CN117722267A - 一种船舶尾气处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种船舶尾气处理装置，所述船舶包括柴油机和尾气处理装置，所述尾气处理装置包括脱硫罐和协同处理模块；协同处理模块包括CO处理装置、颗粒捕集器和脱硝装置；所述柴油机、脱硫罐、协同处理模块依次通过管道连接。根据对尾气的监测实现不同的尾气处理模式，实现有针对性的高效率的尾气处理。
Description
技术领域
本发明涉及船舶领域，具体涉及一种船舶尾气处理装置。
背景技术
海上交通运输在国际经济发展中发挥重要作用，船舶是海上运输业重要运输工具。目前，大多数商用船舶的动力设备是柴油机，柴油机具有高热效率、高经济性等优点，因此在船舶上具有广泛的运用。
柴油机在燃烧过程中会排放氮氧化物（NOx）、固体颗粒物（PM）、硫氧化物（SOx）、一氧化碳等多种污染物。国际海事组织IMO在MARPOL公约的附则VI《防止船舶造成空气污染规则》就对船舶排放的污染物进行了限制，为使得船舶尾气符合排放要求，需要对船舶尾气进行处理。船舶尾气处理的技术有很多，针对氮氧化物的燃烧处理、SCR法、针对硫氧化物的低硫燃料油、干法脱硫、海水洗涤法等，但缺少针对污染物的协同处理装置。
因此，本发明针对上述问题，结合船舶尾气排放监测技术，提供了一种船舶尾气处理装置。
发明内容
基于上述问题，本发明提供一种船舶尾气处理装置，用于实现船舶尾气污染物的协同处理。
为达到上述目的，提供一种船舶尾气处理装置，所述船舶包括柴油机和尾气处理装置，所述尾气处理装置包括脱硫罐和协同处理模块；协同处理模块包括CO处理装置、颗粒捕集器和脱硝装置；所述柴油机、脱硫罐、协同处理模块依次通过管道连接；所述脱硫罐用于处理柴油机尾气中的SOx，所述CO处理装置用于处理柴油机尾气中的CO，所述颗粒捕集器用于处理柴油机尾气中的PM，所述脱硝装置用于处理柴油机尾气中的NOx;所述协同处理模块还包括控制器、颗粒传感器、NOx传感器、温度传感器、压力传感器、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀；所述颗粒传感器设置在脱硫罐和所述协同处理模块之间，用于监测尾气中颗粒值；所述第一电磁阀设置在所述颗粒传感器和所述颗粒捕集器之间，所述第二电磁阀设置在所述颗粒传感器和所述CO处理装置之间，所述第三电磁阀设置在所述颗粒捕集器和所述脱硝装置之间，所述第四电磁阀设置在所述CO处理装置和所述脱硝装置之间；所述颗粒捕集器和所述CO处理装置之间设置相互联通的管道；当脱硫处理后的尾气中的颗粒值大于等于阈值时，打开第一电磁阀和第四电磁阀，关闭第二电磁阀和第三电磁阀；当脱硫处理后的尾气中的颗粒值小于阈值时，相反地，关闭第一电磁阀和第四电磁阀，打开第二电磁阀和第三电磁阀。
进一步地，所述脱硫罐包括罐体、安装在罐体底部的尾气入口法兰、安装在尾气入口法兰上方的液体收集段、位于液体收集段上方的气液混合段、位于气液混合段上方的气液分离段以及位于气液分离段上方且安装在罐体顶部的尾气出口法兰；所述液体收集段、气液混合段和气液分离段均位于罐体内部；所述液体收集段包括液体分离器，所述液体分离器采用旋翼式液体分离器，通过安装支架固定在罐体的内壁上，所述液体分离器的上端设置有滤网；所述液体收集段的罐体侧壁上设置有液体出口；所述气液混合段的罐体内壁上设置沿轴向的丝杆，所述气液混合段内设置有液体喷洒装置，所述液体喷洒装置包括喷洒主体，所述喷洒主体用于容纳氢氧化钠溶液，所述喷洒主体下端设置有均布的多个喷头，所述喷洒主体的侧面连接有螺母，所述螺母安装在丝杆上，所述喷洒主体上端设置有连接管，用于输送氢氧化钠溶液；所述气液分离段设置有除湿器。
进一步地，所述CO处理装置采用氧化催化剂技术，将尾气中的CO氧化为CO2，氧化催化剂技术以三氧化二铝和铈锆固溶体作为载体，采用铂金作为活性组分。
进一步地，所述颗粒捕集器采用壁流式结构，当尾气通过颗粒捕集器时，通道壁面过滤捕集PM。
进一步地，所述脱硝装置采用选择性催化还原脱硝技术，所述脱硝装置包括尿素罐、尿素泵、SCR催化器、SCR控制单元和喷嘴；经过颗粒捕集器/CO处理装置的柴油机尾气和SCR催化器之间泵入尿素水，尿素水在高温下分解为尿素晶体，尿素晶体热解生成氨气和异氰酸，异氰酸水解产生氨气和二氧化碳；氨气和柴油机尾气混合后进入SCR催化器，在催化剂的催化作用下发生反应，生成氮气和水。
进一步地，所述温度传感器设置在所述脱硝装置的入口，所述压力传感器和NOx传感器设置在所述脱硝装置的出口。
进一步地，所述脱硫罐采用钠碱法脱硫，以氢氧化钠溶液为脱硫剂吸收船舶尾气中的硫氧化物，钠碱系统吸收硫氧化物的产物为Na2SO3、NaHSO3和Na2SO4。
进一步地，所述控制器与所述第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、温度传感器、压力传感器、NOx传感器连接。
进一步地，所述尾气进入颗粒捕集器中的流速控制在1-3m/s。
进一步地，所述氨气和柴油机尾气混合气体在脱硝装置中停留时间不低于0.7s。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1）本发明通过脱硫罐和协同处理系统全面地对船舶尾气的主要污染物进行处理，使船舶尾气在后处理后达到排放标准；
2）脱硫罐通过设置可上下移动的液体喷洒装置，可以实现船舶尾气和氢氧化钠溶液的充分接触，提高脱硫效率；
3）协同处理系统针对非硫污染物处理时根据颗粒物浓度调整处理模式，适应不同的船舶和不同的尾气情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明一些实施方式，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的附图。
图1为一种船舶尾气处理装置的整体示意图；
图2为脱硫罐的结构示意图；
图3为脱硝装置的脱硝原理图；
图中：罐体1、尾气入口法兰2、液体收集段3、气液混合段4、气液分离段5、尾气出口法兰6、液体分离器7、安装支架8、滤网9、液体出口10、丝杆11、液体喷洒装置12、喷洒主体121、喷头122、螺母123、连接管124、除湿器13。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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的一部分，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的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。
参见图1，一种船舶尾气处理装置，所述船舶包括柴油机和尾气处理装置，所述尾气处理装置包括脱硫罐和协同处理模块；协同处理模块包括CO处理装置、颗粒捕集器和脱硝装置；所述柴油机、脱硫罐、协同处理模块依次通过管道连接；所述脱硫罐用于处理柴油机尾气中的SOx，所述CO处理装置用于处理柴油机尾气中的CO，所述颗粒捕集器用于处理柴油机尾气中的PM，所述脱硝装置用于处理柴油机尾气中的NOx;所述协同处理模块还包括控制器、颗粒传感器、NOx传感器、温度传感器、压力传感器、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀；所述颗粒传感器设置在脱硫罐和所述协同处理模块之间，用于监测尾气中颗粒值；所述第一电磁阀设置在所述颗粒传感器和所述颗粒捕集器之间，所述第二电磁阀设置在所述颗粒传感器和所述CO处理装置之间，所述第三电磁阀设置在所述颗粒捕集器和所述脱硝装置之间，所述第四电磁阀设置在所述CO处理装置和所述脱硝装置之间；所述颗粒捕集器和所述CO处理装置之间设置相互联通的管道；当颗粒传感器监测到的脱硫处理后的尾气中的颗粒值大于等于阈值时，打开第一电磁阀和第四电磁阀，关闭第二电磁阀和第三电磁阀，使得尾气先经过颗粒捕集器再经过CO处理装置；当颗粒传感器监测到的脱硫处理后的尾气中的颗粒值小于阈值时，相反地，关闭第一电磁阀和第四电磁阀，打开第二电磁阀和第三电磁阀，使得尾气先经过CO处理装置再经过颗粒捕集器。最后进入脱硝装置进行脱硝处理。
参见图2，所述脱硫罐包括罐体1、安装在罐体1底部的尾气入口法兰2、安装在尾气入口法兰2上方的液体收集段3、位于液体收集段3上方的气液混合段4、位于气液混合段4上方的气液分离段5以及位于气液分离段5上方且安装在罐体1顶部的尾气出口法兰6；所述液体收集段3、气液混合段4和气液分离段5均位于罐体1内部；所述液体收集段3包括液体分离器7，所述液体分离器7采用旋翼式液体分离器，通过安装支架8固定在罐体1的内壁上，所述液体分离器7的上端设置有滤网9；所述液体收集段3的罐体1侧壁上设置有液体出口10；所述气液混合段4的罐体1内壁上设置沿轴向的丝杆11，所述气液混合段4内设置有液体喷洒装置12，所述液体喷洒装置12包括喷洒主体121，所述喷洒主体121用于容纳氢氧化钠溶液，所述喷洒主体121下端设置有均布的多个喷头122，所述喷洒主体121的侧面连接有螺母123，所述螺母123安装在丝杆11上，所述喷洒主体121上端设置有连接管124，用于输送氢氧化钠溶液；所述气液分离段5设置有除湿器13。
脱硫罐的具体脱硫过程如下：船舶的柴油机尾气通过尾气入口法兰2进入罐体1内部，首先经过液体分离器7，带动旋翼式液体分离器9转动，而后经过滤网9，使得进入气液混合段4的尾气更加均匀。启动丝杆11（丝杆的驱动机构在此不作介绍，是本领域的公知常识），丝杆11带动螺母123沿着丝杆11在罐体1内的气液混合段4沿罐体1的竖直方向上下运动，与此同时，氢氧化钠溶液经过连接管124进入喷洒主体121内，打开液体喷洒装置12上的喷头122，之后氢氧化钠溶液经过喷头122进行喷洒，氢氧化钠溶液与尾气充分接触，氢氧化钠溶液与尾气中的硫化物进行充分反应。为进一步提高气液混合效率，可以将喷头设置为在水平面内360度旋转。以氢氧化钠溶液为脱硫剂吸收船舶尾气中的硫氧化物。最后，气流经过除湿器进行除湿处理，除去脱硫后尾气中的水汽，并从尾气出口法兰流出，进入协同处理模块。在上述过程中，气液充分混合后剩余的液体会在重力的作用下最后经液体分离器7后沿着罐体的内壁进入液体收集段3，最后从液体出口10流出。
所述脱硫罐采用钠碱法脱硫，以氢氧化钠溶液为脱硫剂吸收船舶尾气中的硫氧化物，钠碱系统吸收硫氧化物的产物为Na2SO3、NaHSO3和Na2SO4。
所述CO处理装置采用氧化催化剂技术，将尾气中的CO氧化为CO2，氧化催化剂技术以三氧化二铝和铈锆固溶体作为载体，采用铂金作为活性组分。所述颗粒捕集器采用壁流式结构，当尾气通过颗粒捕集器时，通道壁面过滤捕集PM。所述尾气进入颗粒捕集器中的流速控制在1-3m/s。
参见图3，所述脱硝装置采用选择性催化还原脱硝技术，所述脱硝装置包括尿素罐、尿素泵、SCR催化器、SCR控制单元和喷嘴；在经过颗粒捕集器/CO处理装置的柴油机尾气和SCR催化器之间泵入尿素水，尿素水在高温下分解为尿素晶体，尿素晶体热解生成氨气和异氰酸，异氰酸水解产生氨气和二氧化碳；氨气和柴油机尾气混合后进入SCR催化器，在催化剂的催化作用下发生反应，生成氮气和水。所述温度传感器设置在所述脱硝装置的入口，所述压力传感器和NOx传感器设置在所述脱硝装置的出口。所述控制器与所述第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、温度传感器、压力传感器、NOx传感器连接。所述氨气和柴油机尾气混合气体在脱硝装置中停留时间不低于0.7s。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，应当理解，本发明公开的申请的优选实施例是对本发明的实施方案的原理的说明，并不用于限制本发明。凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1. 一种船舶尾气处理装置，所述船舶包括柴油机和尾气处理装置，所述尾气处理装置包括脱硫罐和协同处理模块；协同处理模块包括CO处理装置、颗粒捕集器和脱硝装置；所述柴油机、脱硫罐、协同处理模块依次通过管道连接；所述脱硫罐用于处理柴油机尾气中的SOx，所述CO处理装置用于处理柴油机尾气中的CO，所述颗粒捕集器用于处理柴油机尾气中的PM，所述脱硝装置用于处理柴油机尾气中的NOx; 其特征在于，所述协同处理模块还包括控制器、颗粒传感器、NOx传感器、温度传感器、压力传感器、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀；所述颗粒传感器设置在脱硫罐和所述协同处理模块之间，用于监测尾气中颗粒值；所述第一电磁阀设置在所述颗粒传感器和所述颗粒捕集器之间，所述第二电磁阀设置在所述颗粒传感器和所述CO处理装置之间，所述第三电磁阀设置在所述颗粒捕集器和所述脱硝装置之间，所述第四电磁阀设置在所述CO处理装置和所述脱硝装置之间；所述颗粒捕集器和所述CO处理装置之间设置相互联通的管道；当脱硫处理后的尾气中的颗粒值大于等于阈值时，打开第一电磁阀和第四电磁阀，关闭第二电磁阀和第三电磁阀；当脱硫处理后的尾气中的颗粒值小于阈值时，相反地，关闭第一电磁阀和第四电磁阀，打开第二电磁阀和第三电磁阀。
2.根据权利要求1所述的船舶尾气处理装置，其特征在于，所述脱硫罐包括罐体（1）、安装在罐体（1）底部的尾气入口法兰（2）、安装在尾气入口法兰（2）上方的液体收集段（3）、位于液体收集段（3）上方的气液混合段（4）、位于气液混合段（4）上方的气液分离段（5）以及位于气液分离段（5）上方且安装在罐体（1）顶部的尾气出口法兰（6）；所述液体收集段（3）、气液混合段（4）和气液分离段（5）均位于罐体（1）内部；所述液体收集段（3）包括液体分离器（7），所述液体分离器（7）采用旋翼式液体分离器，通过安装支架（8）固定在罐体（1）的内壁上，所述液体分离器（7）的上端设置有滤网（9）；所述液体收集段（3）的罐体（1）侧壁上设置有液体出口（10）；所述气液混合段（4）的罐体（1）内壁上设置沿轴向的丝杆（11），所述气液混合段（4）内设置有液体喷洒装置（12），所述液体喷洒装置（12）包括喷洒主体（121），所述喷洒主体（121）用于容纳氢氧化钠溶液，所述喷洒主体（121）下端设置有均布的多个喷头（122），所述喷洒主体（121）的侧面连接有螺母（123），所述螺母（123）安装在丝杆（11）上，所述喷洒主体（121）上端设置有连接管（124），用于输送氢氧化钠溶液；所述气液分离段（5）设置有除湿器（13）。
3.根据权利要求1所述的船舶尾气处理装置，其特征在于，所述CO处理装置采用氧化催化剂技术，将尾气中的CO氧化为CO2，氧化催化剂技术以三氧化二铝和铈锆固溶体作为载体，采用铂金作为活性组分。
4.根据权利要求1所述的船舶尾气处理装置，其特征在于，所述颗粒捕集器采用壁流式结构，当尾气通过颗粒捕集器时，通道壁面过滤捕集PM。
5.根据权利要求1所述的船舶尾气处理装置，其特征在于，所述脱硝装置采用选择性催化还原脱硝技术，所述脱硝装置包括尿素罐、尿素泵、SCR催化器、SCR控制单元和喷嘴；在经过颗粒捕集器/CO处理装置的柴油机尾气和SCR催化器之间泵入尿素水，尿素水在高温下分解为尿素晶体，尿素晶体热解生成氨气和异氰酸，异氰酸水解产生氨气和二氧化碳；氨气和柴油机尾气混合后进入SCR催化器，在催化剂的催化作用下发生反应，生成氮气和水。
6.根据权利要求5所述的船舶尾气处理装置，其特征在于，所述温度传感器设置在所述脱硝装置的入口，所述压力传感器和NOx传感器设置在所述脱硝装置的出口。
7.根据权利要求2所述的船舶尾气处理装置，其特征在于，所述脱硫罐采用钠碱法脱硫，以氢氧化钠溶液为脱硫剂吸收船舶尾气中的硫氧化物，钠碱系统吸收硫氧化物的产物为Na2SO3、NaHSO3和Na2SO4。
8.根据权利要求1所述的船舶尾气处理装置，其特征在于，所述控制器与所述第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、温度传感器、压力传感器、NOx传感器连接。
9.根据权利要求4所述的船舶尾气处理装置，其特征在于，所述尾气进入颗粒捕集器中的流速控制在1-3m/s。
10.根据权利要求5所述的船舶尾气处理装置，其特征在于，所述氨气和柴油机尾气混合气体在脱硝装置中停留时间不低于0.7s。
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