CN110013766A - 船舶废气一体化处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供船舶废气一体化处理装置，包括废气三通阀、通气三通阀、WHR系统、污染物吸附装置、洗涤塔、空气瓶，船舶柴油机的废气连通废气三通阀的入口，废气三通阀的第一出口连通排放管，废气三通阀的第二出口连通通气三通阀的入口，通气三通阀的第一出口连通解吸腔的高温度废气入口，解吸腔的气体从高浓度污染物废气出口排出至洗涤塔内，通气三通阀的第二出口经WHR系统连通吸附腔的低温废气入口，空气瓶的第一出口连接洗涤塔内的NO氧化装置，空气瓶的第二出口连接吸附腔的压缩空气入口，吸附腔的气体通过干净废气出口连通排放管。本发明解决了传统船舶一体化技术存在脱除效率低、二次污染严重、运行维护困难等问题。

Description

船舶废气一体化处理装置
技术领域
本发明涉及的是一种废气后处理装置，具体地说是船舶柴油机废气后处理装置。
背景技术
由于柴油机具有单机功率大、效率高、二氧化碳比排放量低等优点，因此柴油机被广泛地作为船舶发动机。由于船舶柴油机燃用高硫劣质燃油，因此废气中含有大量的NO和SO2，这两种物质为有害的气体污染物，会严重影响自然环境和人体健康，各国环保部门和相关环保组织对NO和SO2的排放有着严格的限制标准，很多科研机构致力于船舶废气洁净排放的研究。
船舶废气中的NO极难溶于水，因此采用普通的湿法一体化脱除存在很大的困难，目前成熟的排放控制技术主要是选择性催化还原技术(SCR)联合脱硫洗涤塔(SCRUBBER)，该技术占地面积大、初投资成本高、维护难度较大，因此有必要开发一套船舶废气一体化脱除装置。国内外很多科研机构致力于船舶废气一体化脱除的相关研究，但是均存在很大的问题。
申请号为201310610594.3的专利《一种海水和生物法废气脱硫脱硝一体化装置》中采用生物还原方法脱除柴油机废气中的NO和SO2，生物法会带来物种入侵等问题，而且生物的菌体会使不同地域的海水产生污染，有可能形成大面积藻类，从而影响船舶的航行安全。次专利中的装置有多个反应腔室，使废气形成很大的压降，影响柴油机的性能。
申请号为201410756640.5的专利《一种船舶内燃机废气脱硫脱硝方法》，该发明中存在两个主要的脱除装置，占地面积较大。该发明的脱除原理是将废气中的NO转化为NO3-，国际海事组织(IMO)对于排入大海洗涤废水中的NO3-有明确的限制标准，因此会产生二次污染。
发明内容
本发明的目的在于提供克服现有技术脱除效率低、二次污染严重、运行维护困难等缺点的船舶废气一体化处理装置。
本发明的目的是这样实现的：
本发明船舶废气一体化处理装置，其特征是：包括废气三通阀、通气三通阀、WHR系统、污染物吸附装置、洗涤塔、空气瓶，船舶柴油机的废气连通废气三通阀的入口，废气三通阀的第一出口连通排放管，废气三通阀的第二出口连通通气三通阀的入口，通气三通阀的第一出口连通污染物吸附装置解吸腔的高温度废气入口，解吸腔的气体从高浓度污染物废气出口排出至洗涤塔内，通气三通阀的第二出口经WHR系统连通污染物吸附装置吸附腔的低温废气入口，空气瓶的第一出口连接洗涤塔内的NO氧化装置，空气瓶的第二出口连接污染物吸附装置吸附腔的压缩空气入口，吸附腔的气体通过干净废气出口连通排放管。
本发明还可以包括：
1、还包括脱硫废液缓冲柜、NaOH溶液储存柜、Na2SO3溶液储存柜，洗涤塔内层里设置填料层，填料层上方设置还原喷嘴，洗涤塔外层设置脱硫喷嘴，Na2SO3溶液储存柜和脱硫废液缓冲柜连通还原喷嘴，NaOH溶液储存柜连通脱硫喷嘴；还原喷嘴上方设置除雾器，除雾器上方的出口连通排放管，NO氧化装置下方的出口连通废水监测装置，废水监测装置分别连通脱硫废液缓冲柜和外界，脱硫喷嘴下方的洗涤塔外层连通脱硫废液缓冲柜。
2、污染物吸附装置的解吸腔和吸附腔之间通过隔热层隔开，解吸腔和吸附腔均设置吸附剂，解吸腔和吸附腔里的吸附剂可沿隔热层进行180度旋转实现对调。
3、NO氧化装置里安装紫外线发生器，NO氧化装置上部分设置废气出口，废气出口朝斜下方开设。
本发明的优势在于：
(1)本发明的脱除技术只用一个洗涤塔，系统的结构设计简单，占地面积小，附属设备少。
(2)本发明采用旋转式污染物吸附装置，能够合理地利用柴油机产生废气的能量，高效地实现污染物中NO和SO2的吸附和解吸。
(3)本发明的洗涤塔采用多层喷淋的双层结构在外层进行高浓度SO2的脱除，并对解吸的高温废气充分降温，保证SO2和NaOH溶液的高效反应。
(4)本发明的NO氧化腔室采用紫外线对解析出来的高浓度的NO进行氧化，其氧化速率很高。
(5)本发明的氧化腔室透气帽的废气出口朝下，有效地避免了洗涤水进入氧化腔室，同时很好地保护了紫外线灯，延长了其工作时间。
(6)本发明的一体化装置中不含有水处理模块，节约了大量的有效机舱空间，同时省掉了繁琐的水处理管路布置。
(7)本发明合理地利用了脱硫产生的Na2SO3废液，节省了系统运行的成本。
(8)由于解吸的速率远高于吸附的速率，本发明的紫外线灯高功率和低功率交替工作，极大地降低了系统的能耗。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为污染物吸附装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1-2，本发明主要包括污染物吸附装置5、余热回收系统(WHR)4、洗涤塔6、空气瓶15和NO氧化装置11。利用污染物吸附装置5对废气中的NO和SO2进行富集，吸附剂包括分子筛、Al2O3等能够对NO和SO2进行吸附的物质。利用Na2SO3溶液和脱硫产生的洗涤废液共同作为脱硝的洗涤液，实现了变废为宝。利用间歇性工作的紫外线和空气瓶供给的空气对NO进行氧化，氧化速率较高。利用余热回收系统(WHR)将废气温度降低，利用吸附剂将NO和SO2富集，轮流吸附、再生，利用高温废气直接解吸，在吸附和解吸过程中不需要其他辅助设备。洗涤塔为双层设计，外层进行废气脱硫，内层进行废气脱硝，外层和内层的洗涤液分开排放，外层的洗涤液排至脱硫废液缓冲柜，内层的洗涤液如水质合格直接排入大海。NO氧化装置上方的废气出口朝斜下方开设，有效避免了洗涤废水进入NO氧化区。
污染物吸附装置主要包括高温废气入口21、低温废气入口22、高浓度污染物废气出口24、干净废气出口25、压缩空气入口27、隔热层23以及吸附剂26。该装置对低温废气中的污染物进行吸附，吸附饱和之后吸附装置转动180°，利用高温废气对吸附饱和的吸附剂进行解吸，同时压缩空气对解吸之后的吸附剂进行吹扫，完成对吸附剂表面的清洁和降温。
当船舶柴油机1排出的废气不需要处理时或者废气处理装置出现故障时，废气直接通过废气三通阀2排入大气。系统正常运行时，柴油机的废气经过三通阀3进入WHR系统4中，在WHR系统4中柴油机排出的废气温度被有效降低，低温烟气进入污染物吸附装置5，废气中的NO和SO2被有效地吸附，洁净的烟气直接排入大气。
当污染物吸附装置吸附的浓度饱和时，吸附装置的吸附剂旋转180°，此时烟气经过三通阀直接进入吸附装置的解吸端，同时在空气瓶15向污染物吸附装置5中通入空气，从而吹扫吸附剂表面的积灰，同时有效降低吸附剂的温度，有利于下次吸附。在高温烟气中的作用下，处于吸附态的NO和SO2以较快的速度解吸，形成NO和SO2浓度很高的废气，高浓度污染物的废气从洗涤塔6的塔顶进入洗涤塔6。
废气进入洗涤塔6之后向下运动，同时洗涤塔外层的脱硫喷嘴向下喷出NaOH溶液，NaOH溶液由NaOH溶液储存柜8提供，烟气中高浓度的SO2与NaOH溶液反应生成Na2SO3，脱硫洗涤液从洗涤塔外层的下方排入脱硫废液缓冲柜7中。
当完成SO2脱的脱除之后，含有高浓度NO的废气从洗涤塔外层的底部进入洗涤塔内部，紫外线发生器12开始工作，同时空气瓶向NO氧化装置11中通入空气，在紫外线的作用下NO被快速氧化为NO2，含NO2废气从NO氧化装置顶部的气孔排出。填料层14上方的喷嘴喷射由Na2SO3溶液储存柜9和脱硫废液缓冲柜提供的Na2SO3溶液，在填料层中Na2SO3溶液将NO2还原为N2，洁净的烟气从洗涤塔的塔顶经过除雾器13排出，脱硝生成Na2SO4溶液，Na2SO4溶液经过废水监测装置排入大海，若废水中的Na2SO3含量太高则被循环至Na2SO3溶液储存柜中，当系统中的液位较低时，淡水补水柜10向系统补充淡水，保证系统的正常运行。
本发明提出的一种船舶废气一体化脱除技术是一种湿法洗涤一体化脱除技术，利用污染物吸附装置将NO和SO2富集，在洗涤塔的外层利用NaOH溶液完成对SO2的吸收，在间歇性工作的紫外线的照射下将高浓度的NO转化为NO2，利用Na2SO3溶液再利用脱硫产生的Na2SO3废液以及补充的Na2SO3溶液完成NO2的吸收，将NO2转变为N2，完成废气的净化，脱硫洗涤过程产生的Na2SO3废液被用作为NO2的吸收液，当脱硫产生的Na2SO3废液浓度不足时，应当从外界额外补充Na2SO3溶液。
本发明提供的船舶废气一体化处理技术的具体实施步骤如下：
(1)从柴油机排出的废气经过废气三通阀分为两路，一路进入废气处理系统。进入废气处理系统的废气经过三通阀，一路进入余热回收系统(WHR)，一路进入污染物吸附装置。污染物吸附装置分为两个腔体，一个为低温的吸附腔，主要吸收进过WHR系统的低温废气中的NO和SO2，另一个为解吸腔，主要是利用高温废气的能量将吸附在污染物吸附剂上的NO和SO2解吸，为防止高温腔和低温腔之间进行热量交换，两个腔室之间用隔热材料隔开。经过低温吸附腔的废气中NO和SO2含量极低，满足IMO排放要求，直接排入大气。当低温腔的吸附度饱和时，吸附剂在动力装置的带动下旋转180°，原来的低温腔转变为高温腔，原来的高温腔转变为低温腔，此时高温废气的能量会将吸附饱和的吸附剂上的NO和SO2解吸。
(2)解吸的废气中含有浓度极高的NO和SO2，含有高浓度NO和SO2的气体从洗涤塔的上方进入洗涤塔，同时洗涤塔外层的喷嘴向下喷淋浓度较高的NaOH溶液，NaOH溶液与SO2气体反应，将其转变为Na2SO3溶液，洗涤塔外层喷淋主要有两个作用：其一吸收SO2气体，其二降低废气温度。外层的洗涤液中含有大量的SO3 2-，洗涤液从外层的下部排至洗涤液缓冲柜中。经过外层洗涤的废气从洗涤塔下部的进入洗涤塔的内部，其气体中SO2的含量极低，NO的含量极高，此时压缩空气通入NO氧化腔室，在紫外线的照射下NO会快速氧化为NO2，NO2气体在洗涤塔的上方与Na2SO3溶液反应，生成Na2SO4和N2，完成废气的净化。用于洗涤的Na2SO3溶液来源于洗涤塔外层的脱硫废液和Na2SO3储存柜储存的Na2SO3溶液。
本发明涉及的主要反应有：
污染物吸附装置:
洗涤塔：
SO2+NaOH→Na2SO3+H2O

Claims (5)

1.船舶废气一体化处理装置，其特征是：包括废气三通阀、通气三通阀、WHR系统、污染物吸附装置、洗涤塔、空气瓶，船舶柴油机的废气连通废气三通阀的入口，废气三通阀的第一出口连通排放管，废气三通阀的第二出口连通通气三通阀的入口，通气三通阀的第一出口连通污染物吸附装置解吸腔的高温度废气入口，解吸腔的气体从高浓度污染物废气出口排出至洗涤塔内，通气三通阀的第二出口经WHR系统连通污染物吸附装置吸附腔的低温废气入口，空气瓶的第一出口连接洗涤塔内的NO氧化装置，空气瓶的第二出口连接污染物吸附装置吸附腔的压缩空气入口，吸附腔的气体通过干净废气出口连通排放管。
2.根据权利要求1所述的船舶废气一体化处理装置，其特征是：还包括脱硫废液缓冲柜、NaOH溶液储存柜、Na2SO3溶液储存柜，洗涤塔内层里设置填料层，填料层上方设置还原喷嘴，洗涤塔外层设置脱硫喷嘴，Na2SO3溶液储存柜和脱硫废液缓冲柜连通还原喷嘴，NaOH溶液储存柜连通脱硫喷嘴；还原喷嘴上方设置除雾器，除雾器上方的出口连通排放管，NO氧化装置下方的出口连通废水监测装置，废水监测装置分别连通脱硫废液缓冲柜和外界，脱硫喷嘴下方的洗涤塔外层连通脱硫废液缓冲柜。
3.根据权利要求1或2所述的船舶废气一体化处理装置，其特征是：污染物吸附装置的解吸腔和吸附腔之间通过隔热层隔开，解吸腔和吸附腔均设置吸附剂，解吸腔和吸附腔里的吸附剂可沿隔热层进行180度旋转实现对调。
4.根据权利要求1或2所述的船舶废气一体化处理装置，其特征是：NO氧化装置里安装紫外线发生器，NO氧化装置上部分设置废气出口，废气出口朝斜下方开设。
5.根据权利要求3所述的船舶废气一体化处理装置，其特征是：NO氧化装置里安装紫外线发生器，NO氧化装置上部分设置废气出口，废气出口朝斜下方开设。
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