CN111036006B - 一种声波增强的船舶废气脱硫及颗粒物去除装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种声波增强的船舶废气脱硫及颗粒物去除装置，涉及船舶柴油机尾气处理的技术领域，包括湿法脱硫塔和与湿法脱硫塔相连通的文丘里管，文丘里管内设置有文丘里喷淋层，湿法脱硫塔内由下至上依次设置有降温喷淋层、主喷淋层和脱硫塔除雾器，湿法脱硫塔的顶部设有烟气出口，其中，还包括多个声波增强装置，文丘里管的入口端的侧壁上设有第一接口，湿法脱硫塔的侧壁上设有第二接口，第二接口位于主喷淋层和脱硫塔除雾器之间，第一接口和第二接口上均安装有声波增强装置。本发明的声波增强的船舶废气脱硫及颗粒物去除装置通过声波增强装置实现细小颗粒物的团聚效应，同时大幅去除废气中的SO2和颗粒物，并且控制简单，经济成本低。

Description

一种声波增强的船舶废气脱硫及颗粒物去除装置
技术领域
本发明涉及船舶柴油机尾气处理的技术领域，尤其涉及一种船舶废气脱硫及颗粒物去除装置。
背景技术
海洋运输业是现代社会经济发展中的重要领域，随着世界贸易量的增加，船舶吨位、数量均在急剧上升。在现代世界贸易的运输过程中，柴油发动机是关键的动力来源。为了降低运输成本，船舶发动机通常使用含硫量较高的低质燃油作为主要的燃料，高硫油燃烧后会产生含有大量SO2和颗粒物等污染物的废气，船舶SO2等污染物的排放有明确的限制要求。为使船舶尾气硫排放满足相关的排放标准，主要的技术措施是加装湿法脱硫装置。
目前，湿法脱硫塔多采用安装有文丘里管的“U”型洗涤塔，喷淋液多为碱性喷淋液，对SO2已能够到达法规要求的脱除效果，但对于细小颗粒物的脱除效果并不明显。船舶尾气在经过文丘里管时流速增加，由于大颗粒物受惯性力影响较大，因此部分大颗粒会被捕集脱除，但是小颗粒随废气流动性好，很难单纯地从废气中分离脱除，致使船舶废气中小颗粒含量较高，并且细小颗粒的危害尤为严重，对大气环境造成污染的同时严重损害人体健康。传统的除尘方式难以控制超细颗粒物排放，而新型高效的除尘技术，如湿式静电除尘器、电袋复合除尘器、静电增强水雾除尘技术等，虽然能够较好的脱除超细颗粒物，但普遍存在设备或工艺复杂、能耗高等问题，不适合船舶应用。许多科研工作者针对工业需求提出各种去除超细颗粒物的技术路线，不仅存在一些技术问题且难以在船舶这种特定的环境下实现。
现有申请号为201721421233.4的专利，公开了声波团聚除尘系统，然而在脱硫塔废气通道上密集安装多个声波除灰器，会严重影响排气管道的结构强度，且在声波除灰器后安装有除雾器，这不仅改变了原有排气管道的结构，并且除雾器时刻暴露在腐蚀性极强的废气中，利用电动球阀开启和闭合除雾器很容易造成腐蚀堵塞，因此该发明存在明显的技术问题。
现有申请号为201720545029.7的专利，公开了工业废气中PM2.5颗粒物声波团聚室及其减排装置，然而当柴油机高负荷运转时，废气流速快、流量大，利用单一筒体结构作为颗粒物声波团聚室，筒体过小则难以达到脱除效果，筒体过大在船舶有限的空间下难以实现，且将现有的湿法脱硫塔改造成具有声波团聚室的湿法脱硫塔成本极高，因此该发明存在明显的技术问题。
综上所述，现有的超细颗粒物脱除系统难以满足船舶对安装空间和使用经济性的要求。
发明内容
针对上述产生的问题，本发明的目的在于提供声波增强的船舶废气脱硫及颗粒物去除装置，在实现废气脱硫的同时，促进超细颗粒物团聚长大，对于0.07～6.3μm细颗粒物，团聚后可形成大于10μm的颗粒，可以使废气总颗粒数目浓度降低70％以上，结合湿法洗涤，可以同时大幅去除废气中的SO2和颗粒物。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
声波增强的船舶废气脱硫及颗粒物去除装置，包括湿法脱硫塔和与所述湿法脱硫塔相连通的文丘里管，所述文丘里管内设置有文丘里喷淋层，所述湿法脱硫塔内由下至上依次设置有降温喷淋层、主喷淋层和脱硫塔除雾器，所述湿法脱硫塔的顶部设有烟气出口，其中，还包括多个声波增强装置，所述文丘里管的入口端的侧壁上设有第一接口，所述湿法脱硫塔的侧壁上设有第二接口，所述第二接口位于所述主喷淋层和所述脱硫塔除雾器之间，所述第一接口和所述第二接口上均安装有所述声波增强装置。
上述的声波增强的船舶废气脱硫及颗粒物去除装置，其中，每一所述声波增强装置均包括依次连接的信号发生器、音频功率放大器、压缩式驱动器和号角。
优选地，所述信号发生器和所述音频功率放大器电连接，所述音频功率放大器和所述压缩式驱动器电连接，所述压缩式驱动器和所述号角通过法兰连接。
上述的声波增强的船舶废气脱硫及颗粒物去除装置，其中，所述文丘里管上开设有多个第一接口，多个所述第一接口沿所述文丘里管侧壁的圆周方向上均匀分布，每一所述第一接口均与一所述声波增强装置的所述号角通过法兰连接。
上述的声波增强的船舶废气脱硫及颗粒物去除装置，其中，所述湿法脱硫塔上开设有多个第二接口，多个所述第二接口沿所述湿法脱硫塔侧壁的圆周方向上均匀分布，每一所述第二接口均与一所述声波增强装置的所述号角通过法兰连接。
上述的声波增强的船舶废气脱硫及颗粒物去除装置，其中，所述号角具有相对的前端和后端，所述号角的前端与所述压缩式驱动器连接，沿所述号角的轴向方向，所述号角的内径由所述前端向所述后端先逐渐减小再逐渐增大。
上述的声波增强的船舶废气脱硫及颗粒物去除装置，其中，所述压缩式驱动器的频率为200～5000HZ，所述声波增强装置的声压级为145～150dB。
本发明由于采用上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：
1、本发明的声波增强的船舶废气脱硫及颗粒物去除装置可以实现SO2与颗粒物的全部脱除，实用性高。
2、本发明的声波增强的船舶废气脱硫及颗粒物去除装置所需设备少，控制简单，经济成本低。
3、本发明的声波增强的船舶废气脱硫及颗粒物设备体积小，无需额外的颗粒团聚室，完全适用于船舶这种对空间利用率要求高的特殊环境。
4、本发明的声波增强的船舶废气脱硫及颗粒物去除装置的声波增强装置分别安装在文丘里管的入口端、主喷淋层和脱硫塔除雾器之间的塔体上，相处距离远，声波能量利用率高。
5、本发明的声波增强的船舶废气脱硫及颗粒物去除装置的声波增强装置的布置方式采用对称式布置，使流经装置的颗粒物能均匀受到声波能量影响。
6、本发明的声波增强的船舶废气脱硫及颗粒物去除装置的分为先后两部分使颗粒物在声波下团聚长大，且两部分颗粒物重复率低，增加了细颗粒物的脱除效率。
附图说明
图1是本发明的声波增强的船舶废气脱硫及颗粒物去除装置的示意图；
图2是本发明的声波增强装置的示意图。
附图中：1、湿法脱硫塔；2、降温喷淋层；3、主喷淋层；4、文丘里喷淋层；5、脱硫塔除雾器；6、文丘里管；7、声波增强装置；701、号角；702、压缩式驱动器；703、音频功率放大器；704、信号发生器。
具体实施方式
本发明的目的在于提供一种声波增强的船舶废气脱硫及颗粒物去除装置，该声波增强的船舶废气脱硫及颗粒物去除装置结构设计简单，且安装方便，能够将细颗粒物团聚，结合湿法洗涤，可以大幅去除废气中的SO2和颗粒物。
下面将结合本发明的附图和具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图2，图1是本发明的声波增强的船舶废气脱硫及颗粒物去除装置的示意图，图2是本发明的声波增强装置的示意图。
实施例1：
本发明实施例提供的声波增强的船舶废气脱硫及颗粒物去除装置，包括湿法脱硫塔1和文丘里管6，文丘里管6具有出口端和入口端，文丘里管6的出口端与湿法脱硫塔1的下部相连通，湿法脱硫塔1和文丘里管6呈“U”字形设置，所述文丘里管6内的上部设置有文丘里喷淋层4，所述湿法脱硫塔1内由下至上依次设置有降温喷淋层2、主喷淋层3和脱硫塔除雾器5，文丘里管6的出口端位于降温喷淋层2的下方，所述湿法脱硫塔1的顶部设有烟气出口，废气依次流经文丘里管6、降温喷淋层2、主喷淋层3和脱硫塔除雾器5，然后从烟气出口处。
其中，本发明实施例提供的声波增强的船舶废气脱硫及颗粒物去除装置还包括多个声波增强装置7，所述声波增强装置7用于发出声波，所述文丘里管6的入口端的侧壁上设有第一接口，所述湿法脱硫塔1的侧壁上设有第二接口，所述第二接口位于所述主喷淋层3和所述脱硫塔除雾器5之间，所述第一接口和所述第二接口上均安装有所述声波增强装置7，超细颗粒物在声波促进下可以团聚长大，更容易被捕捉除去。声波增强装置7充分利用低频率声波能耗低但声压级较高的优势，针对0.07～6.3μm超细颗粒物，团聚后可形成大于10μm的颗粒，可以使废气总颗粒数目浓度降低70％以上，同时结合湿法脱硫塔1内的湿法洗涤，可以同时大幅去除废气中的SO2和颗粒物。
船舶的柴油机产生的含颗粒物的废气沿进气道进入文丘里管6的入口端，废气随同文丘里管6上的声波增强装置7产生的声波一同经过文丘里喷淋层4，一部分在声波影响下团聚长大的颗粒物会被文丘里喷淋层4的喷出的喷淋液捕集脱除，剩余部分的含颗粒物废气穿过文丘里管6进入湿法脱硫塔1，在向上运动过程中被降温喷淋层2和主喷淋层3的喷淋液捕集，此时绝大部分SO2和一部分颗粒物被去除掉，其余部分的含有未被脱除颗粒物的废气继续上行再次经过湿法脱硫塔1上的声波增强装置7，此时足够湿润的颗粒物又一次在声波影响下团聚长大，然后被脱硫塔除雾器5捕集脱除，最后废气从烟气出口流出脱硫塔，排出的废气中SO2和颗粒物含量很低。
需要指出的是，本文提及的方位词“上”和“下”是以本发明的附图中零部件的相对位置为基准定义的，只是为了描述技术方案的清楚及方便，应当理解，此方位词的应用对本申请的保护范围不构成限制。
进一步优化上述实施例，每一所述声波增强装置7均包括信号发生器704、音频功率放大器703、压缩式驱动器702和号角701，信号发生器704和音频功率放大器703电连接，音频功率放大器703和压缩式驱动器702电连接，压缩式驱动器702和号角701通过法兰连接。
进一步地，所述文丘里管6上开设有多个第一接口，多个所述第一接口沿所述文丘里管6侧壁的圆周方向上均匀分布，每一所述第一接口均与一所述声波增强装置7的所述号角701通过法兰连接，所述湿法脱硫塔1上开设有多个第二接口，多个所述第二接口沿所述湿法脱硫塔1侧壁的圆周方向上均匀分布，每一所述第二接口均与一所述声波增强装置7的所述号角701通过法兰连接。
还有，所述号角701具有相对的前端和后端，所述号角701的前端与所述压缩式驱动器702连接，沿所述号角701的轴向方向，所述号角701的内径由所述前端向所述后端先逐渐减小再逐渐增大。
另外，所述压缩式驱动器702的频率为200～3000HZ，所述声波增强装置7的声压级为145dB。
实施例2：
请继续参阅图1和图2，本发明实施例提供的声波增强的船舶废气脱硫及颗粒物去除装置，包括湿法脱硫塔1和与所述湿法脱硫塔1相连通的文丘里管6，所述文丘里管6内设置有文丘里喷淋层4，所述湿法脱硫塔1内由下至上依次设置有降温喷淋层2、主喷淋层3和脱硫塔除雾器5，所述湿法脱硫塔1的顶部设有烟气出口，还包括多个声波增强装置7，文丘里管6的入口端的侧壁上通过法兰沿圆周方向均匀安装有四个声波增强装置7，湿法脱硫塔1在位于主喷淋层3和脱硫塔除雾器5之间的侧壁上沿圆周方向均匀安装有四个声波增强装置7。
进一步地，每一所述声波增强装置7均包括依次相连接的信号发生器704、音频功率放大器703、压缩式驱动器702和号角701，声波增强装置7的声压级为145～150dB，压缩式驱动器702为可产生频率范围3000～5000Hz的发音单元，号角701可将驱动式压缩器产生的较高的声阻与空气介质的较低声阻匹配，使能量损失最小，号角701能将驱动式压缩器产生的发散声波集中，使其指向性变好，号角701的出口处的声波更接近于平面波，通过调节信号发生器704的频率来调节进入湿法脱硫塔1及文丘里管6内的声波频率，通过调节音频功率放大器703的输出功率，可调节进入湿法脱硫塔1及文丘里管6内声波的声压级的大小。
还有，安装在文丘里管6上的四个声波增强装置7可以共用一个或多个信号发生器704和音频功率放大器703，安装在湿法脱硫塔1上的四个声波增强装置7可以共用一个或多个信号发生器704和音频功率放大器703，可以减少设备使用量，方便安装。
接下来说明本发明的工作原理：
柴油机产生的废气流经文丘里管6入口端上的声波增强装置7时，声波增强装置7发出低频声波，由于低频声波不易衰减，且穿透力强，声波增强装置7产生的均匀低频声波随废气一同进入文丘里管6，声波随同废气经过文丘里管6和文丘里喷淋层4后，湿润的颗粒物第一次团聚长大，长大后的颗粒物更容易从废气中分离，在文丘里喷淋层4喷出的喷淋液的捕集下，一部分颗粒物在文丘里管6被脱除，随后含有未被脱除的颗粒物的废气经文丘里管6加速进入湿法脱硫塔1，含颗粒物废气在湿法脱硫塔1内向上运动的过程中，由于颗粒物经过团聚长大，更容易被降温喷淋层2、主喷淋层3的喷淋液捕集，剩余含未被脱除颗粒物的废气继续向上运动，经过湿法脱硫塔1上声波增强装置7，含颗粒物废气在第二次经过声波增强装置7时，已经经过了文丘里喷淋层4、降温喷淋层2、主喷淋层3而变得足够湿润，在此种条件下，超细颗粒物在被低频声波影响后更容易团聚长大，这部分团聚长大的颗粒在经过脱硫塔除雾器5时被捕集脱除，最终废气从烟气出口脱除。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此本发明将不会限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种声波增强的船舶废气脱硫及颗粒物去除装置，包括湿法脱硫塔(1)和与所述湿法脱硫塔(1)相连通的文丘里管(6)，所述文丘里管(6)内设置有文丘里喷淋层(4)，所述湿法脱硫塔(1)内由下至上依次设置有降温喷淋层(2)、主喷淋层(3)和脱硫塔除雾器(5)，所述湿法脱硫塔(1)的顶部设有烟气出口，其特征在于：还包括多个声波增强装置(7)，所述文丘里管(6)的入口端的侧壁上设有第一接口，所述湿法脱硫塔(1)的侧壁上设有第二接口，所述第二接口位于所述主喷淋层(3)和所述脱硫塔除雾器(5)之间，所述第一接口和所述第二接口上均安装有所述声波增强装置(7)；所述湿法脱硫塔(1)和所述文丘里管(6)呈U字形设置。
2.根据权利要求1所述的声波增强的船舶废气脱硫及颗粒物去除装置，其特征在于，每一所述声波增强装置(7)均包括依次连接的信号发生器(704)、音频功率放大器(703)、压缩式驱动器(702)和号角(701)。
3.根据权利要求2所述的声波增强的船舶废气脱硫及颗粒物去除装置，其特征在于，所述文丘里管(6)上开设有多个第一接口，多个所述第一接口沿所述文丘里管(6)侧壁的圆周方向上均匀分布，每一所述第一接口均与一所述声波增强装置(7)的所述号角(701)通过法兰连接。
4.根据权利要求2所述的声波增强的船舶废气脱硫及颗粒物去除装置，其特征在于，所述湿法脱硫塔(1)上开设有多个第二接口，多个所述第二接口沿所述湿法脱硫塔(1)侧壁的圆周方向上均匀分布，每一所述第二接口均与一所述声波增强装置(7)的所述号角(701)通过法兰连接。
5.根据权利要求2所述的声波增强的船舶废气脱硫及颗粒物去除装置，其特征在于，所述号角(701)具有相对的前端和后端，所述号角(701)的前端与所述压缩式驱动器(702)连接，沿所述号角(701)的轴向方向，所述号角(701)的内径由所述前端向所述后端先逐渐减小再逐渐增大。
6.根据权利要求2所述的声波增强的船舶废气脱硫及颗粒物去除装置，其特征在于，所述压缩式驱动器(702)的频率为200～5000HZ，所述声波增强装置(7)的声压级为145～150dB。
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