接触面积加大,反应时间延长,改善脱硫效率高的目的。

本发明提供的废气脱硫装置的脱硫模块可更换或者维护。控制系统采用多参数监测脱硫装置的实时运行状况,并根据废气出口SO2/CO2的含量比、每层的压差大小和每层的脱硫模块的运行的时间决定是否更换或者维护脱硫模块,保证脱硫组件的高效、安全的运行。

本发明提供的废气脱硫装置中的伴热系统能及时有效的加热脱硫模块的床层温度,弥补了部分二冲程柴油机废气温度太低,不能满足脱硫正常工作的温度范围要求,且脱硫后的废气温度还很高,可与废气脱硝系统高效联合应用。

本发明提供的废气脱硫装置还与压力风机联合使用。压力风机能有效的调节脱硫系统所带来的压降,弥补这一部分压降损失,保证发动机的动力性。

尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述,但它仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部实施例,人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例,这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (10)

1.一种基于轴向吸收扩散的废气脱硫装置,包括依次连接的进气管道(1)、脱硫组件(2)和排气管道(5);
所述脱硫组件(2)包括若干串联的脱硫模块(3),所述脱硫模块(3)为腔体结构,所述腔体结构设置有进气口(3-1)和出气口(3-2),所述进气口(3-1)设置在腔体的前壁(3-3)的中心位置;所述脱硫模块的腔体内部设置双层脱硫床(3-4a和3-4b),两个脱硫床在水平方向平行,远离进气口(3-1)的一端通过连接板(3-5)连接,两个脱硫床之间的空腔与进气口(3-1)相通;
所述连接板(3-5)与脱硫模块腔体的底壁(4)平行,且连接板(3-5)的四个顶角有缺口;
所述连接板(3-5)与脱硫模块腔体的底壁(4)之间的空腔为气体通道,所述气体通道的一端设置有出气口(3-2);
所述脱硫模块(3)的出气口(3-1)与相邻脱硫模块的进气口连通;
所述脱硫组件(2)与伴热系统(7)连接;
所述排气管道(5)设置有风机装置(6)。
2.如权利要求1所述的废气脱硫装置,其特征在于,所述脱硫模块的个数为2~10。
3.如权利要求1或2所述的废气脱硫装置,其特征在于,所述脱硫组件中,任一脱硫模块的进气口和相邻脱硫模块的出气口位于同侧,且任一脱硫模块的出气口与下一脱硫模块的进气口连通。
4.一种废气脱硫方法,其特征在于,利用权利要求1~3任一项所述的基于轴向吸收扩散的废气脱硫装置对废气进行脱硫处理,包括以下步骤:
启动伴热系统和风机装置,待废气脱硫装置内部温度达到设定温度后,通过进气管道通入废气;
所述废气经脱硫模块进气口进入两脱硫床之间的空腔,扩散并穿过脱硫床,进入脱硫床与腔体的侧壁之间的水平气体通道,然后由脱硫模块中连接板的四个缺口排出,再通过脱硫模块的出气口进入下一脱硫模块,重复进行脱硫反应;
反应后气体经排气管道排出废气脱硫装置。
5.如权利要求4所述的废气脱硫方法,其特征在于,脱硫过程中,所述废气脱硫装置内部的温度为200~500℃。
6.如权利要求4或5所述的废气脱硫方法,其特征在于,所述脱硫床中填充有脱硫试剂,所述脱硫试剂包括氢氧化钙。
7.一种用于权利要求1~3任一项所述的基于轴向吸收扩散的废气脱硫装置的控制系统,包括控制装置和监测装置;
所述控制装置的输入端与所述监测装置的输出端连接;所述控制装置的输出端与报警装置以及所述废气脱硫装置的风机装置和伴热系统连接。
8.如权利要求7所述的控制系统,其特征在于,所述监测装置包括气体组分传感器、压力传感器和温度传感器;
所述气体组分传感器设置在废气脱硫装置排气管道的内部;
所述压力传感器设置在靠近脱硫模块进气口或出气口的空腔内;
所述温度传感器设置在脱硫床内。
9.一种用于权利要求7或8所述的控制系统的运行方法,包括:
将所述监测装置采集的实时数据传输到控制装置中,得到监测数据;所述监测数据包括温度参数、压差参数、二氧化碳含量参数、二氧化硫含量参数和运行时间参数;
将所述监测数据与控制装置中设定的参照数据进行对比,判断脱硫组件的运行状况,根据判断结果输出控制指令。
10.如权利要求9所述的控制方法,其特征在于,以任意一个脱硫模块为例,所述判断的方法为:
当n(SO2)/n(CO2)≤f(a)时,脱硫模块运行正常,进入下一脱硫模块的检测;所述n(SO2)/n(CO2)表示脱硫组件排气管道处监测的排出气体中SO2与CO2的含量比;
当n(SO2)/n(CO2)>f(a)时,脱硫模块运行为非正常状态,进入压力参数判断环节;
当△P1≤△P11时,脱硫模块运行正常,进入运行时间参数判断环节;当△P1>△P11时,脱硫模块运行为非正常状态,发出调整风机转速的指令;所述△P1表示脱硫模块出气口与进气口的压差;所述△P11表示脱硫模块的限定压差;
当t1≤t11时,脱硫模块运行正常,进入下一脱硫模块的检测;
当t1>t11时,脱硫模块运行为非正常状态,启动报警系统。
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