CN112933901B - 废气脱硫与惰气供气一体化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种废气脱硫与惰气供气一体化装置，包括：洗涤塔，为内外分层的双层塔构造，包括内塔和外塔，所述内塔的底部设有发动机废气进气口并用于与船舶发动机连接，所述内塔的顶部设有发动机废气排气口，所述外塔的底部设有锅炉废气进气口并用于与燃油锅炉连接，所述外塔的顶部设有锅炉废气排气口并连接锅炉废气排出管路；喷淋层，设置于所述内塔，与海水泵相连，用于向发动机废气中喷淋海水；集液板，设置于所述内塔，位于所述喷淋层的下方，用于收集喷淋后的海水，并将收集之后的海水导入所述外塔。

Description

废气脱硫与惰气供气一体化装置
技术领域
本发明涉及船舶废气处理领域，尤其涉及一种油船废气脱硫及惰气供气一体化装置。
背景技术
根据国际海事组织(IMO)通过的《MARPOL 73/78公约》附则VI中《防止船舶造成空气污染规则》的修正案的要求，船舶废气中的硫氧化物、氮氧化物必须经过处理达标之后才能排放。
对于硫氧化物，从2020年1月1日起，全球海域内远洋船舶所使用的燃油的硫含量不得超过0.5％，对于使用超过0.5％硫含量的燃油，需加装船舶废气脱硫系统。对于船舶废气脱硫系统，目前普遍采用海水洗涤的方法。洗涤塔作为废气脱硫系统的核心设备，一般采用喷淋塔。为达到较高的脱硫效率，一般会在洗涤塔内安装填料，以便增加气液接触面积，提高气液接触时间，增加脱硫效率。但填料的增加会造成较大的压损，同时填料材质要求较高，设备成本增加较多。此外，海水洗涤塔还存在着海水倒灌进入柴油机排烟管道的危险，对柴油机造成很大的安全风险。
油船装载的是易燃易爆的原油或成品油，当货油舱内的油气与空气混合，并达到一定的含氧量后，极易发生火灾和爆炸事故。因而需要通过惰气系统向货油舱内充注惰性气体以使其中的氧气浓度低于爆炸极限，从而防止火灾及爆炸事故，以保证油船的安全。目前油船上采用较多的一种惰气系统是利用燃油锅炉燃烧柴油产生的低氧废气作为惰气。该种方法需要在锅炉出口增加单独的洗涤塔，以除去锅炉废气中的硫氧化物、颗粒物等杂质，系统较复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种体积小、成本低、结构简单、处理效率高的废气脱硫与惰气供气一体化装置。
本发明提供一种废气脱硫与惰气供气一体化装置，包括：
洗涤塔，为内外分层的双层塔构造，包括内塔和外塔，所述内塔的底部设有发动机废气进气口并用于与船舶发动机连接，所述内塔的顶部设有发动机废气排气口，所述外塔的底部设有锅炉废气进气口并用于与燃油锅炉连接，所述外塔的顶部设有锅炉废气排气口并连接锅炉废气排出管路；
喷淋层，设置于所述内塔，与海水泵相连，用于向发动机废气中喷淋海水；
集液板，设置于所述内塔，位于所述喷淋层的下方，用于收集喷淋后的海水，并将收集之后的海水导入所述外塔。
进一步地，所述集液板在所述内塔倾斜布置。
进一步地，所述集液板由上下两层交错布置的分布板组成，上下交错布置的分布板覆盖整个内塔的截面。
进一步地，所述内塔的顶部区域和中部区域均设置有所述喷淋层，且每一所述喷淋层的下方均设置有所述集液板。
进一步地，所述内塔的底部区域设置有风帽导流装置和位于所述风帽导流装置上方的喷淋层，所述风帽导流装置包括导烟筒位于所述导烟筒上方的防水帽，所述导烟筒用于从下往上导流发动机废气，所述防水帽用于改变发动机废气上升的方向，使发动机废气向两边扩散同时防止喷淋下来的海水进入到所述导烟筒内。
进一步地，所述内塔的顶部区域和中部区域均设置有一层所述喷淋层，所述内塔的底部区域设置有两层所述喷淋层，所述内塔的顶部区域和中部区域的两层所述喷淋层的水量大于所述内塔的底部区域的两层所述喷淋层的水量。
进一步地，所述外塔内设有上下间隔的多个填料层。
进一步地，所述外塔内设有环形导流板，所述环形导流板在所述外塔内呈螺旋式上升并覆盖整个外塔的截面，且所述环形导流板上设有多个导流口。
进一步地，所述内塔的底部还设有内塔排水口，所述外塔的底部还设有外塔排水口，所述内塔排水口和所述外塔排水口均与海水排水管路连接。
进一步地，所述锅炉废气排出管路上依次设有第一阀门、风机、汽水分离器和氧传感器，所述锅炉废气排出管路上还连接有锅炉废气排放旁通管，所述锅炉废气排放旁通管上设置有第二阀门。
本发明还提供一种油船，配备有如上所述的废气脱硫与惰气供气一体化装置，所述内塔底部的发动机废气进气口与船舶发动机连接，所述外塔底部的锅炉废气进气口与燃油锅炉连接，所述锅炉废气排出管路与油船的油舱连接。
本发明实施例提供的废气脱硫与惰气供气一体化装置，可优化各系统的设备配置，减小各系统占地面积，即解决了洗涤塔海水倒灌的问题，提高了洗涤塔效率，同时又提供了油船所需的惰气供应系统，优化系统配置，降低了系统成本。
附图说明
图1为本发明的一实施例中废气脱硫与惰气供气一体化装置的结构示意图；
图2为集液板在内塔中的分布图；
图3为集液板的上下两层分布板交错分布的示意图；
图4为集液板的上下两层分布板的平面结构示意图；
图5为环形导流板在外塔中的分布图；
图6为环形导流板的平面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明实施例提供的废气脱硫与惰气供气一体化装置，包括船舶主发动机1、船舶辅发动机2、3、4、燃油锅炉5、除氧器6、填料层7、环形导流板8、洗涤塔9、防水帽102、喷嘴11、集液板12、除雾器13、烟气分析仪14、阀门16、17、风机18、膜式汽水分离器19、氧传感器20、海水泵21、水质分析仪22、内塔23、外塔24、内塔排水口26、外塔排水口25和水质分析仪29。
洗涤塔9为内外分层的双层塔构造，包括内塔23和外塔24，内塔23的底部设有发动机废气进气口并用于与船舶发动机1、2、3、4连接，内塔23的顶部设有发动机废气排气口，外塔24的底部设有锅炉废气进气口并用于与燃油锅炉5连接，外塔24的顶部设有锅炉废气排气口并连接锅炉废气排出管路27。
喷淋层15，设置于内塔23，与海水泵21相连，用于向发动机废气中喷淋海水。
集液板12，设置于内塔23，位于喷淋层15的下方，用于收集喷淋后的海水，并将收集之后的海水导入外塔24。
请结合图1至图4，具体地，集液板12在内塔23倾斜布置，以利于将喷淋后的海水进行收集并导入外塔24。
集液板12由上下两层交错布置的分布板31组成，上下交错布置的分布板31覆盖整个内塔23的截面，以利于将喷淋后的大部分海水进行收集并导入外塔24。
内塔23的顶部区域和中部区域均设置有喷淋层15，且每一喷淋层15的下方均设置有集液板12，以将顶部区域和中部区域喷淋后的海水均收集至外塔24。
内塔23的底部区域设置有风帽导流装置10和位于风帽导流装置10上方的喷淋层15。风帽导流装置10用于引导改变烟气流向和防止喷淋下来的洗涤液喷淋或倒灌进入排烟管路。风帽导流装置10包括导烟筒101位于导烟筒101上方的防水帽102，导烟筒101用于从下往上导流发动机废气，防水帽102用于改变发动机废气上升的方向，使发动机废气向两边扩散同时防止喷淋下来的海水进入到导烟筒101内。
内塔23的顶部区域和中部区域均设置有一层喷淋层15，内塔23的底部区域设置有两层喷淋层15，内塔23的顶部区域和中部区域的两层喷淋层15的水量大于内塔23的底部区域的两层喷淋层15的水量，以利于海水更充分地对废气进行洗涤，提高废气脱硫效果。
外塔24内设有上下间隔的多个填料层7。本实施例中，在外塔24内的顶部区域和底部区域各设置有一个填料层7。锅炉废气可透过这些填料层7从下往上排出。
请结合图1与图5至图6，外塔24内设有环形导流板8，环形导流板8在外塔24内呈螺旋式上升并覆盖整个外塔24的截面，且环形导流板8上设有多个导流口30。本实施例中，环形导流板8设置在外塔24内的两个填料层7之间。
内塔23的底部还设有内塔排水口26，外塔24的底部还设有外塔排水口25，内塔排水口26和外塔排水口25均与海水排水管路28连接。
锅炉废气排出管路27上依次设有第一阀门17、风机18、汽水分离器19和氧传感器20，锅炉废气排出管路27上还连接有锅炉废气排放旁通管32，锅炉废气排放旁通管32上设置有第二阀门16。
通过设计内外分层的洗涤塔9，将烟气和水尽可能的隔离开来，有效的防止了海水倒灌进柴油机烟道；同时通过内外层的洗涤塔9设计将废气中低含氧量的燃油锅炉5与船舶主发动机1、辅发动机2、3、4分开，可以充分的为油船供应惰气；同时通过外塔24内部的环形导流板8、填料层7的设置提高锅炉废气的脱硫效率。
本实施例上述的废气脱硫与惰气供气一体化装置，主要工作流程如下：
船舶发动机1、2、3、4所产生的废气经混合之后进入洗涤塔9，在洗涤塔9内废气与自上而下喷淋的海水发生反应，达到去除废气中的硫氧化物的目的。净化之后的废气经除雾器13除掉废气中的水分之后排到大气中，其中在洗涤塔9出口设有烟气分析仪14，烟气分析仪14可持续监测废气中的SO2、CO2。
在洗涤过程中，海水由海水泵21从海底门抽取之后经海水管路送到洗涤塔9内。海水泵21后设有水质分析仪22，连续监测海水水质参数，包括ph、浊度、PAH。抽取的海水通过各层喷淋层15向内塔23进行喷淋。每层喷淋层15上设有多个喷嘴11，多个喷嘴11的设置可以将海水覆盖多倍洗涤塔9截面积的范围。
喷淋后的海水经内塔23的顶部区域和中部区域的两层集液板12的收集之后，大部分进入洗涤塔9的外塔24，少部分留在内塔23。外塔24内的海水通过外塔排水口25排出，内塔23内的海水由内塔排水口26排出。内塔排水口26可以设置多个，对称布置；同理，外塔排水口25也可以设置多个，对称布置。
集液板12的详细结构参见图2至图4，集液板12由上下两层交错布置的分布板31组成，上下交错布置的分布板31可以覆盖整个内塔23的截面，可以将其上喷淋而下的海水大部分导入外塔24，又不会妨碍废气通过上下两层分布板31之间的间隙向上排出。同时，分布板31上面可以开有凹槽及凸起物，可以增加废气与海水的接触时间，提高脱硫效率。
海水排出管路28上设有水质分析仪29，可以连续监测排出水的参数，包括ph、浊度、PAH。
除船舶发动机1、2、3、4之外，船舶还设有燃油锅炉5。燃油锅炉5的过量空气系数小于1.05，其废气含氧量不超过5.5％。燃油锅炉5的烟气经过除氧器6之后进入外塔24。除氧器6为内部填充有铜网的圆形容器。高温的锅炉废气在除氧器6的作用下会进一步降低含氧量。
锅炉废气进入外塔24之后，经填料层7、环形导流板8之后，将分布在整个外塔24，与集液板12收集之后的海水反应之后，达到脱硫、除尘的目的，之后将排到大气中或为油舱提供惰气。
环形导流板8的结构参见图5至图6，环形导流板8在外塔24内螺旋式上升，覆盖整个外塔24截面。同时环形导流板8上开有多个导流口30，以便方便海水向下排出，同时增加气液接触面积，提高脱离效率。
锅炉废气排出管路27上设有阀门16、17。当船舶需要惰气时，通过风机18、阀门16、17的连锁控制下，准确控制惰气的供气量。此外，风机18之后设有膜式汽水分离器19，可将惰气的含水量控制在0.5％以下。惰气排出口还设有氧传感器20，实时监测氧气浓度。
通过本实施例的废气脱硫与惰气供气一体化装置，油船主发动机、辅助发动机、锅炉的废气硫排放可以满足国际海事组织的排放标准，即SO2/CO2的比值将小于4.3，海水进入发动机排烟管道的概率也将大幅降低，同时惰气可以满足VLCC等大型油船的使用要求。
实例：
某30万吨油船，设有1台主发动机、3台辅发动机、1台燃油锅炉，总功率约30MW，用于本实施例的废气脱硫与惰气供气一体化装置之后，船舶废气硫排放小于IMO要求的硫碳比4.3，且惰气供气量能够满足该船装油、卸油等多种工作状态，应用效果很好。
本发明实施例还提供一种油船，配备有如上所述的废气脱硫与惰气供气一体化装置，内塔底部的发动机废气进气口与船舶发动机连接，外塔底部的锅炉废气进气口与燃油锅炉连接，锅炉废气排出管路与油船的油舱连接。
油船为目前航运市场上的一种主流船型，而惰气系统为油船必备系统，同时船舶废气脱硫系统也是必须的。目前油船上需分别加装废气脱硫系统及惰气系统。各系统所属设备存在功能重叠等问题，即增加了成本又增加了占地空间。本发明实施例提供的废气脱硫与惰气供气一体化装置，可优化各系统的设备配置，减小各系统占地面积，即解决了洗涤塔海水倒灌的问题，提高了洗涤塔效率，同时又提供了油船所需的惰气供应系统，优化系统配置，降低了系统成本。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种废气脱硫与惰气供气一体化装置，其特征在于，包括：
洗涤塔，为内外分层的双层塔构造，包括内塔和外塔，所述内塔的底部设有发动机废气进气口并用于与船舶发动机连接，所述内塔的顶部设有发动机废气排气口，所述外塔的底部设有锅炉废气进气口并用于与燃油锅炉连接，所述外塔的顶部设有锅炉废气排气口并连接锅炉废气排出管路；
喷淋层，设置于所述内塔，与海水泵相连，用于向发动机废气中喷淋海水；
集液板，设置于所述内塔，位于所述喷淋层的下方，所述集液板在所述内塔倾斜布置，用于收集喷淋后的海水，并将收集之后的海水导入所述外塔；
所述外塔内设有上下间隔的多个填料层，所述外塔内设有环形导流板，所述环形导流板在所述外塔内呈螺旋式上升并覆盖整个外塔的截面，且所述环形导流板上设有多个导流口。
2.如权利要求1所述的废气脱硫与惰气供气一体化装置，其特征在于，所述集液板由上下两层交错布置的分布板组成，上下交错布置的分布板覆盖整个内塔的截面。
3.如权利要求1所述的废气脱硫与惰气供气一体化装置，其特征在于，所述内塔的顶部区域和中部区域均设置有所述喷淋层，且每一所述喷淋层的下方均设置有所述集液板。
4.如权利要求1所述的废气脱硫与惰气供气一体化装置，其特征在于，所述内塔的底部区域设置有风帽导流装置和位于所述风帽导流装置上方的喷淋层，所述风帽导流装置包括导烟筒位于所述导烟筒上方的防水帽，所述导烟筒用于从下往上导流发动机废气，所述防水帽用于改变发动机废气上升的方向，使发动机废气向两边扩散同时防止喷淋下来的海水进入到所述导烟筒内。
5.如权利要求4所述的废气脱硫与惰气供气一体化装置，其特征在于，所述内塔的顶部区域和中部区域均设置有一层所述喷淋层，所述内塔的底部区域设置有两层所述喷淋层，所述内塔的顶部区域和中部区域的两层所述喷淋层的水量大于所述内塔的底部区域的两层所述喷淋层的水量。
6.如权利要求1所述的废气脱硫与惰气供气一体化装置，其特征在于，所述内塔的底部还设有内塔排水口，所述外塔的底部还设有外塔排水口，所述内塔排水口和所述外塔排水口均与海水排水管路连接。
7.如权利要求1所述的废气脱硫与惰气供气一体化装置，其特征在于，所述锅炉废气排出管路上依次设有第一阀门、风机、汽水分离器和氧传感器，所述锅炉废气排出管路上还连接有锅炉废气排放旁通管，所述锅炉废气排放旁通管上设置有第二阀门。
8.一种油船，其特征在于，配备有如权利要求1-7任一项所述的废气脱硫与惰气供气一体化装置，所述内塔底部的发动机废气进气口与船舶发动机连接，所述外塔底部的锅炉废气进气口与燃油锅炉连接，所述锅炉废气排出管路与油船的油舱连接。
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