CN110237627B - 一种船用柴油机尾气降温除尘装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种船用柴油机尾气降温除尘装置及方法，涉及船用柴油机尾气降温、除尘、净化的技术领域，属节能型，环保型船用柴油机尾气降温除尘处理技术，其技术原理是利用采用旋转床除尘器，流体流动过程中每经过一组动环‑静环就要重新分布一次，相当于旋转床除尘器内多个端效应区的串联，进一步强化了混合及传质过程。同时定‑转子之间的流体受到高度剪切作用，气体中的粉尘被高度分散成微小的液滴，强化了粉尘与水滴之间的混合效果，解决了粒径小于1.0μm的粉尘无法捕集的难题。

Description

一种船用柴油机尾气降温除尘装置及方法
技术领域
本发明属环保领域，尤其涉及船用柴油机尾气降温、除尘、净化的技术领域，具体涉及一种船用柴油机尾气降温除尘装置及方法。
背景技术
船舶柴油机燃烧排放的尾气是固体微粒和气体、液滴所组成的非均匀体系，以颗粒状物质PM、二氧化硫SO2、氮氧化物NO2、一氧化碳CO、碳氢化合物HC为主，一般颗粒状物质PM粒径分布在0.01～1.0μm间，排出温度在230～550℃，排出压力在2500～6000Pa，尾气含尘量在20～100mg/Nm3。
以800吨自卸砂船发动机排出尾气技术参数为例，说明如下表1：
表1：800吨自卸砂船发动机排出尾气技术参数表
序号 项目 数值 单位
1 运输船规格 800吨自卸砂船
2 发动机型号 WD615.C-21
3 发动机排量 9.726 L
4 尾气排放流量 650 g/s
5 排气背压 ≤6 kPa
6 尾气排放温度 ≤550 ℃
7 尾气含尘量 80 mg/Nm<sup>3</sup>
从表1可看出，船舶柴油机燃烧排放的尾气温度高、含微尘高、有害物质高，此尾气已不符合国家环境保护的要求
根据2016年国际海事组织(IMO)统计数据显示，船舶尾气年排放二氧化硫SO2和氮氧化物NO2约占全球排放总量的13%和15%。我国以湖南省为例，长江流域就有5万只船舶，船舶柴油机燃烧排放的尾气量一年大约在10万吨左右。
发明内容
本申请提供一种船用柴油机尾气降温除尘装置及方法，解决现有船用柴油机尾气降温除尘的方法中的设备复杂，烟尘含量高，成本高等技术问题，使船用柴油机尾气达标排放。
本发明采用以下技术方案：
一种船用柴油机尾气降温除尘装置，所述船用柴油机尾气降温除尘装置由潜水泵、旋转床除尘器、吸附罐、油水分离罐、循环水泵和冷却套管组成，所述潜水泵安装船体一侧，潜水泵与旋转床除尘器、冷却套管之间采用伸缩式软管、固定式法兰连接；所述旋转床除尘器安装在采油机烟囱侧面；所述吸附罐内部腔体填充活性炭，吸附罐垂直安装在旋转床除尘器顶部，吸附罐与旋转床除尘器采用管道和法兰口直接连接，所述油水分离罐垂直安装在旋转床除尘器底部，油水分离罐与旋转床除尘器采用管道和法兰口直接连接，所述循环水泵安装在油水分离罐侧面，循环水泵与油水分离罐采用管道和法兰口直接连接，所述冷却套管安装在船用柴油机烟囱出口和旋转床除尘器之间，采用管道和法兰口直接连接。
作为本申请的一种优选技术方案：所述船用柴油机尾气降温除尘装置的降温除尘方法，步骤为：
第一步：自船用柴油机排出的尾气首先进入带冷却套管的管路中，经潜水泵将河水增压后工艺水分成两部分，一部分工艺水进入冷却套管的夹套中，对尾气进行间接冷却，换热后工艺水自流回河水中，而冷却的尾气进入旋转床除尘器气相管口，同时另一部分工艺水作为补充水进入旋转床除尘器液相管口；
第二步：气液在旋转床除尘器进口端直接混合，形成气液混合物进入旋转床除尘器动静结合的腔体内，在动—静转子和高速离心力作用下，粉尘进入液相，气相净化；
第三步：降温、除尘后的尾气自旋转床除尘器顶部排出进入吸附罐利用活性炭吸附除臭净化后达标排空；
第四步：含尘液相从旋转床除尘器底部排出，依靠重力流入油水分离罐中油水分离，分离后工艺水经循环水泵增压后回到旋转床除尘器中循环利用，通过积累含尘浓度高的水从油水分离罐底部排出进入沉降室沉淀淤泥，淤泥外运处理。
作为本申请的一种优选技术方案：所述旋转床除尘器由电机、连轴器、轴承、机械密封圈、壳体、转子、端盖、静环、进料喷管、机架、转轴组成，所述电机与转子之间通过连轴器连接在一起，所述转轴与转子相连；轴承安装在壳体上，所述壳体与端盖组成内部工作腔体；所述壳体与端盖上设有机械密封圈；所述静环与进料喷管安装在端盖上；所述电机与壳体上设有螺栓孔，电机与壳体通过螺栓与机架连接。
作为本申请的一种优选技术方案：所述潜水泵的吸入口处设有过滤器。
作为本申请的一种优选技术方案：所述第一步中自船用柴油机排出的尾气为颗粒状物质PM粒径分布在0.01～1.0μm间，排出温度在230～550℃，排出压力在2500～6000Pa，尾气含尘量在20～100mg/Nm3，经潜水泵将河水增压后工艺水分成两部分一部分0.05～0.2MPa、15～35℃的工艺水进入冷却套管的夹套中，对尾气进行间接冷却，换热后0.05～0.2MPa、20～40℃的工艺水自流回河水中，而冷却的120～350℃尾气进入旋转床除尘器气相管口，同时另一部分0.05～0.2MPa、15～35℃的工艺水作为补充水进入旋转床除尘器液相管口。
有益效果：
本申请所述船用柴油机尾气降温除尘装置及方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1. 除尘净化效率高：传统水洗方法处理后的尾气现如今不能达到国家排放标准，其原因是粉尘分疏水性和亲水性，且粉尘粒径大小与粉尘湿润凝聚关系密切，微小粉尘和水滴在空气中均存在环绕气膜现象，粉尘和水滴在空气中必须冲破环绕气膜才能接触并湿润凝聚，对于传统的水洗方法，当粉尘粒径小于1.0μm时，微小粉尘和水滴不能冲破环绕气膜，很难使粉尘湿润凝聚成团增大，导致粒径小于1.0μm的粉尘无法捕集被带入大气中。
2. 采用旋转床除尘器后，流体流动过程中每经过一组动环-静环就要重新分布一次，相当于旋转床除尘器内多个端效应区的串联，进一步强化了混合及传质过程。同时定-转子之间的流体受到高度剪切作用，气体中的粉尘被高度分散成微小的液滴，强化了粉尘与水滴之间的混合效果，解决了粒径小于1.0μm的粉尘无法捕集的难题。且旋转床除尘器内无填料，其内部结构是定子及转子的层层交错，定子及转子的相对运动线速度在20～40m/s，使得其具有很好的强化传质及微观混合效果的同时，其内部的液体具有强烈的冲刷及自清洗作用，使得转子内部不会产生固体颗粒物阻塞问题。
3. 废气、废水、废固排量小：废气：本发明中旋转床除尘器内出来的20～40℃，排出压力在1000～2000Pa，尾气含尘量在0～5mg/Nm3尾气是不凝气，与船用柴油机排出尾气量相比，减少1/3左右，废气排量小，同时即使需要排出的尾气，也是在降温、活性炭吸附除臭后排空，对环境无一次污染和二次污染，环保；废水：本发明中几乎无废水产生；废固：本发明中尾气中含尘浓浆定期外排，是烟气中固有含尘量，无废固增加量。
4. 尾气降温：本发明中自船用柴油机排出的温度在230～550℃，排出压力在2500～6000Pa，尾气含尘量在20～100mg/Nm3尾气利用河水在冷却套管中间接冷却降温，冷却水温差在～5℃左右，冷却后仍自流回河水中，降低尾气温度的同时，对河水体系无影响。
5. 先冷却尾气，缩小了进入旋转床除尘器的气相体积流量，减小了设备尺寸。
6. 占用空间：采用旋转床除尘器系统，重量轻，例如吸附罐、油水分离罐、循环水泵、冷却套管等都可采用非金属材料，同时旋转床除尘器内件也可采用非金属材料，用电少、占用空间小，以800吨自卸砂船发动机排出尾气处理为例，重量只有≤150kg，实际用电功率≤3.2kW，占地只需要1m长×1m宽×1.6m高的空间。
附图说明
1.图1是本申请的工艺流程图。
2.图2是本申请的旋转床除尘器设备结构示意图。
3.图3是本申请专职于静环设备结构示意图。
附图标记说明：1、潜水泵，2、旋转床除尘器，3、吸附罐，4、油水分离罐，5、循环水泵，6、冷却套管，7、电机，8、连轴器，9、轴承，10、机械密封圈，11、壳体，12、转子，13、端盖，14、静环，15、进料喷管，16、机架，17、转轴。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本申请的具体实施方式作进一步详细的说明。
实施例1
如附图1所示，一种船用柴油机尾气降温除尘装置，所述船用柴油机尾气降温除尘装置由潜水泵1、旋转床除尘器2、吸附罐3、油水分离罐4、循环水泵5和冷却套管6组成，所述潜水泵1安装船体一侧，潜水泵1的吸入口处设有过滤器，潜水泵1与旋转床除尘器2、冷却套管6之间采用伸缩式软管、固定式法兰连接；所述旋转床除尘器2安装在采油机烟囱侧面，如图2、3所示，所述旋转床除尘器2由电机7、连轴器8、轴承9、机械密封圈10、壳体11、转子12 、端盖13、静环14、进料喷管15、机架16、转轴17组成，所述电机7与转子12之间通过连轴器8连接在一起，带动转子12转动；所述转轴17与转子12相连，转轴17作为转子12的旋转支撑零件；轴承9安装在壳体11上，支撑转子12转动；所述壳体11与端盖13组成内部工作腔体；所述壳体11与端盖13上设有机械密封圈10密封内部工作腔体实现设备密封；所述静环14与进料喷管15安装在端盖13上，与转子12一起实现液体分散；所述电机7与壳体11上设有螺栓孔，电机7与壳体11通过螺栓与机架16连接；所述吸附罐3内部腔体填充活性炭，吸附罐3垂直安装在旋转床除尘器2顶部，吸附罐3与旋转床除尘器2采用管道和法兰口直接连接，所述油水分离罐4垂直安装在旋转床除尘器2底部，油水分离罐4与旋转床除尘器2采用管道和法兰口直接连接，所述循环水泵5安装在油水分离罐4侧面，循环水泵5与油水分离罐4采用管道和法兰口直接连接，所述冷却套管6安装在船用柴油机烟囱出口和旋转床除尘器2之间，采用管道和法兰口直接连接。
所述船用柴油机尾气降温除尘装置的降温除尘方法，步骤为：
第一步：自船用柴油机排出的尾气，温度在230～550℃，排出压力在2500～6000Pa，尾气含尘量在20～100mg/Nm3，首先进入带冷却套管6的管路中，经潜水泵1将河水增压后工艺水分成两部分，一部分0.05～0.2MPa、15～35℃的工艺水进入冷却套管6的夹套中，对尾气进行间接冷却，换热后0.05～0.2MPa、20～40℃的工艺水自流回河水中，而冷却的120～350℃尾气进入旋转床除尘器2气相管口，同时另一部分0.05～0.2MPa、15～35℃的工艺水作为补充水进入旋转床除尘器2液相管口；
第二步：气液在旋转床除尘器2进口端直接混合，形成气液混合物进入旋转床除尘器2动静结合的腔体内，在动—静转子和高速离心力作用下，粉尘进入液相，气相净化；
第三步：降温、除尘后的温度在20～40℃，排出压力在1000～2000Pa，尾气含尘量在0～5mg/Nm3尾气自旋转床除尘器2顶部排出进入吸附罐3利用活性炭吸附除臭净化后达标排空；
第四步：含尘液相从旋转床除尘器2底部排出，依靠重力流入油水分离罐4中油水分离，分离后20～40℃工艺水经循环水泵5增压后回到旋转床除尘器2中循环利用，通过积累含尘浓度高的水从油水分离罐4底部排出进入沉降室沉淀淤泥，淤泥5～10天外运处理。
⑴工作原理
船用柴油机尾气沿切线进入旋转床除尘器设备壳体，并由转子外圈向转子中心运动。循环液和补充水、河水由转子中心喷入，在离心力的作用下由转子中心向转子外圈甩出，液相与气相逆流接触，气相中微粒在离心力作用下进入液相，达到脱除微粒的目的。同时可根据含尘气体中的成份，在循环工艺水中加入吸收剂，除去含尘气体中的有害物质。
⑵结构说明
旋转床除尘器主要由壳体、转子、定子、机械密封及传动系统等组成，核心部件为定子及转子两部分，其中定子由端盖与多层静环构成，转子由转子座与多层动环构成。动环与静环沿径向间隔排列，形成动环-静环-动环-静环的结构形式。构成定子的静环采用多层同心圆上均布的圆柱构成，流体通道由圆柱间的间隙构成。构成转子的动环由多层同心环构成，同心环上开孔作为流体通道。在设备内，流体流动过程中每经过一组动环-静环就要重新分布一次，相当于多个传质端效应区的串联。定-转子之间的流体受到高度剪切作用，船用柴油机尾气中的气体和粉尘被高度分散成微小的液滴，强化了粉尘与水滴之间的混合效果。
上面结合附图对本申请的实施方式作了详细说明，但是本申请并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (3)

1.一种船用柴油机尾气降温除尘装置，其特征在于：所述船用柴油机尾气降温除尘装置由潜水泵（1）、旋转床除尘器（2）、吸附罐（3）、油水分离罐（4）、循环水泵（5）和冷却套管（6）组成，所述潜水泵（1）安装船体一侧，潜水泵（1）与旋转床除尘器（2）、冷却套管（6）之间采用伸缩式软管、固定式法兰连接；所述旋转床除尘器（2）安装在采油机烟囱侧面；所述吸附罐（3）内部腔体填充活性炭，吸附罐（3）垂直安装在旋转床除尘器（2）顶部，吸附罐（3）与旋转床除尘器（2）采用管道和法兰口直接连接，所述油水分离罐（4）垂直安装在旋转床除尘器（2）底部，油水分离罐（4）与旋转床除尘器（2）采用管道和法兰口直接连接，所述循环水泵（5）安装在油水分离罐（4）侧面，循环水泵（5）与油水分离罐（4）采用管道和法兰口直接连接，所述冷却套管（6）安装在船用柴油机烟囱出口和旋转床除尘器（2）之间，采用管道和法兰口直接连接；
所述旋转床除尘器（2）由电机（7）、连轴器（8）、轴承（9）、机械密封圈（10）、壳体（11）、转子(12)、端盖（13）、静环（14）、进料喷管（15）、机架（16）、转轴（17）组成，所述电机（7）与转子(12)之间通过连轴器（8）连接在一起，所述转轴（17）与转子(12)相连；轴承（9）安装在壳体（11）上，所述壳体（11）与端盖（13）组成内部工作腔体；所述壳体（11）与端盖（13）上设有机械密封圈（10）；所述静环（14）与进料喷管（15）安装在端盖（13）上；所述电机（7）与壳体（11）上设有螺栓孔，电机（7）与壳体（11）通过螺栓与机架（16）连接；
所述转子(12)由转子座与多层动环构成，动环与所述静环（14）沿径向间隔排列，形成动环-静环-动环-静环的结构；所述静环（14）由多层同心圆上的圆柱构成，流体通道由圆柱间的间隙构成，动环由多层同心环构成，同心环上的开孔作为流体通道；
所述船用柴油机尾气降温除尘装置的降温除尘方法，步骤为：
第一步：自船用柴油机排出的尾气首先进入带冷却套管（6）的管路中，经潜水泵（1）将河水增压后工艺水分成两部分，一部分工艺水进入冷却套管（6）的夹套中，对尾气进行间接冷却，换热后工艺水自流回河水中，而冷却的尾气进入旋转床除尘器（2）气相管口，同时另一部分工艺水作为补充水进入旋转床除尘器（2）液相管口；
第二步：气液在旋转床除尘器（2）进口端直接混合，形成气液混合物进入旋转床除尘器（2）动静结合的腔体内，在动—静转子和高速离心力作用下，粉尘进入液相，气相净化；
第三步：降温、除尘后的尾气自旋转床除尘器（2）顶部排出进入吸附罐（3）利用活性炭吸附除臭净化后达标排空；
第四步：含尘液相从旋转床除尘器（2）底部排出，依靠重力流入油水分离罐（4）中油水分离，分离后工艺水经循环水泵（5）增压后回到旋转床除尘器（2）中循环利用，通过积累含尘浓度高的水从油水分离罐（4）底部排出进入沉降室沉淀淤泥，淤泥外运处理。
2.根据权利要求1所述船用柴油机尾气降温除尘装置，其特征在于：所述潜水泵（1）的吸入口处设有过滤器。
3.根据权利要求1所述船用柴油机尾气降温除尘装置，其特征在于：所述船用柴油机尾气降温除尘装置的降温除尘方法的第一步中自船用柴油机排出的尾气为颗粒状物质PM粒径分布在0.01～1.0μm间，排出温度在230～550℃，排出压力在2500～6000Pa，尾气含尘量在20～100mg/Nm3，经潜水泵（1）将河水增压后工艺水分成两部分一部分0.05～0.2MPa、15～35℃的工艺水进入冷却套管（6）的夹套中，对尾气进行间接冷却，换热后0.05～0.2MPa、20～40℃的工艺水自流回河水中，而冷却的120～350℃尾气进入旋转床除尘器（2）气相管口，同时另一部分0.05～0.2MPa、15～35℃的工艺水作为补充水进入旋转床除尘器（2）液相管口。
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