CN112360604A - 一种废气利用和处理一体化装置、船舶主机及船舶 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种废气利用和处理一体化装置、船舶主机和船舶，涉及船舶减排技术领域。该废气利用和处理一体化装置包括：处理室，处理室上设有进气口和出气口，沿废气流动方向，处理室依次分为与进气口连通的预处理室和与出气口连通的反应室，预处理室内设置有第一喷淋管，反应室内设置有第二喷淋管；供液机构，包括除尘液供应组件和脱硫液供应组件，除尘液供应组件的出液口和第一喷淋管连通，脱硫液供应组件的出液口和第二喷淋管连通。该装置能够在燃气模式下通过废气回用降低扫气氧浓度，实现高几何压缩比并避免发生爆燃；又能够在燃油模式下对发动机废气进行处理，实现减排。

Description

一种废气利用和处理一体化装置、船舶主机及船舶
技术领域
本发明涉及船舶减排技术领域，尤其涉及一种废气利用和处理一体化装置、船舶主机及船舶。
背景技术
目前，为实现船舶减排，兼具燃油和燃气功能的船舶主机成为了较优的选择。相比传统的燃油发动机，由于该种船舶主机能够利用天然气作为燃料，所以可有效减少硫氧化物等污染物的排放。
然而，对于该种船舶主机，存在以下两个问题：
第一，燃气模式下，在扫气行程中会将压力低于16bar的天然气直接喷入缸内，并在压缩行程终点附近以微量燃油点燃天然气，实现奥托循环。在此过程中，燃烧室内的高温高压环境易引起天然气的爆燃，不仅会导致发动机工作环境恶化，也会缩短发动机寿命。通常，人们会降低几何压缩比以避免爆燃，但此举会大大降低燃油模式下的效率。
第二，由于该种船舶主机需使用两种燃料，所以其自身和配套设备所占的体积均较大。然而，为对燃油模式下产生的废气进行处理，还需加装脱硫塔，由于脱硫塔体积较大，所以会使得船舶中的安装空间十分紧张。
可以理解的是，当该种船舶主机的应用受限时，将对船舶减排造成不利影响。因此，上述两个问题均亟待解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种废气利用和处理一体化装置、船舶主机及船舶，既能够在燃气模式下避免发生爆燃，又能够在燃油模式下对发动机产生的废气进行处理，且整体所占体积较小，节约安装空间。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种废气利用和处理一体化装置，包括处理室和供液机构，所述处理室上设置有进气口和出气口，所述进气口被配置为与船舶主机的排气集管连通以接收所述船舶主机排出的废气，所述出气口被配置为同时与所述船舶主机中增压器的新鲜空气进口和所述船舶主机的排烟管相连；
沿所述废气的流动方向，所述处理室依次分为与所述进气口连通的预处理室和与所述出气口连通的反应室，所述预处理室内设置有第一喷淋管，所述第一喷淋管的出口朝向所述预处理室的内腔设置，所述反应室内设置有第二喷淋管，所述第二喷淋管的出口朝向所述反应室的内腔设置；
所述供液机构包括除尘液供应组件和脱硫液供应组件，所述除尘液供应组件的出液口和所述第一喷淋管连通，所述脱硫液供应组件的出液口和所述第二喷淋管连通。
可选地，所述预处理室内设置有扰流挡板。
可选地，所述预处理室和所述反应室之间设置有隔板，所述隔板上分散设置有多个通气孔。
可选地，所述隔板为弓形隔板，所述弓形隔板向所述预处理室方向凸设，且所述弓形隔板中部区域的所述通气孔的孔径小于所述弓形隔板其它区域的所述通气孔的孔径。
可选地，由所述反应室的进气端到所述反应室的出气端，所述反应室内设置有上下交错布置的折流板；
所述反应室内，上部的所述折流板和下部的所述折流板之间还设置有过流筛板，所述过流筛板具有多个筛孔，且在所述过流筛板的边缘设置有溢流堰。
可选地，在所述废气由下到上流过的所述过流筛板处，所述过流筛板的所述筛孔上安装有浮阀。
可选地，所述供液机构还包括冷却液供应组件，所述冷却液供应组件的出液口同时与所述第一喷淋管和所述第二喷淋管连通。
可选地，所述进气口处设置有气体流量调节阀；和/或
所述出气口处设置有除雾机构。
本发明还提供了一种船舶主机，其包括如上所述的废气利用和处理一体化装置；
所述船舶主机还包括排气集管和增压器，所述处理室与所述排气集管连接为一体，且在所述处理室和所述排气集管之间设置有绝热层。
本发明还提供了一种船舶，其包括如上所述的船舶主机。
本发明的有益效果：
将废气利用和处理一体化装置与使用双燃料的船舶主机相连时，可实现以下效果：
1、在燃气模式下，排气集管排出的废气可由增压器的新鲜空气进口进入船舶主机的扫气系统中，从而向扫气空气中混入废气，降低扫气氧浓度，进而降低气体燃料的反应活性，能够保持较高的几何压缩比，并避免爆燃。
2、在燃油模式下，当排气集管排出的废气进入处理室之后，通过第一喷淋管可向预处理室内喷洒除尘液，对废气进行除尘。之后，通过第二喷淋管可向反应室内喷洒脱硫液，对废气进行脱硫。最终，经除尘和脱硫处理的废气会由出气口进入排烟管，并由排烟管排走。
3、该废气利用和处理一体化装置一体两用，集成度高，整体所占体积较小，节约了安装空间，利于使使用双燃料的船舶主机得到更广泛的应用，利于船舶减排。
附图说明
图1是本发明实施例提供的废气利用和处理一体化装置的整体结构示意图；
图2是本发明实施例提供的废气利用和处理一体化装置中隔板的局部结构示意图；
图3是本发明实施例提供的废气利用和处理一体化装置中过流筛板的局部俯视结构示意图；
图4是本发明实施例提供的废气利用和处理一体化装置中过流筛板与浮阀连接的局部结构示意图。
图中：
100、排气集管；
1、处理室；11、进气口；111、气体流量调节阀；12、预处理室；13、反应室；14、出气口；2、供液机构；3、第一喷淋管；4、第二喷淋管；5、扰流挡板；6、收集室；7、隔板；71、通气孔；8、阻气帽；9、过流筛板；91、筛孔；92、溢流堰；10、折流板；20、浮阀；21、阀片；30、除雾机构；40、绝热层。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
本实施例提供了一种废气利用和处理一体化装置，如图1所示，该装置包括处理室1。处理室1上设置有进气口11和出气口14。进气口11被配置为与船舶主机的排气集管100连通，以接收船舶主机排出的部分废气。出气口14被配置为与船舶主机中增压器的新鲜空气进口连通，以将废气送入船舶主体的扫气系统中。同时，出气口14还被配置为与船舶主机的排烟管连通。进一步地，沿废气的流动方向，处理室1依次分为预处理室12和反应室13。其中，预处理室12与进气口11连通，反应室13与出气口14连通。预处理室内12设置有第一喷淋管3，第一喷淋管3的出口朝向预处理室12的内腔设置。反应室13内设置有第二喷淋管4，第二喷淋管4的出口朝向反应室13的内腔设置。
同时，该装置还包括供液机构2。供液机构2包括除尘液供应组件和脱硫液供应组件。其中，除尘液供应组件的出液口和第一喷淋管3连通，脱硫液供应组件的出液口和第二喷淋管4连通。本实施例中，供液机构2设置在处理室1内部，以使整体结构更加紧凑。当然，在其它实施例中，也可根据实际需要将供液机构2设置在处理室1的外部。
按以上设置，将该废气利用和处理一体化装置与使用双燃料的船舶主机相连，在燃气模式下，通过处理室1可使由排气集管100排出的废气进入扫气系统中，从而向扫气空气中混入废气，降低扫气氧浓度，进而降低气体燃料的反应活性，能够保持较高的几何压缩比，并避免爆燃。
在燃油模式下，当排气集管100排出的废气进入处理室1之后，通过第一喷淋管3可向预处理室12内喷洒除尘液，对废气进行除尘。之后，通过第二喷淋管4可向反应室13内喷洒脱硫液，对废气进行脱硫。最终，经除尘和脱硫处理的废气会由出气口14流入排烟管，并由排烟管排走。可见，通过该装置可实现对废气的处理，所以在船舶中无需再安装脱硫塔。
整体来看，该废气利用和处理一体化装置一体两用，整体所占体积小，节约了安装空间，利于使双燃料的船舶主机得到更广泛的应用，利于船舶减排。本实施例中，在进气口11与排气集管100相连的管路、出气口14与增压器的新鲜空气口相连的管路及出气口14与排烟管相连的管路上均设置有截断阀，以便于控制上述管路的通断，并便于废气利用和废气处理功能的切换。
本实施例中，在预处理室12的顶部和底部分别设置有至少一个第一喷淋管3，在反应室13的顶部和底部分别设置有至少一个第二喷淋管4，以保证喷淋效果。
可选地，如图1所示，在进气口11处设置有气体流量调节阀111。无论是在燃气模式下还是在燃油模式下，均可通过气体流量调节阀111可控制进入处理室1的废气流量，更加便于控制和使用。
可选地，供液机构2还包括冷却液供应组件，冷却液供应组件的出液口同时与第一喷淋管3和第二喷淋管4连通。按此设置，在燃气模式下，将第一喷淋管3和第二喷淋管4全部打开，就可向处理室1内喷洒冷却液，对废气进行冷却处理，降低废气温度。同时，通过冷却液还可对废气进行洗涤，使废气中的部分固体颗粒物溶解于冷却液中并将其带走，提高废气的清洁度，满足扫气系统对进气的要求。
可选地，供液机构2还包括脱氮液供应组件，脱氮液供应组件的出液口与第二喷淋管4连通。按此设置，在燃油模式下，可通过第二喷淋管4向反应室13内喷洒脱氮液，对废气进行脱氮处理，提升废气处理效果。
下面，对处理室1内的具体设置进行介绍。
可选地，如图1所示，预处理室12内设置有扰流挡板5。当废气在预处理室12内流动时，通过扰流挡板5可有效增加废气的湍流程度。在燃气模式下，当废气湍流程度增加时，会更利于废气与冷却液进行混合，达到更好的降温效果。在燃油模式下，当废气湍流程度增加时，会更利于废气与除尘液进行混合，达到更好的除尘效果。
进一步地，如图1所示，扰流挡板5沿上下方向设置。在预处理室12的底部还设置有收集室6。在燃油模式下，当废气进入预处理室12后，在惯性力作用下废气中的粉尘粒子会直冲到扰流挡板5上，之后发生重力沉降而被捕集至收集室6内。
在粉尘粒子的沉降过程中，通过第一喷淋管3喷洒除尘液对废气进一步洗涤，除尘液会向废气中分散，从而与废气中的粉尘粒子结合，加速粉尘粒子的沉降和捕集。同时，当除尘液喷射到扰流挡板5上时，在扰流挡板5上会形成气体射流或气泡式的气液接触面，即捕尘体，通过这些捕尘体同样可以有效捕集粉尘粒子。本实施例中，在第一喷淋管3喷出的除尘液中，至少有40％的雾化液滴落到废气气流引入区域中。
可选地，如图1所示，在预处理室12的内部，预处理室12的上壁和下壁分别连接有至少一个扰流挡板5。当然，在其它实施例中，扰流挡板5的数量和位置等均可根据实际需要进行调整。
可选地，如图1和图2所示，在预处理室12和反应室13之间设置有隔板7，且在隔板7上分散设置有多个通气孔71。按此设置，当废气由预处理室12向反应室13流动时，通过隔板7上的多个通气孔71可使废气可以从多个不同位置进入反应室13内，使反应室13内各处的废气浓度更加均匀，更有利于废气与冷却液或脱硫液等的混合。
可选地，如图1所示，隔板7为弓形隔板。该弓形隔板向预处理室1方向凸设。与平板结构相比，通过弓形隔板可有效增加隔板7与废气的接触面积，废气均布效果更好。进一步地，考虑到废气流动时，废气会先接触弓形隔板的中部区域，进而集中通过中部区域的通气孔71流走，会造成隔板7各处的废气分布不均。因此，为避免此问题，本实施例中进行了以下设置：弓形隔板中部区域的通气孔71的孔径小于弓形隔板其它区域的通气孔71的孔径。可以理解的是，弓形隔板的其它区域指弓形隔板中除中部区域外的区域。按此设置，可引导更多废气通过弓形隔板其它区域的通气孔71流走，保证废气分布的均匀性。
可选地，如图1和图2所示，在隔板7中的部分通气孔71处还安装有阻气帽8。通过阻气帽8可对通气孔71进行封堵，从而可进一步有效控制废气的集中程度，提高隔板7上废气分布的均匀性。可以理解的是，本实施例中，阻气帽8安装在隔板7中部区域的部分通气孔71处。由于阻气帽8的结构为现有技术，所以在此不再赘述。
可选地，如图1所示，由反应室13的进气端到反应室13的出气端，反应室13内上下交错设置有多个折流板10。同时，在反应室13内，上部的折流板10和下部的折流板10之间还设置有过流筛板9。如图3所示，过流筛板9具有多个筛孔91，且在过流筛板9的边缘设置有溢流堰92。本实施例中，过流筛板9的第一面朝上，过流筛板9的第二面朝下，且如图4所示，溢流堰92设置在过流筛板9的第一面的边缘，从而可在过流筛板9的第一面形成具有一定厚度的液层。
此时，通过上下交错设置的多个折流板10可以形成一个蛇形气体流动通道，供废气进行流动。在废气流动过程中，废气会流过过流筛板9，并在多个筛孔91的作用下发生分散。分散后的废气会与过流筛板9的第一面的液层进行良好接触，传质传热效果极好。
本实施例中，筛孔91均匀分布在过流筛板9上，且多个筛孔91按三角形错列布置。筛孔91的孔径为3mm-8mm，相邻两个筛孔91的中心距为筛孔91孔径的2.5倍-4倍。当然，在其它实施例中，根据废气流量等的需要可调整筛孔91的孔径。
进一步地，在废气由下到上流过的过流筛板9处，该处的筛孔91上安装有浮阀20。具体地，如图4所示，浮阀20包括与筛孔91相对设置的阀片21。当废气流速较高时，阀片21会被顶起；当废气流速较小时，阀片21又会因自身重力而落下。可见，阀片21的升降位置可随废气流量的大小自动调节，从而可使废气流动的线性速度保持稳定。同时，在阀片21顶起时，废气会在阀片21下方沿水平方向分散，通过过流筛板9上的液体层鼓泡而出，从而能够保证气液两相充分接触，提高传热传质效果，装置的操作弹性更大。
可选地，对于安装有浮阀20的过流筛板9部分，与该部分相对的反应室13的顶部安装有至少一个第二喷淋管4。对于没有安装浮阀20的过流筛板9部分，与该部分相对的反应室13的底部安装有至少一个第二喷淋管4。
本实施例中，以图1所示为例，对上述设置的作用进行说明。可以看到，与下部最左侧的折流板10相比，上部最左侧的折流板10更靠近隔板7(即反应室13的进气端)，以控制废气在蛇形气体流动通道中的流向与图1所示一致。作为结果，在废气流动时，通过第二喷淋管4喷洒脱硫液等液体时，可以使废气与液体呈180°逆向流动，从而有效增强气液混合效果。
可选地，如图1所示，出气口14处设置有除雾机构30。通过除雾机构30可以除去废气中的细小液滴，有效降低废气的湿度。
综上，本实施例提供了一种废气利用和处理一体化装置，在船舶主机的燃气模式下，可通过处理室1向扫气空气中混入废气，从而降低扫气氧浓度，避免爆燃。在船舶主机的燃油模式下，可通过第一喷淋管3向预处理室12内喷洒除尘液，通过第二喷淋管4可向反应室13内喷洒脱硫液，对废气依次进行除尘和脱硫处理，而无需在船舶中再安装脱硫塔。
整体来看，该废气利用和处理一体化装置一体两用，整体所占体积小，节约了安装空间，利于使使用双燃料的船舶主机得到更广泛的应用，利于船舶减排。
本实施例还提供了一种船舶主机，其包括如上所述的废气利用和处理一体化装置。该船舶主机还包括排气集管100和增压器，处理室1与排气集管100连接为一体。同时，在处理室1和排气集管100之间设置有绝热层40，以实现隔热。可选地，该船舶还包括排烟管，以接收经处理室1处理的废气，并将其排出。本实施例中，该船舶主机为二冲程发动机。
具体地，如图1所示，处理室1设置在排气集管100的下方，且处理室1整体沿横向设置。除进气口11的位置外，绝热层40基本对应预处理室12和反应室13设置。
整体来看，该废气利用和处理一体化装置集成在了船舶主机上，整合度高，节约了安装空间。
本实施例还提供了一种船舶，其包括如上所述的废气利用和处理一体化装置。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种废气利用和处理一体化装置，其特征在于，包括处理室(1)和供液机构(2)，所述处理室(1)上设置有进气口(11)和出气口(14)，所述进气口(11)被配置为与船舶主机的排气集管(100)连通以接收所述船舶主机排出的废气，所述出气口(14)被配置为同时与所述船舶主机中增压器的新鲜空气进口和所述船舶主机的排烟管相连；
沿所述废气的流动方向，所述处理室(1)依次分为与所述进气口(11)连通的预处理室(12)和与所述出气口(14)连通的反应室(13)，所述预处理室(12)内设置有第一喷淋管(3)，所述第一喷淋管(3)的出口朝向所述预处理室(12)的内腔设置，所述反应室(13)内设置有第二喷淋管(4)，所述第二喷淋管(4)的出口朝向所述反应室(13)的内腔设置；
所述供液机构(2)包括除尘液供应组件和脱硫液供应组件，所述除尘液供应组件的出液口和所述第一喷淋管(3)连通，所述脱硫液供应组件的出液口和所述第二喷淋管(4)连通。
2.根据权利要求1所述的废气利用和处理一体化装置，其特征在于，所述预处理室(12)内设置有扰流挡板(5)。
3.根据权利要求1所述的废气利用和处理一体化装置，其特征在于，所述预处理室(12)和所述反应室(13)之间设置有隔板(7)，所述隔板(7)上分散设置有多个通气孔(71)。
4.根据权利要求3所述的废气利用和处理一体化装置，其特征在于，所述隔板(7)为弓形隔板，所述弓形隔板向所述预处理室(12)方向凸设，且所述弓形隔板中部区域的所述通气孔(71)的孔径小于所述弓形隔板其它区域的所述通气孔(71)的孔径。
5.根据权利要求1所述的废气利用和处理一体化装置，其特征在于，由所述反应室(13)的进气端到所述反应室(13)的出气端，所述反应室(13)内设置有上下交错布置的折流板(10)；
所述反应室(13)内，上部的所述折流板(10)和下部的所述折流板(10)之间还设置有过流筛板(9)，所述过流筛板(9)具有多个筛孔(91)，且在所述过流筛板(9)的边缘设置有溢流堰(92)。
6.根据权利要求5所述的废气利用和处理一体化装置，其特征在于，在所述废气由下到上流过的所述过流筛板(9)处，所述过流筛板(9)的所述筛孔(91)上安装有浮阀(20)。
7.根据权利要求1所述的废气利用和处理一体化装置，其特征在于，所述供液机构(2)还包括冷却液供应组件，所述冷却液供应组件的出液口同时与所述第一喷淋管(3)和所述第二喷淋管(4)连通。
8.根据权利要求1-7任一项所述的废气利用和处理一体化装置，其特征在于，所述进气口(11)处设置有气体流量调节阀(111)；和/或
所述出气口(14)处设置有除雾机构(30)。
9.一种船舶主机，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的废气利用和处理一体化装置；
所述船舶主机还包括排气集管(100)和增压器，所述处理室(1)与所述排气集管(100)连接为一体，且在所述处理室(1)和所述排气集管(100)之间设置有绝热层(40)。
10.一种船舶，其特征在于，包括如权利要求9所述的船舶主机。
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