CN209714718U - 一种新的废气脱硫设备 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种新的废气脱硫设备，包括陶瓷模块净气脱硫装置、液体循环柜、废液柜、硫酸盐柜、补液柜、冷却设备、在线检测设备及自动控制系统，所述发电机废气进入陶瓷模块净气脱硫装置，烟气中二氧化硫和在陶瓷膜管内循环流动的碱性溶液发生化学反应，经过脱硫后的废气可以排放。该方法经济环保，脱硫效率高，装置体积小，节约使用空间，特别适用于船舶电厂等尾气处理领域。

Description

一种新的废气脱硫设备
技术领域
本实用新型属于环保废气处理领域，尤其涉及对船舶及电厂等作业载体所产生的二氧化硫废气进行净化处理。
背景技术
船用燃料及煤炭等在燃烧后，会产生含有硫氧化物（后文简称SOX）、氮氧化物（后文简称NOX）等物质，这些物质会以废气的形式排放到大气中。而SOX中的SO2，在大气中会形成酸雨，对环境和人类产生危害。治理二氧化硫已经成为全球共识，国际海事组织(IMO)的《73/78防污染公约》(MARPOL公约)附则VI要求：即自2012年起，在公海行使的远洋船舶的燃油硫含量必须低于3.5%（m/m），到2020年将下降到0.5%（m/m），而这一方案完成可行性审查将不迟于2018年进行。
现有的废气除硫装置采用喷淋湿法除硫，即将碱液以喷雾的形式喷入废气中，与废气混合，经化学反应将废气中SOX、NOX捕捉进入液相中，达到净化的目的。但废气一般高温，碱液喷入废气中会部分气化，随废气一同排出，有可能造成二次污染。且喷淋法会产生大量的废水，废水中含有大量的烟尘、油、重金属等，需要增加复杂得废水处理系统，增加能耗，增加成本，且体积庞大的喷淋塔系统不宜安装在采油平台上。
目前所采用的设备中，进出液口只有一个，很多陶瓷膜管内不完全充满液体或没有液体，造成脱硫效率低下，也是对陶瓷膜管的浪费。其次在实际应用中受到温度影响，装置会产生形变，导致陶瓷管断裂或者陶瓷管和外部循环管路连接失效。或者在运输过程中颠簸或震动导致装置失效。此外，该装置所采用的陶瓷膜为不透水膜，膜孔径大小在10nm左右，在脱硫过程中，陶瓷管壁容易结垢，堵塞陶瓷膜纳米孔，导致脱硫效率降低甚至完全失效。
实用新型内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种新的废气脱硫设备及应用。
为达到上述目的，本实用新型是通过以下的技术方案来实现的。
一种新的废气脱硫设备，包括陶瓷模块净气脱硫装置、液体循环柜、冷却设备；
发电机烟气出口通过烟气管道依次与所述的陶瓷模块净气脱硫装置的气体通道串联；
所述液体循环柜、陶瓷模块净气脱硫装置的液体通道、冷却设备通过碱液管道依次串联形成回路，碱液管道上设有碱液输送泵，流量计，压力传感器，温度传感器及碱液阀门。
进一步地所述陶瓷模块净气脱硫装置包括陶瓷膜管、至少两块多孔板、至少四根冷却轴、进液水排、出液水排、U型管；
前多孔板和后多孔板由四根冷却轴进行连接固定支撑，形成立方体方框，多个陶瓷膜管插入前多孔板和后多孔板中的孔中组成陶瓷膜管阵列，上下相邻的两根陶瓷膜管端部用U型管进行密封连接，使每列陶瓷膜管串联，并且每列陶瓷膜管最下方开口方向一致、最上方开口方向一致，陶瓷膜管阵列的最上方开口连接进液水排，最下方开口连接出液水排。水排内含有和陶瓷膜管排数相同数量的孔，以保证每排陶瓷膜管都充满液体。充分利用了每根陶瓷膜管，提高了脱硫效率。
进一步地所述陶瓷膜管采用透水膜，膜孔径50~500nm。膜孔径较大有利于废气中的SOX通过陶瓷膜管进入碱液反应，也可降低、减缓因陶瓷膜管壁结垢引起的陶瓷膜纳米孔堵塞，同时用水加压进行清洗时，结垢物质能随水一起排出陶瓷膜管，进而实现陶瓷膜的清洗和避免陶瓷膜孔堵塞的目的，防止陶瓷膜的失效。
进一步地在所述陶瓷膜管端部和U型管之间设有胶帽，胶帽为两个弹性胶质圆筒并联组成，胶帽的小孔径套在两根陶瓷膜管的端部，U型管内壁套在两根陶瓷膜管端部，外壁插入胶帽的内部，在三者之间的缝隙中填有胶水。U型管和胶帽的设计可以实现陶瓷管两两弹性连接，避免整块连接产生的应力，从而提高陶瓷膜管的使用寿命，而且可以大大降低粘结胶水的用量，相比整个陶瓷膜管端部一起密封连接可以降低75%的胶水用量。
进一步地所述冷却轴为单程套管结构，其进、出口通过冷却管道与冷却设备形成回路。降低高温废气对冷却轴带来的变形，从而保证多孔板位置相对固定，减少对从中穿过的陶瓷膜管的应力。
进一步地所述碱液管道上设有文丘里管，液体循环柜的出口与文丘里管的进液口连接，文丘里管的出液口第一支路管道与冷却设备进口连接，文丘里管的吸液口与陶瓷模块净气脱硫装置的液体通道出口连接，文丘里管的出液口第二支路管道与陶瓷模块净气脱硫装置的液体通道进口连接。使得陶瓷膜管内液体的运行通过负压的形式进行循环，以保证液体不通过陶瓷膜管渗透。
进一步地还包括废液柜、清洗柜，清洗柜出口与陶瓷模块净气脱硫装置的液体通道进口通过清洗管道连接，清洗管道上设有泵，废液柜位于陶瓷模块净气脱硫装置下方，废液柜的进口与陶瓷模块净气脱硫装置的烟气通道进口通过废液管道连接。
进一步地还包括补液柜、硫酸盐柜，补液柜通过补液管道与液体循环柜连接，液体循环柜通过硫酸盐管道与硫酸盐柜连接。
液体循环柜中的碱液通过碱液输送泵进入文丘里管的进液口，然后经文丘里管的出液口第一支路管道在通过冷却设备再回到液体循环柜，出液水排连接文丘里管的吸液口，进液水排连接文丘里管的出液口第二支路管道，从而让碱液在陶瓷管内进行循环，与烟气中二氧化硫发生化学反应，当液体循环柜中碱液反应完全或接近反应完全时进入硫酸盐柜降温结晶过滤分离得到硫酸盐，再由补液柜补充新鲜碱液进入液体循环柜；
当陶瓷模块净气脱硫装置效率下降时，将清洗柜中的清洁水加压注入陶瓷膜管，对陶瓷膜管反冲，渗透出的废水流入废液柜；
冷却轴中通入循环冷却水，降低高温废气对冷却轴带来的变形。
有益效果：与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
1）U型管和水排的结构设计可以使脱硫效率提高7%；
2）U型管和胶帽的设计可以节省75%的胶水，降低生产成本；
3）陶瓷膜技术让烟道内的废气与吸收剂不直接接触，同时又能选择性的吸收我们所需要的有害物质及颗粒物；
4）可以实现陶瓷膜清洗功能，延长陶瓷膜的使用寿命；
5）冷却轴及U型管和胶帽的设计可以减少产品使用过程中的应力和变形，提高了产品的质量和和稳定性。
附图说明
图1为一种新的废气脱硫设备的脱硫工艺图；
图2为一种新的废气脱硫设备的脱硫装置结构示意图；
图3为一种新的废气脱硫设备的脱硫装置的冷却轴结构图；
图4为一种新的废气脱硫设备的脱硫装置的水排结构图；
图5为一种新的废气脱硫设备的脱硫装置的胶帽结构图；
图6为一种新的废气脱硫设备的自动化控制系统图；
图中，1. 陶瓷模块净气脱硫装置， 100. 陶瓷膜净气模块单元，101. 碱液输送泵，102.第一碱液阀门，103.第一清洗阀门，104.第二碱液阀门，105. 温度传感器， 106.文丘里管，107.第二清洗阀门，108.第三碱液阀门，109. 第一压力传感器，1090. 第二压力传感器，1001. 烟气入口， 1002.烟气出口，11. 出液水排，110. 流量计，111. 碱液出口法兰，122.碱液进口法兰，
12. 进液水排，
13.冷去轴， 131. 出口法兰， 132. 进口法兰，
14. 陶瓷膜管，
16. 后多孔板， 17. 中多孔板， 18. 前多孔板，
19. 胶帽， 193. 小孔径，
2. 液体循环柜， 200. 排污阀门，
3. 补液柜，301. 补液泵，
4. 硫酸盐柜，401. 硫酸盐泵，
5. 冷却设备，501. 冷却泵，
7. 发电机， 10. 清洗柜， 20. 废液收集柜；
600.信号采集及控制单元，601.交换机，602.显示单元，603.主配电板，604.传感器，605.键盘、鼠标，606.打印机。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实例和附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造型劳动的前提下所获得的所有其他实施例都在本实用新型保护的范围内。
如图1所示，一种新的废气脱硫设备，包括陶瓷模块净气脱硫装置1、液体循环柜2、冷却设备5、在线监测设备及自动控制系统；发电机烟气出口通过烟气管道依次与所述的陶瓷模块净气脱硫装置1的气体通道串联；液体循环柜2、陶瓷模块净气脱硫装置1的液体通道、冷却设备5通过碱液管道依次串联形成回路，碱液管道上设有碱液输送泵101，流量计110，第一压力传感器109，第二压力传感器1090，温度传感器105，第一碱液阀门102，第二碱液阀门104，第三碱液阀门108，各传感器及阀分别与信号采集及控制单元600连接。如图6所示，信号采集及控制单元600分别连接冷却设备5，发电机7，主配电板603，各类阀、传感器604，交换机601，实现数据信号的输入和输出。交换机601分别连接显示单元602，打印机606，键盘、鼠标605，实现数据的实时显示和良好的人机互动界面功能。主配电板主要是连接碱液输送泵101、补液泵301、硫酸盐泵401、冷却泵501等各类泵。信号采集及控制单元600接收到各个传感器的输入信号，通过PLC自动控制系统控制碱液输送泵301、碱液阀门、冷却泵501及各个管路阀门的运动，实现系统稳定高效的运转。
在具体实施中，当第一压力传感器109数值小于设定值时，设定值为-0.20±0.01Mpa，信号采集和控制单元600接收到来自第一压力传感器109的输入信号，然后输出信号，调小第一碱液阀门102、第二碱液阀门104，每次减小10%，直至达到设定要求；当第一压力传感器109数值大于设定值时，设定值为-0.20±0.01Mpa，信号采集和控制单元600接收到来自第一压力传感器109的输入信号，然后输出信号，调大第一碱液阀门102、第二碱液阀门104，每次增加10%，直至达到设定要求。
当流量计110数值小于设定值时，设定值为70±3LPM，信号采集和控制单元600接收到来流量计110的输入信号，然后输出信号，调大第一碱液阀门102、第二碱液阀门104，每次增加10%，直至达到设定要求；当流量计110数值大于设定值时，设定值为70±3LPM，信号采集和控制单元600接收到来流量计110的输入信号，然后输出信号，调小第一碱液阀门102、第二碱液阀门104，每次减小10%，直至达到设定要求。
当温度传感器105的测试数值小于设定值时，设定值为30±3℃，信号采集和控制单元600接收到来自温度传感器105的输入信号，然后输出信号，调小冷却设备5的运行功率，每次降低10%，直至达到设定值；当温度传感器105的测试数值大于设定值时，设定值为30±3℃，信号采集和控制单元600接收到来自温度传感器105的输入信号，然后输出信号，调大冷却设备5的运行功率，每次增加10%，直至达到设定值。
在具体实例中，也可以用温度表代替温度传感器，压力表代替压力传感器，
各个阀门采用手动阀门，所有操作可以手动调节实现；或者同时安装仪表和传感器，手动阀门和电动阀门，手动和自动可以随时切换。
陶瓷模块净气脱硫装置1包括主外壳和内部的陶瓷净气模块单元100，见图2，陶瓷模块净气脱硫装置可以包含一个或多个陶瓷净气模块单元100，废气进入烟气入口1001，然后废气上升被陶瓷净气模块单元100中的碱液所反应吸收，经过脱硫后的废气从烟气出口1002排出。
如图2所示，陶瓷模块净气脱硫装置包括陶瓷膜管14、前中后三块多孔板、四根冷却轴13、进液水排12、出液水排11、U型管；前多孔板18、中多孔板17和后多孔板16由四个相同的用于连接固定多孔板的不锈钢冷却轴13进行连接固定支撑，多个陶瓷膜管14插入前多孔板18、中多孔板17和后多孔板16中的孔中组成陶瓷膜管阵列。陶瓷膜管14两端分别用胶帽19和U型管进行密封连接，分别让每列陶瓷膜管串联起来。胶帽19小孔径193套在陶瓷膜管的端部，U型管内壁套在陶瓷膜管端部，外壁154插入胶帽19的内部。胶帽19、陶瓷膜管14和U型管三者用高温胶水进行密封连接，使每列陶瓷膜管串联，并且每列陶瓷膜管最下方开口方向一致、最上方开口方向一致，陶瓷膜管阵列的最上方开口连接进液水排12，最下方开口连接出液水排11，进液水排12和出液水排11通过碱液出口法兰111和外部管路进行密封连接，从而形成循环管路。
关闭第一清洗阀门103和第二清洗阀门107，开第一碱液阀门102、第二碱液阀门104和第三碱液阀门108。循环柜2中的碱液通过碱液输送泵101进入文丘里管106的进液口，然后经文丘里管106的出液口第一支路管道在通过冷却设备5再回到循环柜2。出液水排11连接文丘里管106的吸液口，进液水排12连接文丘里管106的出液口第二支路管道，从而让碱液在陶瓷管内进行循环。在循环管路中装有第一压力传感器109和第二压力传感器1090、温度传感器105、流量计110，对管路中的循环的碱液进行在线监测。当某一数值变化时可以进行自动调解碱液输送泵、碱液阀门的运动。
补液柜3通过补液泵301将新鲜的碱液打入循环柜2中。如当循环柜2中的电导率值低于115ms/cm时，可以打开补液泵301向循环柜中加入一定量的新鲜碱液。
冷去轴13的进口法兰132和出口法兰131连接冷却设备5，打开冷却泵501让管路中的水进行循环对冷去轴13进行冷却。
烟气入口1001处梯形外壳内有多根不锈钢管组成的冷凝管组，冷凝管组的上下接口分别连接冷却设备5的出口管路和进口管路，烟气从下向上运行，冷却水上进下出实现对烟气的冷却。同时，多根不锈钢冷凝管还可以实现对烟气的均匀分布的效果，提高脱硫效率。
打开硫酸盐泵401可以将循环柜2中液体打入硫酸盐柜4中。液体在硫酸盐柜中降温过滤分离得到硫酸盐结晶，清液可以回收重新配置碱液进行循环利用。
清洗柜10中含有一定量的海水，用于对陶瓷膜管的清洗。在对陶瓷膜管进行清洗时，首先关闭第一碱液阀门102和第三碱液阀门108，打开第一清洗阀门103和第二碱液阀门104、第二清洗阀门107，调节第二清洗阀门107和第二碱液阀门104使第二压力传感器1090中压力达到0.1MPa左右，陶瓷膜管内是正压，海水在压力的作用下很容易清洗陶瓷膜孔，打开排污阀门200，渗透出的污水流入废液收集柜20。
实施例1
发电机烟气量为5508Nm3，采用膜孔50-500nm氧化铝陶瓷膜管，内径为10mm，壁厚为1.5mm，外径为13mm，长度为1m。陶瓷模块净气脱硫装置含有一个净气模块单元，总体积为1.3m3。碱液采用14%的氢氧化钠溶液。调节第一碱液阀门102、第二碱液阀门104、第三碱液阀门108使得每个净气模块单元管路中流量为60L/min，并控制管路中的温度在30℃左右。实际测得烟气数据见表1。从表1可以看出二氧化硫的脱除率为97.1%。
表1 实施例1测试结果表
SO<sub>2</sub>(ppm）
烟气进口1001 350
烟气出口1002 10
实施例2
发电机烟气量为5401Nm3，采用膜孔50-500nm氧化铝陶瓷膜管，内径为10mm，壁厚为1.5mm，外径为13mm，长度为1m。陶瓷模块净气脱硫装置含有一个净气模块单元，总体积为1.3m3。碱液采用25%的氢氧化钠溶液。调节第一碱液阀门102、第二碱液阀门104、第三碱液阀门108使得每个净气模块单元管路中流量为60L/min，并控制管路中的温度在30℃左右。实际测得烟气数据见表2。从表2可以看出二氧化硫的脱除率为90%。
表2 实施例2测试结果表
SO<sub>2</sub>(ppm）
烟气进口1001 345
烟气出口1002 33
实施例3
发电机烟气量为5390Nm3，采用膜孔50-500nm氧化铝陶瓷膜管，内径为10mm，壁厚为1.5mm，外径为13mm，长度为1m。陶瓷模块净气脱硫装置含有一个净气模块单元，总体积1.3m3。碱液采用由25%的氢氧化钠溶液和15%的氢氧化钠溶液按体积比1:1进行混合组成。调节调节第一碱液阀门102、第二碱液阀门104、第三碱液阀门108使得每个净气模块单元管路中流量为70L/min，并控制管路中的温度在30℃左右。实际测得烟气数据见表3。从表3可以看出，二氧化硫的脱除率为96.6%。
表3 实施例3测试结果表
SO<sub>2</sub>(ppm）
烟气进口1001 350
烟气出口1002 12
本实用新型按照上述实施例进行了说明，应当理解，上述实施例不以任何形式限定本实用新型，凡采用等同替换或等效变换方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种新的废气脱硫设备，其特征在于，包括陶瓷模块净气脱硫装置、液体循环柜、冷却设备；
发电机烟气出口通过烟气管道依次与所述的陶瓷模块净气脱硫装置的气体通道串联；
所述液体循环柜、陶瓷模块净气脱硫装置的液体通道、冷却设备通过碱液管道依次串联形成回路，碱液管道上设有碱液输送泵，流量计，压力传感器，温度传感器及碱液阀门。
2.根据权利要求1所述的一种新的废气脱硫设备，其特征在于，所述陶瓷模块净气脱硫装置包括陶瓷膜管、至少两块多孔板、至少四根冷却轴、进液水排、出液水排、U型管；
前多孔板和后多孔板由四根冷却轴进行连接固定支撑，形成立方体方框，多个陶瓷膜管插入前多孔板和后多孔板中的孔中组成陶瓷膜管阵列，上下相邻的两根陶瓷膜管端部用U型管进行密封连接，使每列陶瓷膜管串联，并且每列陶瓷膜管最下方开口方向一致、最上方开口方向一致，陶瓷膜管阵列的最上方开口连接进液水排，最下方开口连接出液水排。
3.根据权利要求2所述的一种新的废气脱硫设备，其特征在于，所述陶瓷膜管采用透水膜，膜孔径50~500nm。
4.根据权利要求2所述的一种新的废气脱硫设备，其特征在于，在所述陶瓷膜管端部和U型管之间设有胶帽，胶帽为两个弹性胶质圆筒并联组成，胶帽的小孔径套在两根陶瓷膜管的端部，U型管内壁套在两根陶瓷膜管端部，外壁插入胶帽的内部，在三者之间的缝隙中填有胶水。
5.根据权利要求2所述的一种新的废气脱硫设备，其特征在于，所述冷却轴为单程套管结构，其进、出口通过冷却管道与冷却设备形成回路。
6.根据权利要求1所述的一种新的废气脱硫设备，其特征在于，所述碱液管道上设有文丘里管，液体循环柜的出口与文丘里管的进液口连接，文丘里管的出液口第一支路管道与冷却设备进口连接，文丘里管的吸液口与陶瓷模块净气脱硫装置的液体通道出口连接，文丘里管的出液口第二支路管道与陶瓷模块净气脱硫装置的液体通道进口连接。
7.根据权利要求1所述的一种新的废气脱硫设备，其特征在于，还包括废液柜、清洗柜，清洗柜出口与陶瓷模块净气脱硫装置的液体通道进口通过清洗管道连接，清洗管道上设有泵，废液柜位于陶瓷模块净气脱硫装置下方，废液柜的进口与陶瓷模块净气脱硫装置的烟气通道进口通过废液管道连接。
8.根据权利要求1所述的一种新的废气脱硫设备，其特征在于，还包括补液柜、硫酸盐柜，补液柜通过补液管道与液体循环柜连接，液体循环柜通过硫酸盐管道与硫酸盐柜连接。
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