CN115318068A - 一种船舶柴油机排气净化耦合海水淡化技术及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种船舶柴油机排气净化耦合海水淡化技术及装置，涉及烟气净化和海水淡化领域，包括烟气余热回收制淡系统、烟气净化系统、淡水收集池和浓海水收集池。烟气余热回收制淡系统具有换热管、冷凝壁面、海水喷淋管路、淡水收集盘、淡水收集管道和浓海水收集管路。海水经由海水喷淋管路喷淋至换热管外表面，与换热管内的高温烟气换热，使海水蒸发并向上流动至冷凝壁面冷凝为淡水，滴入淡水收集盘，该盘满溢后经淡水收集管道落入淡水收集池中；未蒸发的海水，经由浓海水收集管路流动至浓海水收集池；从而完成烟气余热回收和海水淡化。被冷却后的烟气进入烟气净化系统，使用浓海水收集池中的浓海水对烟气进行净化处理之后，即可排至大气。

Description

一种船舶柴油机排气净化耦合海水淡化技术及装置

技术领域

本发明涉及烟气净化和海水淡化领域，具体而言，涉及一种船舶柴油机排气净化耦合海水淡化技术及装置。

背景技术

在“碳达峰、碳中和”的背景下，船舶废气的排放标准日益严苛。船舶柴油机排放的烟气一般由SOx、NOx、COx、HC以及烟尘颗粒等组成，其中SOx和NOx占较大比重。目前主流的烟气净化技术包括氧化吸收法、海水喷淋烟气净化技术、光催化技术等。其中，氧化吸收法是当前我国船舶烟气净化技术的主流，但由于氧化吸收法需要使用氧化剂氧化低价化合物，故也存在有降低船舶有效荷载量和增加运行成本等问题；其它烟气净化技术由于存在着这样或那样的不足，比如，虽然海水喷淋烟气净化技术的工艺流程简单、成本低、效率高、对环境污染较小，是一种很有前途的船舶烟气净化技术，但也存在当处理含硫量较高的船舶柴油机烟气时的净化效果较差、在低盐度海域时烟气净化脱硫效率不高等问题；光催化技术尚存在有运行成本过高、设备安全性能难以保证等问题，目前尚处于研究开发或技术熟化阶段。

远洋船舶在出海航行时，淡水装载量十分有限且长时间的储存水会带来安全隐患，为满足船舶辅机等设备和船员的日常生活需求，船舶上一般设有海水淡化装置制淡，而现有的海水淡化装置由于其体积大，淡化海水的能耗大、成本高，进而会降低船舶的运载能力和经济性。

为了解决上述技术问题，现有技术中202010351891.0公开了一种船舶烟气净化与海水淡化复合系统，其包括脱硫塔、换热器、浓海水蓄水箱和淡水蓄水箱。换热器上设有海水淡化装置和烟气通道，烟气通道两端分别为烟气一级进气口和烟气一级排气口；海水淡化装置具有换热壁、冷凝壁、海水喷淋管路和淡水收集槽和浓海水收集槽。烟气依次进入换热器和脱硫塔。海水喷淋管路喷淋海水在换热壁上，吸收换热壁另一面传递的高温烟气热量，蒸发并在冷凝壁冷凝落入淡水收集槽，未蒸发的海水落入浓海水收集槽。淡水收集槽连通于淡水蓄水箱。浓海水收集槽连通于浓海水蓄水箱。实现海水淡化，获得淡水。脱硫塔设有烟气净化装置、烟气二级进气口和烟气二级排气口，且浓海水蓄水箱连通于烟气净化装置，换热后的烟气从烟气一级排气口排出经由烟气二级进气口进入烟气净化装置中，经烟气净化装置净化后由烟气二级排气口排出。

上述公开的船舶烟气净化与海水淡化复合系统，海水经由海水喷淋管路喷淋在换热壁上进行换热并蒸发，蒸发后的海水在冷凝壁冷凝形成淡水将落入淡水收集槽，未蒸发的海水将落入浓海水收集槽，其虽解决了海水淡化的问题，但海水喷淋在换热壁上时与换热壁接触面积较小，导致海水淡化效率不高；同时换热后的烟气从烟气一级排气口排出经由烟气二级进气口进入烟气净化装置中，经烟气净化装置净化后由烟气二级排气口排出，其虽解决了烟气净化的问题，但并不能保证烟气能够快速进入烟气净化装置，进而导致烟气净化效率不高。

发明内容

本发明公开了一种船舶柴油机排气净化耦合海水淡化技术及装置，旨在改善上述技术问题

本发明采用了如下方案：

一种船舶柴油机排气净化耦合海水淡化技术及装置，其特征在于，包括烟气余热回收制淡系统、烟气净化系统、淡水收集池和浓海水收集池；

所述烟气余热回收制淡系统包括换热区和冷凝区；所述烟气余热回收制淡系统内的烟气通道两端分别为第一烟气进气口和第一烟气排气口；所述换热区包括连接管、换热管、海水进水管道和第一雾化喷嘴；所述连接管一端与海水进水管道相连，另一端与第一雾化喷嘴相连；所述换热管内为烟气通道，所述换热管外表面为海水蒸发壁面，所述换热管管壁为换热面，所述浓海水收集管设于换热区下方；所述冷凝区包括海水贮存室、冷凝壁面、海水出水口、海水进水口、第一淡水收集盘、第二淡水收集盘和淡水收集管道；所述海水进水口开设于海水贮存室的上方，所述海水出水口开设于海水贮存室的下方；所述第一淡水收集盘设于所述冷凝壁面下方，所述第二淡水收集盘设于所述第一淡水收集盘下方，所述淡水收集管道与第二淡水收集盘相连；

所述第一雾化喷嘴为旋芯式细水雾喷嘴；

所述淡水收集管道与淡水收集池相连；所述浓海水收集管与浓海水收集池相连；

所述浓海水收集池与所述烟气净化系统相连，所述烟气净化系统上设有与第一烟气排气口相连通的第二烟气进气口，及用于烟气导流的导流件。

作为进一步改进，所述第一淡水收集盘的外端未超过第二淡水收集盘的内边沿。

作为进一步改进，所述导流件为导流板，所述导流板的数量至少为一个。

作为进一步改进，所述烟气净化系统包括第一浓海水进水管、第二浓海水进水管及烟气进气区，所述第一浓海水进水管、第二浓海水进水管均与所述浓海水收集池相连；所述第二烟气进气口设在所述烟气进气区的侧壁上，所述导流板设置在所述烟气进气区的内部。

作为进一步改进，所述烟气净化系统包括反应区，所述反应区内设有多个气动乳化脱硫筒。

作为进一步改进，所述气动乳化脱硫筒内设有湍流器和多个第二雾化喷嘴，每个所述第二雾化喷嘴均与所述第一浓海水进水管连通，同时下方均配有湍流器。

作为进一步改进，所述烟气净化系统包括洗涤区，所述洗涤区包括电极、高压静电发生器及多个第三雾化喷嘴；所述第三雾化喷嘴为静电雾化喷嘴，并与第二浓海水进水管连通；所述电极一端与第三雾化喷嘴连接，另一端与高压静电发生器并联，所述高压静电发生器接地。

作为进一步改进，所述烟气净化系统还包括除雾区和用于将烟气排出的烟气排气区，所述除雾区设有带弯钩折流板式除雾器。

作为进一步改进，所述烟气净化系统外部设有壳体，所述壳体内由下至上依次为浆液区、烟气进气区、反应区、洗涤区、除雾区及烟气排气区。

通过采用上述技术方案，本发明可以取得以下技术效果：

1、实现船舶烟气余热回收、海水淡化及烟气净化一体化，装置结构紧凑、成本低廉、功能性强；

2、节能环保，利用烟气余热制淡，用海水为脱硫剂，尤其是采用制淡后的浓盐度海水来脱硫，避免了船舶在低盐度海域航行时脱硫效率低的问题，同时采用海水做脱硫吸收剂，就地取材，减轻船舶携带重量，成本低。

3、第一雾化喷嘴采用细水雾喷嘴，使得水雾更细，增加了海水与换热管管壁的接触面积，进一步提高了海水淡化制淡率。

4、烟气净化系统内设有导流件，能够确保换热后的烟气高效率进入烟气净化系统中的反应区并对换热后的烟气进行净化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明的船舶柴油机排气净化耦合海水淡化技术及装置的整体结构示意图；

图2是图1中的烟气余热回收制淡系统的结构示意图；

图3是图1中的烟气净化系统的结构示意图。

图4是洗涤区实施例3的壳体电极材料铺设区设置在烟气净化系统塔壁的结构示意图。

图5是洗涤区实施例3的壳体电极材料铺设区布置情况的截面图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

实施例

结合图1，本发明第一实施例提供一种船舶柴油机排气净化耦合海水淡化技术及装置，包括烟气余热回收制淡系统1、烟气净化系统2、淡水收集池3和浓海水收集池4。

结合图2，烟气余热回收制淡系统1包括换热区13和冷凝区14；烟气余热回收制淡系统1内的烟气通道两端分别为第一烟气进气口11和第一烟气排气口12，便于冷却后的烟气从第一烟气排气口12进入烟气净化系统2。换热区13包括连接管131、换热管133、海水进水管道130和第一雾化喷嘴132，连接管131一端与海水进水管道130相连，另一端与第一雾化喷嘴132相连。换热管133内为烟气通道，外表面为海水蒸发壁面，管壁为换热面，浓海水收集管16设于换热区13下方并与浓海水收集池4相连通。冷凝区14包括海水贮存室151、冷凝壁面152、海水出水口153、海水进水口150、第一淡水收集盘140、第二淡水收集141和淡水收集管道142；海水进水口150开设于海水贮存室151的上方，以供源源不断的常温海水；海水出水口153开设于海水贮存室151的下方，将换热后的海水引出。冷凝壁面152为高温海水蒸汽的冷凝壁面，第一淡水收集盘140设于冷凝壁面152下方，第二淡水收集141设于第二淡水收集盘140下方，淡水收集管道142与第二淡水收集盘141相连，便于收集盘内的水满溢后经淡水收集管道142落入淡水收集池3中。

海水从海水进水管道130进入连接管131经由第一雾化喷嘴132喷出，连接管131环状布置在换热管133外侧，纵向约有7-9环、或4-6环或10-12环等，本发明不做具体限制；且每一环约有10-15个第一雾化喷嘴132或5-9个第一雾化喷嘴132等，本发明不做具体限制。第一雾化喷嘴132优选旋芯式细水雾喷嘴，且细水雾喷嘴采用高压细水雾技术，有效增加海水与换热管133管壁的接触面积，水雾更细，进一步提高海水淡化制淡率。

第一淡水收集盘140呈中间低两侧高并有一圈小帽檐的形状，第二淡水收集盘141为倾斜向下的大帽檐结构，第一淡水收集盘140的小帽檐外端未超过第二淡水收集盘141大帽檐的内边缘。第二淡水收集盘141与淡水收集管道142相连。

海水贮存室151内由海水出水口153可与海水进水管道130相连，这部分海水温度高于常温海水，更容易受热蒸发。

优选地，本船舶柴油机排气净化耦合海水淡化技术及装置可以根据船舶烟气热能和流量调整优化换热管133管束和第一雾化喷嘴132的尺寸及布置情况，以确保充分利用船舶柴油机烟气的废热。

优选地，本船舶柴油机排气净化耦合海水淡化技术及装置所用淡水收集池3、浓海水收集池4均采用耐腐蚀塑料材质。烟气余热回收制淡系统1壁面优选耐腐蚀304不锈钢材质。换热管133优选钛合金、不锈钢或碳钢或耐腐蚀非金属导热元器件等。以上均为优选案例，不限此优选例。

结合图3，浓海水收集池4通过第一浓海水进水管241、第二浓海水进水管250与烟气净化系统2相连，烟气净化系统2包括外部壳体21，且壳体21内由下至上依次为浆液区22、烟气进气区23、反应区24、洗涤区25、除雾区26、烟气排气区27。烟气进气区23侧壁上设有第二烟气进气口230，第二烟气进气口230与烟气余热回收制淡系统1的第一烟气排气口12相连，且烟气进气区23设有导流板231用于导流烟气，让烟气能够快速进入反应区24。

优选地，烟气进气区23设置三个导流板231。导流板231优选耐腐蚀的不锈钢材质。导流板231的弯度可根据进气区23的截面尺寸及气动乳化脱硫筒240的进气位置优化调整。

反应区24设有多个气动乳化脱硫筒240。气动乳化脱硫筒240设有第二雾化喷嘴242、湍流器243，湍流器243内部设有扇叶叶片，可通过调整扇叶叶片调整湍流器243的湍流强度。浓海水从浓海水收集池4中经由浆液循环泵进入第一浓海水进水管241，从第二雾化喷嘴242喷出，与自下而上进入湍流器243的烟气反应，完成烟气净化处理。

第二雾化喷嘴242有多个，每个第二雾化喷嘴242下方均配备一个湍流器243。在一个优选实施例中，烟气净化系统2的反应区24设置六个气动乳化脱硫筒240，每个气动乳化脱硫筒240配备上下两个湍流器243，每个湍流器243配备一个第二雾化喷嘴242。且反应区24的气动乳化脱硫筒240数量也可以为4个、5个或8个等，本发明不做具体限制。

优选地，第二雾化喷嘴242选用陶瓷材质的螺旋喷嘴。不局限于本实施例，也可采用其他材质的其他雾化喷嘴，本发明不作具体限定。

离开反应区24的烟气进入洗涤区25。

洗涤区实施例1：

洗涤区25设有第二浓海水进水管250和多个第三雾化喷嘴251，第三雾化喷嘴251可为螺旋喷嘴等，本专利不作具体限定。进入第二浓海水进水管250的浓海水由第三雾化喷嘴251喷出，与排出反应区24由下至上移动的烟尘颗粒逆向接触完成烟气的二次洗涤。

洗涤区实施例2：

洗涤区25设有第二浓海水进水管250、第三雾化喷嘴251、电极252、高压静电发生器253。本实施例的第三雾化喷嘴251为静电雾化喷嘴。多个第三雾化喷嘴251用于喷淋浓海水并二次洗涤排出反应区24的烟气。所述高压静电发生器253接地，洗涤区25的塔壁21需设置绝缘材料。电极252优选环状电极，各电极252通过电线并联至高压静电发生器253。当浓海水从第三雾化喷嘴251喷出并经过电极252带电后，吸附由下至上的烟尘颗粒，完成烟气的二次洗涤。本实施例的电极252布置方式仅为本专利的实施例的其中一个，不仅局限于本实施例。

洗涤区实施例3：

洗涤区25设有第二浓海水进水管250、第三雾化喷嘴251、高压静电发生器253。本实施例的第三雾化喷嘴251为静电雾化喷嘴。多个第三雾化喷嘴251用于喷淋浓海水并二次洗涤排出反应区24的烟气。所述高压静电发生器253接地。请参考图4、图5。壳体电极材料铺设区A包括绝缘层a、电极材料b、绝缘壳体c。在壳体前后对称内嵌圆心角为90°的电极材料b，电极材料b内铺设绝缘层a。电极材料b与高压静电发生器253相连接。当浓海水从第三雾化喷嘴251喷出经过壳体电极材料铺设区后，浓海水颗粒带电，吸附由下至上的烟尘颗粒，完成烟气的二次洗涤。

离开洗涤区25的烟气进入除雾区26。

除雾区26设有带弯钩折流板式除雾器260,弯钩的存在可以改变烟气流体流向，增大水汽与折流板的接触面积，提高烟气中液体的捕集效率，提升除雾率。优选地，除雾器260采用不锈钢材质，弯钩处高度与竖直高度相同。

本发明的船舶柴油机排气净化耦合海水淡化技术及装置的工作流程如下：

1.船舶柴油机尾气由第一烟气进气口11送入烟气通道，同时海水由原海水抽水泵抽入海水进水管道130，经由每一环连接管131和旋芯式细水雾喷嘴喷出至换热管133管束外表面，常温海水(25℃左右)与管内高温烟气(300℃左右)在换热管133管壁上完成换热，管外海水受热蒸发，在压力作用下，向上移动至冷凝壁面152，高温海水蒸汽遇海水贮存室151内的常温海水后在冷凝壁面152冷凝成淡水水滴，滴落至第一淡水收集盘140和第二淡水收集盘141。第一淡水收集盘140为中间低两侧高的形状，部分滴落至第一淡水收集盘140的淡水盛满第一淡水收集盘140后溢出，在重力作用下将沿着第一淡水收集盘140的小帽檐流落至第二淡水收集盘141的大帽檐，再经由淡水收集管道142收集至淡水收集池3。在换热管133外表面未被蒸发的海水，即浓海水将沿着换热管133外表面流落至烟气余热回收制淡系统1底部，进而流入浓海水收集池4,完成烟气余热回收及海水淡化。

2.进气区：经过烟气余热回收制淡系统1烟气管道的烟气从第一烟气排气口12排出，再由第二烟气进气口230进入烟气净化系统2中，在风机和导流板231的作用下烟气自下而上进入反应区24内的气动乳化脱硫筒240中。

反应区：第一浓海水进水管241与浓海水收集池4相连通，在浆液循环泵的作用下，将浓海水经由第一浓海水进水管241由上下两级第二雾化喷嘴242喷出，经过上下两级湍流器243时，浓海水雾滴被扇叶叶片反复旋切，形成乳化层，酸性烟气与碱性浓海水相遇并完成酸碱中和反应，脱除烟气中的酸性污染气体并捕集部分烟尘颗粒，完成反应区24的一次烟气净化。喷淋后的浓海水在重力作用下落入浆液区22。

洗涤区：离开反应区24气动乳化脱硫筒240的烟气进入洗涤区25。第二浓海水进水管250与浓海水收集池4相连通，在浆液循环泵的作用下，将浓海水经由第二浓海水进水管250由第三雾化喷嘴251喷出。高压静电发生器253通过电线使电极252带电后，荷电给经过第三雾化喷嘴251喷出的浓海水液滴，吸附烟气中的烟尘颗粒和酸性污染气体，完成烟气的二次洗涤。喷淋后的浓海水在重力作用下落入浆液区22。

除雾区：离开洗涤区25的烟气进入除雾区26。随着烟气在带弯钩折流板式除雾器260内部不断上升的过程中，烟气中夹带的水蒸气被冷凝落入浆液区22中，部分溶于水的硫氧化物、氮氧化物也随冷凝水落入浆液区22，完成烟气除雾。

3.除雾后的烟气将先后进入烟气排气区27最终被排入大气。

4.浆液区22内的废海水在经过暴晒、过滤等处理后，经海水检测仪检测达标后方可排入大海。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种船舶柴油机排气净化耦合海水淡化技术及装置，其特征在于，包括烟气余热回收制淡系统(1)、烟气净化系统(2)、淡水收集池(3)和浓海水收集池(4)；

所述烟气余热回收制淡系统(1)包括换热区(13)和冷凝区(14)；所述烟气余热回收制淡系统(1)内的烟气通道两端分别为第一烟气进气口(11)和第一烟气排气口(12)；所述换热区(13)包括连接管(131)、换热管(133)、海水进水管道(130)和第一雾化喷嘴(132)；所述连接管(131)一端与海水进水管道(130)相连，另一端与第一雾化喷嘴(132)相连；所述换热管(133)内为烟气通道，所述换热管(133)外表面为海水蒸发壁面，所述换热管(133)管壁为换热面，所述浓海水收集管(16)设于换热区(13)下方；所述冷凝区(14)包括海水贮存室(151)、冷凝壁面(152)、海水出水口(153)、海水进水口(150)、第一淡水收集盘(140)、第二淡水收集盘(141)和淡水收集管道(142)；所述海水进水口(150)开设于海水贮存室(151)的上方，所述海水出水口(153)开设于海水贮存室(151)的下方；所述第一淡水收集盘(140)设于所述冷凝壁面(152)下方，所述第二淡水收集盘(141)设于所述第一淡水收集盘(140)下方，所述淡水收集管道(142)与第二淡水收集盘(141)相连；

所述第一雾化喷嘴(132)为旋芯式细水雾喷嘴；

所述淡水收集管道(142)与淡水收集池(3)相连；所述浓海水收集管(16)与浓海水收集池(4)相连；

所述浓海水收集池(4)与所述烟气净化系统(2)相连，所述烟气净化系统(2)上设有与第一烟气排气口(12)相连通的第二烟气进气口(230)，及用于烟气导流的导流件。

2.根据权利要求1所述的船舶柴油机排气净化耦合海水淡化技术及装置，其特征在于，所述第一淡水收集盘(140)的外端未超过第二淡水收集盘(141)的内边沿。

3.根据权利要求1所述的船舶柴油机排气净化耦合海水淡化技术及装置，其特征在于，所述导流件为导流板(231)，所述导流板(231)的数量至少为一个。

4.根据权利要求3所述的船舶柴油机排气净化耦合海水淡化技术及装置，其特征在于，所述烟气净化系统(2)包括第一浓海水进水管(241)、第二浓海水进水管(250)及烟气进气区(23)，所述第一浓海水进水管(241)、第二浓海水进水管(250)均与所述浓海水收集池(4)相连；所述第二烟气进气口(230)设在所述烟气进气区(23)的侧壁上，所述导流板(231)设置在所述烟气进气区(23)的内部。

5.根据权利要求4所述的船舶柴油机排气净化耦合海水淡化技术及装置，其特征在于，所述烟气净化系统(2)包括反应区(24)，所述反应区(24)内设有多个气动乳化脱硫筒(240)。

6.根据权利要求5所述的船舶柴油机排气净化耦合海水淡化技术及装置，其特征在于，所述气动乳化脱硫筒(240)内设有湍流器(243)和多个第二雾化喷嘴(242)，每个所述第二雾化喷嘴(242)均与所述第一浓海水进水管(241)连通，同时下方均配有湍流器(243)。

7.根据权利要求5所述的船舶柴油机排气净化耦合海水淡化技术及装置，其特征在于，所述烟气净化系统(2)包括洗涤区(25)，所述洗涤区(25)包括电极(252)、高压静电发生器(253)及多个第三雾化喷嘴(251)；所述第三雾化喷嘴(251)为静电雾化喷嘴，并与第二浓海水进水管(250)连通；所述电极(252)一端与第三雾化喷嘴(251)连接，另一端与高压静电发生器(253)并联，所述高压静电发生器(253)接地。

8.根据权利要求7所述的船舶柴油机排气净化耦合海水淡化技术及装置，其特征在于，所述烟气净化系统(2)还包括除雾区(26)和用于将烟气排出的烟气排气区(27)，所述除雾区(26)设有带弯钩折流板式除雾器(260)。

9.根据权利要求8所述的船舶柴油机排气净化耦合海水淡化技术及装置，其特征在于，所述烟气净化系统(2)外部设有壳体(21)，所述壳体(21)内由下至上依次为浆液区(22)、烟气进气区(23)、反应区(24)、洗涤区(25)、除雾区(26)及烟气排气区(27)。

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