CN114713028B - 一种高比表面积船舶烟气海水脱硫系统及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高比表面积船舶烟气海水脱硫系统，包括洗涤塔，海水加热设备通过水管连接有海水泵，洗涤塔的内部通过支撑架从上而下设有海水喷淋组件和高比表面积亲水填料，高比表面积填料表面涂覆有催化剂TiO2‑Al2O3，海水喷淋组件包括支撑架和空心喷管，空心喷管通过转动结构来驱动，空心喷管上方为刮除结构，刮除结构包括刮板和抖动结构。S1、装入高比表面积亲水填料，给海水加热，然后喷淋海水；S2、将烟气注入到洗涤塔的下部，烟气与海水及高比表面积亲水填料逆流接触，进行脱硫；S3、废海水底部排出，洁净烟气顶部排放，从源头上降低进入曝气池的亚硫酸根含量，提高硫酸根的含量，在工程上可显著降低曝气池的面积和体积，从而显著降低工程造价。
Description
技术领域
本发明涉及脱硫领域，具体是一种高比表面积船舶烟气海水脱硫工艺及系统。
背景技术
目前，全球范围内有85％的货物是通过海上运输完成的，全球有AIS船位的船舶大约有38万艘，万吨以上的船舶约有2.6万艘。中国籍国际航行船舶4309艘，万吨以上船舶1345艘，中国船东控制的船舶6103艘，万吨级以上船舶2517艘。中国境内一周活跃船舶12.17万艘，全球1万载重吨以上的船舶中，干散货船占38.85％，集装箱船占17.09％，油船占13.16％，这些船舶中以重质柴油为燃料的柴油机船舶保有量最多，船舶柴油机技术成熟，全球燃料供应链和船舶维修保养链最为完善，分布最广，技术人员和操作规程配置最好，几乎可以全球港口任意到达，据计算和统计航运船只每年约消耗3亿吨燃料油，由此产生大量含硫、硝和二氧化碳的废气，另据英国《经济学人》杂志的文章，15艘吨位最大的远洋巨轮排放的硫、氮氧化物就超出全球汽车的排放，因此全球远洋货轮都必须进行改造才能满足IMO排放限制，目前船舶烟气脱硫有多种可选对策：1、使用清洁低硫燃油，但清洁低硫燃油的高价格，如含硫0.5％海运轻柴油比含硫3.5％海运轻柴油的价格高1.16倍，由于高热值和高粘度的重质柴油含有大量2,4二苯并噻吩等高位阻硫化物，其脱硫费用很高，这一差价一般会长期保持70-300美元/吨，高昂的低硫价格船运公司难以接受，况且低硫柴油对柴油机的工作参数、热值、管道泄漏、润滑性以及船员健康等均有一定的影响，也不利于船用柴油机的保养，2、安装洗涤器脱除烟气中的污染物质，目前该法是普遍公认的最有前途的方法之一，通过在烟气出口安装洗涤塔将烟气中的各种有害污染物统统脱除，包括，烟碳、SO2、NOx、VOCs以及部分CO2等，其运行成本和投资与燃油硫含量成反比，燃油硫含量低，相应的洗涤塔投资和运行成本也低，这就避免了低硫燃油与高硫燃油的差价变小，选用低硫燃油可能导致的运行成本上涨，而是选用低硫燃油时烟气净化洗涤塔同步运行费用也急剧下降；3、采用双燃料系统，在公海航行中采用高含硫的重油，而在离海岸200海里内采用低含硫量的轻柴油，显然该法只能是一个过渡措施，随着实时检测手段的完善，船舶在公海航行中的烟气污染排放也将受到限制；4、岸电使用技术，船舶在靠泊期间停止使用船舶上的柴油发电机，改用陆地电源供电，从而减少废气排放量，很显然，该法只能船舶靠岸才有效；5、废气再循环技术(EGR)与共轨电控燃油喷射技术，可以降低部分NOx的排放，但增加燃油消耗与PM含量，目前还没有大规模采用；6、采用LNG动力系统，脱硫可满足IMO要求，但脱硝无法满足，船舶建造费用高，对安全性要求高。其经济性和安全性仍有待时间检验， 通过以上分析，可以得出安装海水洗涤器脱除船舶烟气中的污染物质是普遍公认的最好方法之一。2020年2月20日在伦敦的一次研讨会上讨论了洗涤塔的可靠性及其降低排放的效率，欧洲三大船东以其200多艘船装脱硫洗涤塔实际总结，烟气洗涤塔处理废气应用前景广泛，海水脱硫技术始于上世纪70年代，并很快在欧洲、美洲、亚洲等沿海电厂推广应用，众所周知，天然海水中含有大量的可溶性盐，通常呈碱性，自然碱度为1.2～2.5mmol/L,具有天然的酸碱缓冲能力及吸收SO2的能力，这是海水直接用于烟气脱硫的理论依据。
而海水脱硫过程的核心是烟气与海水的接触传质，该过程在气液接触传质设备中进行，填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备，具备分离效率高、阻力小、通量大、操作弹性大等特点，在气液初始分布良好的情况下几乎无放大效应，但传统的船舶烟气海水脱硫洗涤塔使用中，要满足IMO要求，液气比很高，一般10L/m ，即脱除1m 烟气中的硫需要喷淋10升的海水，导致填料洗涤塔体积和海水管道直径过于庞大以及附属设备众多等缺点，液气比高还造成海水泵的功率高，设备重和占地面积大，为此，我们提出一种高比表面积船舶烟气海水脱硫工艺及系统。
在已经公开的文件CN202121653495-一种一体化氨法脱硫除尘装置中，虽然也有喷淋的作用，但是此种喷淋装置在进行喷淋的视乎，只能在一个位置上进行喷淋，喷淋的不均匀，并且不能对处理塔的侧壁进行刮除，处理塔的内侧壁的沉积物无法被刮除。
发明内容
为了解决上述问题，本发明公开了一种高比表面积船舶烟气海水脱硫工艺及系统，有效提高洗涤塔内壁的清洁程度，提高海水喷淋的均匀性，提高脱硫效果。
本发明的技术方案为：一种高比表面积船舶烟气海水脱硫系统，包括洗涤塔，洗涤塔通过水管连接海水加热设备，海水加热设备通过水管连接有海水泵，洗涤塔的内部通过支撑架从上而下设有海水喷淋组件和高比表面积亲水填料，高比表面积填料表面涂覆有催化剂TiO2-Al2O3，海水喷淋组件包括支撑架和空心喷管，空心喷管通过转动结构来驱动，转动结构包括齿盘一和斜齿盘二，空心喷管上方为刮除结构，刮除结构包括刮板和抖动结构，抖动结构包括复位弹簧和弧形凸一。
进一步地，空心喷管等距均匀设置在空心圆盘的外侧，并与空心圆盘联通，空心喷管外壁等距均匀开设有多个喷口。
进一步地，空心圆盘的上方设有空心转轴，空心转轴上接近空心圆盘的位置设有多个通槽，空心转轴外围限位环设有空心套管，空心套管和空心转轴之间设有间隙，空心套管和水管导通，且空心套管、限位环和通槽之间为密封连接。
进一步地，空心转轴上部穿过支撑架，支撑架上方的空心转轴上设有齿盘一，齿盘一垂直啮合有斜齿盘二，斜齿盘二通过轴二穿过洗涤塔和外部的驱动电机相连接。
进一步地，空心转轴顶部内设有轴三，轴三上设有复位弹簧，复位弹簧上方的轴三上竖直设有滑槽，轴三上部和复位弹簧下部设有两个套环，上部的套环的内壁设有凸二，凸二在滑槽内并沿其滑动。
进一步地，两个套环上在同一平面内平行设有连接杆，连接杆一端设有刮板，刮板和洗涤塔的内壁紧密接触，刮板接近支撑架的一端设有弧形凸一，弧形凸一和支撑架上部的弧形槽相适配。
进一步地，洗涤塔为圆形塔，洗涤塔的顶部、下部和底部分别设有烟气出口、烟气入口和海水出口，海水泵通过水管和海水加热设备连接，海水加热设备通过水管和洗涤塔内的空心套管连通。
一种运用高比表面积船舶烟气海水脱硫系统的脱硫工艺，包括下列步骤：
S1：在洗涤塔的内部装入高比表面积亲水填料，通过海水加热设备给海水加热，启动驱动电机，驱动电机通过轴二带动斜齿盘二，斜齿盘二带动轴三底部的齿盘一转动，从而带动和轴三连接的刮板圆周运动，同时，复位弹簧带动轴三上的刮板底部的弧形凸一在支撑架上的弧形槽上上下抖动；
S2：通过水管将加热好的海水输送到空心套管，然后海水通过空心转轴上的通槽进入到空心圆盘，继而进入到和空心圆盘连接的空心喷管，并从空心喷管的喷口喷淋到高比表面积亲水填料上；
S3：将烟气注入到洗涤塔的下部，烟气与海水及高比表面积亲水填料在洗涤塔的内部逆流接触，进行脱硫反应，得到废海水和洁净烟气；
S4：废海水经所述洗涤塔的底部排出，洁净烟气经所述洗涤塔的顶部排放。
进一步地，洗涤塔下部的烟气温度为80℃，洗涤塔中与高比表面积亲水填料接触的烟气温度为60℃—80℃。
进一步地，高比表面积亲水填料的比表面积为2500m2/m3的亲水规整催化填料。
本发明的有益之处：1、本发明通过通过高比表面积填料表面涂覆有催化剂TiO2-Al2O3，可以很容易使烟道气内的SO2被催化氧化成SO3，从源头上降低进入曝气池的亚硫酸根含量，提高硫酸根的含量，减低脱硫海水的COD值，在工程上可显著降低曝气池的面积和体积，降低空气曝气量和降低新鲜海水的掺混量，从而显著降低工程造价，同时通过调节废海水的体积以及喷淋海水的初始温度来调节烟气的温度，进而以使处理过后的烟气无需进行二次升温处理，从而避免其在排放前还要经过再加热以防止腐蚀和保证足够的抬升高度的情况。
2、本发明通过转动结构和空心喷管，能够对内部进行均匀的喷洒，进而提高喷洒海水的均匀性，进而以使高比表面积亲水填料均能均匀粘连海水。
3、本发明电机带动齿盘的带动，从而带动轴三转动，进而以使带动刮板转动并抖动刮擦洗涤塔内壁，从而避免洗涤塔内壁堆积烟气沉积物，进而保证其内壁光滑。
4、本发明复位弹簧以及弧形凸一在弧形槽之间的相互配合，从而是的刮板能够大范围的对洗涤塔的内壁进行刮除，增大刮除面积，增加内壁的光滑度。
附图说明
图1为本发明示意图；
图2为本发明图1局剖结构示意图；
图3为本发明图2局剖结构示意图；
图4为本发明图3局剖结构示意图；
图5为本发明图4局剖结构示意图。
其中：1-洗涤塔；11-水管；2-高比表面积亲水填料；3-烟气入口；4-烟气出口；5-海水喷淋组件；51-支撑架；52-空心转轴；53-空心圆盘；54-空心喷管；55-通槽；56-限位环；57-空心套管；58-齿盘一；59-轴二；6-海水加热设备；61-海水泵；62-斜齿盘二；63-驱动电机；64-轴三；65-套环；66-连接杆；67-刮板；68-弧形凸一；69-弧形槽；71-复位弹簧；72-滑槽；73-凸二。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的保护范围的限定。
如图1-5所示，一种高比表面积船舶烟气海水脱硫系统，包括洗涤塔1，洗涤塔1通过水管11连接海水加热设备6，海水加热设备6通过水管11连接有海水泵61，洗涤塔1的内部通过支撑架51从上而下设有海水喷淋组件5和高比表面积亲水填料2，海水喷淋组件5包括支撑架51和空心喷管54，空心喷管54通过转动结构来驱动，转动结构包括齿盘一58和斜齿盘二62，空心喷管54上方为刮除结构，刮除结构包括刮板67和抖动结构，抖动结构包括复位弹簧71和弧形凸一68。
空心喷管54等距均匀设置在空心圆盘53的外侧，并与空心圆盘53联通，空心喷管54外壁等距均匀开设有多个喷口，
空心圆盘53的上方设有空心转轴52，空心转轴52上接近空心圆盘53的位置设有多个通槽55，空心转轴52外围限位环56设有空心套管57，空心套管57和空心转轴52之间设有间隙，空心套管57和水管11导通，且空心套管57、限位环56和通槽55之间为密封连接。
空心转轴52上部穿过支撑架51，支撑架51上方的空心转轴52上设有齿盘一58，齿盘一58垂直啮合有斜齿盘二62，斜齿盘二62通过轴二59穿过洗涤塔1和外部的驱动电机63相连接，启驱动电机带动63空心转轴转动，以使多根空心喷管54旋转喷淋。
空心转轴52顶部内设有轴三64，轴三64上设有复位弹簧71，复位弹簧71上方的轴三64上竖直设有滑槽72，轴三64上部和复位弹簧71下部设有两个套环65，上部的套环65的内壁设有凸二73，凸二73在滑槽72内并沿其滑动，转动空心转轴52带动刮板67刮擦洗涤塔1内壁，刮板67为金属材质或橡胶材质，当为橡胶材质的时候在刮擦洗涤塔1内壁时不易损伤其内壁，同时也可始终紧密接触其内壁。
两个套环65上在同一平面内平行设有连接杆66，连接杆66一端设有刮板67，刮板67和洗涤塔1的内壁紧密接触，刮板67接近支撑架51的一端设有弧形凸一68，弧形凸一68和支撑架51上部的弧形槽69相适配，以使多个弧形槽69凸起依次顶动所述弧形凸一68并配合所述复位弹簧71来带动所述刮板67抖动，进而以使刮板67上不易粘连堆积烟尘，从而保证其可持续稳定工作，从而避免洗涤塔1内壁堆积烟气沉积物，进而保证其内壁光滑。
洗涤塔1为圆形塔，洗涤塔1的顶部、下部和底部分别设有烟气出口4、烟气入口3和海水出口，海水泵61通过水管11和海水加热设备6连接，海水加热设备6通过水管11和洗涤塔1内的空心套管57连通。
一种运用高比表面积船舶烟气海水脱硫系统的脱硫工艺，包括下列步骤：
S1：在洗涤塔1的内部装入高比表面积亲水填料2，通过海水加热设备6给海水加热，启动驱动电机63，驱动电机63通过轴二59带动斜齿盘二62，斜齿盘二62带动轴三64底部的齿盘一58转动，从而带动和轴三64连接的刮板67圆周运动，同时，复位弹簧71带动轴三64上的刮板67底部的弧形凸一68在支撑架51上的弧形槽69上上下抖动；
S2：通过水管11将加热好的海水输送到空心套管57，然后海水通过空心转轴52上的通槽55进入到空心圆盘53，继而进入到和空心圆盘53连接的空心喷管54，并从空心喷管54的喷口喷淋到高比表面积亲水填料2上；
S3：将烟气注入到洗涤塔1的下部，烟气与海水及高比表面积亲水填料2在洗涤塔1的内部逆流接触，进行脱硫反应，得到废海水和洁净烟气；
S4：废海水经所述洗涤塔的底部排出，洁净烟气经所述洗涤塔的顶部排放，废海水还用于对烟气进行保温，通过调节废海水的体积以及喷淋海水的初始温度来调节所述烟气的温度。
洗涤塔1下部的烟气温度为80℃，洗涤塔1中与高比表面积亲水填料2接触的烟气温度为60℃—80℃，高比表面积亲水填料2的比表面积为2500m2/m3的亲水规整催化填料，高比表面积填料1表面涂覆有催化剂TiO2-Al2O3。
该催化填料传质快、浸润性好，有催化氧化活性、压降小、通量大、抗海水腐蚀、寿命长、操作液气小等特点；通过高比表面积填料表面涂覆有催化剂TiO2-Al2O3，可以很容易使烟道气内的SO2被催化氧化成SO3，从源头上降低进入曝气池的亚硫酸根含量，提高硫酸根的含量，减低脱硫海水的COD值，在工程上可显著降低曝气池的面积和体积，降低空气曝气量和降低新鲜海水的掺混量，从而显著降低工程造价，同时通过调节废海水的体积以及喷淋海水的初始温度来调节烟气的温度，进而以使处理过后的烟气无需进行二次升温处理，从而避免其在排放前还要经过再加热以防止腐蚀和保证足够的抬升高度的情况。
同时加热过后的海水由于温度较高，进而可影响反应效率，而通过启动驱动电机带动轴二转动，进而带动斜齿盘二转动，从而带动齿盘一转动，进而带动空心转轴转动，从而带动空心圆盘以及空心喷管转动喷洒海水，进而提高喷洒海水的均匀性，进而以使高比表面积亲水填料均能均匀粘连海水，同时带动轴三转动，进而以使带动刮板转动并抖动刮擦洗涤塔内壁，从而避免洗涤塔内壁堆积烟气沉积物，进而保证其内壁光滑。
Claims (7)
1.一种高比表面积船舶烟气海水脱硫系统，包括洗涤塔，所述洗涤塔通过水管连接海水加热设备，所述海水加热设备通过水管连接有海水泵，所述洗涤塔的内部通过支撑架从上而下设有海水喷淋组件和高比表面积亲水填料，其特征在于：所述高比表面积填料表面涂覆有催化剂TiO2-Al2O3，所述海水喷淋组件包括支撑架和空心喷管，所述空心喷管等距均匀设置在空心圆盘的外侧，所述空心圆盘的上方设有空心转轴，所述空心转轴上接近空心圆盘的位置设有多个通槽，所述空心转轴外围限位环设有空心套管，所述空心套管和空心转轴之间设有间隙，所述空心套管和水管导通，且空心套管、限位环和通槽之间为密封连接，所述空心转轴顶部内设有轴三，所述轴三上设有复位弹簧，所述复位弹簧上方的轴三上竖直设有滑槽，所述轴三上部和复位弹簧下部设有两个套环，上部所述的套环的内壁设有凸二，所述凸二在滑槽内并沿其滑动，两个所述套环上在同一平面内平行设有连接杆，所述连接杆一端设有刮板，所述刮板和洗涤塔的内壁紧密接触，所述刮板接近支撑架的一端设有弧形凸一，所述弧形凸一和支撑架上部的弧形槽相适配，所述空心喷管通过转动结构来驱动，所述转动结构包括齿盘一和斜齿盘二，所述空心喷管上方为刮除结构，所述刮除结构包括刮板和抖动结构，所述抖动结构包括复位弹簧和弧形凸一。
2.根据权利要求1所述的一种高比表面积船舶烟气海水脱硫系统，其特征在于：所述空心喷管与空心圆盘联通，所述空心喷管外壁等距均匀开设有多个喷口。
3.根据权利要求1所述的一种高比表面积船舶烟气海水脱硫系统，其特征在于：所述空心转轴上部穿过支撑架，所述支撑架上方的空心转轴上设有齿盘一，所述齿盘一垂直啮合有斜齿盘二，所述斜齿盘二通过轴二穿过洗涤塔和外部的驱动电机相连接。
4.根据权利要求1所述的一种高比表面积船舶烟气海水脱硫系统，其特征在于：所述洗涤塔为圆形塔，所述洗涤塔的顶部、下部和底部分别设有烟气出口、烟气入口和海水出口，所述海水泵通过水管和海水加热设备连接，所述海水加热设备通过水管和洗涤塔内的空心套管连通。
5.一种运用权利要求1所述的高比表面积船舶烟气海水脱硫系统的脱硫工艺，其特征在于，包括下列步骤：
S1：在洗涤塔的内部装入高比表面积亲水填料，通过海水加热设备给海水加热，启动驱动电机，驱动电机通过轴二带动斜齿盘二，斜齿盘二带动轴三底部的齿盘一转动，从而带动和轴三连接的刮板圆周运动，同时，复位弹簧带动轴三上的刮板底部的弧形凸一在支撑架上的弧形槽上上下抖动；
S2：通过水管将加热好的海水输送到空心套管，然后海水通过空心转轴上的通槽进入到空心圆盘，继而进入到和空心圆盘连接的空心喷管，并从空心喷管的喷口喷淋到高比表面积亲水填料上；
S3：将烟气注入到所述洗涤塔的下部，烟气与海水及高比表面积亲水填料在洗涤塔的内部逆流接触，进行脱硫反应，得到废海水和洁净烟气；
S4：废海水经所述洗涤塔的底部排出，洁净烟气经所述洗涤塔的顶部排放。
6.根据权利要求5所述的脱硫工艺，其特征在于：所述洗涤塔下部的烟气温度为80℃，所述洗涤塔中与高比表面积亲水填料接触的烟气温度为60℃—80℃。
7.根据权利要求5所述的脱硫工艺，其特征在于：所述高比表面积亲水填料的比表面积为2500m2/m3的亲水规整催化填料。
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