一种适用于船舶废气洗涤塔的穿流型复合塔盘
技术领域
本实用新型涉及船舶废气脱硫领域,尤其涉及一种船舶废气脱硫的复合型塔盘。
背景技术
为了减少船舶尾气中SO2对大气环境的影响,国际海事组织(英文:InternationalMaritime Organization,IMO)第70届海洋环境保护委员会会议规定全球船用燃油硫含量应不超过0.5%,欧洲排放控制区域(ECA)不超过0.1%。
目前有三种措施达到IMO对硫排放的要求:使用低硫燃油、使用液化天然气(LNG)、采用船舶废气脱硫装置实现脱硫技术,其中低硫燃油以及液化天然气的燃油成本较高,比对而言,船舶废气脱硫装置被应用于现有的燃油脱硫,在降低成本的同时还提高其适用性。
目前船舶废气脱硫装置中的主流塔型为填料塔,也可采用空塔喷淋+塔盘配置。其中填料塔的填料高度一般设置在1m左右,多采用金属板波纹填料,可分1层或多层设置,每层填料上面配置一层喷淋层,喷淋层一般设置的喷嘴较少。填料塔虽然能获得较低的液气比,但通常设计气流速较低,造成塔的直径偏大。且,每层填料层通常由一层或多层填料模块堆叠而成,由于燃油废气中黏性物质较多,如果填料层高度过高,冲洗只能冲洗到表层填料,下层填料模块的无法清洗到,在安装方面:填料模块安装是过盈配合,填料模块拆装不便,拆装过程容易损坏填料表面。采用空塔喷淋+塔盘的方式优点在于可以减少洗涤塔的维护,但是塔盘应进行合适的选型,以在高流速下运行不引起塔的液泛,由于安装高度的限值,塔盘的数量应尽可能少,并具备一定的操作弹性,以满足船舶经常性的负荷变化。
另外,无论填料塔或空塔+塔盘,目前已有的船舶废气脱硫装置都没有很好解决壁流问题,洗涤塔内部的喷淋均会产生壁流,壁流层的存在减少了实际参与反应的浆液,增大了实际需要的液气比。同时由于塔中心区域的喷淋密度大,周边喷淋密度小,废气会有向塔周边串流的趋势。实测中发现塔壁区域的SO2浓度是最大的,越往中心区域SO2浓度越小,为了提高整套系统的脱硫效率,急需解决塔壁区域的SO2脱除问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对目前船舶废气洗涤塔存在的一些问题,提出一种结构合理、实施方便,能够满足洗涤塔脱硫效率且基本无需维护的一种新型复合塔盘。
本技术方案提供一种适用于船舶废气洗涤塔的穿流型复合塔盘,置于洗涤塔塔体内,至少包括:
自下而上依次铺设的均布筛板层,填料单元层以及破壁流圈,其中均布筛板层上设有均布孔,且均布筛板层上铺设液膜,填料单元层包括填料模块,破壁流圈为圆环。
在一些实施例中,均布筛板层上的均布孔的开孔率控制在70%-90%之间,均布孔的开孔直径控制在3-6mm之间。
在一些实施例中,均布孔均匀布置在均布筛板层上。
在一些实施例中,均布筛板层周边位置的均布孔的开口密度大于均布筛板层中心位置的均布孔的开口密度。
在一些实施例中,填料单元层由1-2层金属板波纹填料模块组构成。
在一些实施例中,填料模块的比表面积宜控制在100~200㎡/m3范围内,空隙率需大于95%。
在一些实施例中,填料单元层的金属板波纹填料模块组的板波纹填料设计波形上下端预留一部分直段。
在一些实施例中,破壁流圈为一圈环板,其上开设有破壁孔,且破壁流圈塔壁倾斜设置。
在一些实施例中,破壁流圈与塔壁倾斜的角度控制在30-50°之间,破壁流圈上均匀开设直径在10-14mm之间的破壁孔,开孔率控制在30%-40%范围内。
在一些实施例中,均布筛板层、填料单元层、破壁流圈均采用能够耐海水、碱液腐蚀的不锈钢材料制备制作。
相较现有技术,本技术方案具有以下的特点和有益效果:
1、可有效提高脱硫效率,且塔盘运行稳定。废气通过均布筛板层时,均布废气的同时与筛板层上液膜发生一级反应,随后进入填料单元层,与填料表面的浆液发生二级反应,多级反应全面脱除SO2,破壁流圈收集利用塔壁壁流,有效捕集周边逃逸的SO2,减少壁流问题,通过多级的反应,废气中的SO2能得到更加彻底的脱除,从而有效提高脱硫效率。
2、有效减少塔高塔径,更方便布置安装。相比与空塔喷淋+塔盘的塔,本实用新型的塔盘设计塔高得到了有效降低,无需设置3-4层或以上喷淋层来保证脱硫效率,通常设置2层塔盘+2层喷淋即可满足97%以上的脱硫效率,相比于填料塔,本实用新型的塔盘设计具有更高的设计流速,实际塔径将能减少20%左右,这都将缩小洗涤塔的整体尺寸,用材更加节省,同时更便于现场的布置安装。
3、可干烧,不易堵塞,检修方便。本实用新型为不锈钢结构,构件强度好,稳定性高,安装完成后在废气载荷作用下系统稳定可靠,同时无须设置废气旁路,可干烧,即在不喷淋的情况下直接通过废气。均布筛板与破壁流圈清洗方便,运行工况下基本不会堵塞。填料单元层由于层高较低,喷淋能够从上到下覆盖,也不易堵塞,即便因特殊工况导致堵塞,也易于用水枪进行冲洗。
附图说明
图1是本实用新型的一实施例的适用于船舶废气洗涤塔的穿流型复合塔盘的构成图。
图2为均布筛板层的俯视图;
图3为填料单元层的俯视图;
图4为破壁流圈的俯视图;
图5为根据本实用新型一实施例的适用于船舶废气洗涤塔的穿流型复合塔盘的安装方式。
附图说明:均布筛板层1,填料单元层2,破壁流圈3,喷淋层4,洗涤塔塔体5,洗涤塔入口6。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例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实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
本领域技术人员应理解的是,在本实用新型的揭露中,术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系,其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。
可以理解的是,术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”,即在一个实施例中,一个元件的数量可以为一个,而在另外的实施例中,该元件的数量可以为多个,术语“一”不能理解为对数量的限制。
如图1所示,一种适用于船舶废气洗涤塔的穿流型复合塔盘的结构被展示,结构组成见图1,该适用于船舶废气洗涤塔的穿流型复合塔盘至少包括:置于洗涤塔塔体(5)内的自下而上依次铺设的均布筛板层(1),填料单元层(2)以及破壁流圈(3),其中均布筛板层(1)上设有均布孔,且均布筛板层(1)上铺设液膜,填料单元层(2)包括填料模块,破壁流圈(3)为圆环。
如图2所示,均布筛板层(1)上的均布孔的开孔率控制在70%-90%之间,可以是80%,以期在达彻底的废气均布的同时保证更多的废气通过,提高均布的效率。优选地,在本技术方案中,均布孔的开孔率控制在70%。
均布孔的开孔直径控制在3-6mm之间,可以是4、5、3.5、4.5等,在本技术方案中优选均布孔的开孔直径为
以尽可能减少气体流经的压降。在本技术方案中,均布指的是均匀分布的意思。
在本技术方案的一实施例中,均布孔可为相同孔径形状的孔洞。
在本技术方案的一实施例中,均布孔均匀布置在均布筛板层(1)上;或者,均布筛板层(1)周边位置的均布孔的开口密度大于均布筛板层(1)中心位置的均布孔的开口密度。
均布筛板层(1)上铺设的液膜由脱硫材料制备得到。
其工作原理如下:船舶废气经洗涤塔入口进入塔内后,经均布筛板层(1)进行均布,废气经筛孔穿流通过进行均布,同时与均布筛板层(1)上的液膜接触,进行第一级的脱硫反应,均布筛板层(1)能够最大程度上均布进入塔内的废气,使废气能够均匀地与喷淋浆液进行充分接触反应,减少因局部流场不均匀导致的气液接触不充分或废气逃逸等问题,同时能够减少船舶晃动对塔内废气流动的影响。
如图3所示,填料单元层(2)由1-2层金属板波纹填料模块组构成,且填料模块的比表面积宜控制在100~200㎡/m3范围内,可以是120,150,170㎡/m3,空隙率需大于95%,以保证足够的反应面积与最小的压降。
在本技术方案中,通常设置2层塔盘+2层喷淋即可满足97%以上的脱硫效率,相比于填料塔,本实用新型的塔盘设计具有更高的设计流速,实际塔径将能减少20%左右。
为了保证洗涤塔浆液流通更加顺畅,减少运行压降,填料单元层(2)的金属板波纹填料模块组的板波纹填料设计波形上下端预留一部分直段。
且,填料单元层(2)设置在距离均布筛板层(1)上方约0.5-1m的位置。
填料单元层(2)的高度宜控制400mm左右,以避免高气速下塔内形成液泛。换言之,填料单元层不宜设置过高,否则塔内气体设计流速会偏小,同时塔易引起液泛,整体操作的压降会较大。
填料单元层(2)的填料选型根据实际运行工况、设计流速进行选型设计。
工作原理:废气在填料单元层(2)的填料表面与浆液进行第二级充分反应,脱除废气中的SO2,经过二级脱硫反应,废气中的主要部分SO2能够被脱除,此时塔中心区域的SO2浓度维持在较低水平,而塔周边由于实际覆盖的喷淋密度小,且由于壁流的存在,周边填料表面不能得到很好的湿润,实际脱硫反应的效率远不如中心区域。因此大部分的SO2其实是从周边逃逸的。所以,经过二级脱硫反应后,在填料单元层(2)上方设置破壁流圈(3)。
如图3所示,破壁流圈(3)为一圈环板,其上开设有破壁孔,且破壁流圈(3)塔壁倾斜设置。破壁流圈(3)设置的位置应根据喷淋层喷嘴的布置来确定,需保证喷淋层喷淋的浆液距圈板与塔体的焊缝有一定的距离,以使得喷淋浆液不直接冲刷在破壁流圈(3)上。
在本技术方案中,破壁流圈(3)与塔壁倾斜的角度控制在30-50°之间,优选地呈45°设置,环板上均匀开设直径在10-14mm之间不等的破壁孔,优选为
的小孔,开孔率控制在30%-40%范围内,优选为35%,以控制通过小孔的气速及浆液通过的流量。
工作原理:壁流经破壁流圈(3)收集后,通过圈上的破壁孔均匀地覆盖住周边填料模块。同时,通过破壁孔的一部分废气与破壁流圈(3)上收集的浆液进行反应,有效脱除一部分从周边逃逸的SO2,另一部分废气则因为破壁流圈(3)的导流作用,绕过破壁流圈(3),从中心区域通过喷淋区,实现周边SO2的捕集。
值得注意的是,均布筛板层(1)、填料单元层(2)、破壁流圈(3)均采用能够耐海水、碱液腐蚀的不锈钢材料制备制作,同时能够在干模式下运行,即在喷淋层(4)关闭的情况下,废气能够直接通过洗涤塔单元直接排放,而无须设置旁路。
如图4所示,本技术方案提供一洗涤塔,包括其上提到的穿流型复合塔盘,其中其上提到的复合塔盘置于洗涤塔塔体(5)内,洗涤塔塔体(5)的一端设有洗涤塔入口(6),且洗涤塔入口(6)置于复合塔盘的下方,另,洗涤塔塔体(5)内部设有喷淋层(4),喷淋层(4)置于复合塔盘的上方。优选的,复合塔盘置于洗涤塔入口(6)上方约0.5m~1m左右的位置。
值得一提的是,该穿流型复合塔盘适用于海水法、海水+氢氧化钠法、海水+氢氧化镁法以及其他混合法的洗涤塔内,具有高效的脱硫效率。
总结而言,本技术方案提供一种适用于船舶废气洗涤塔的穿流型复合塔盘,其在洗涤塔内可以设置1层也可以设置多层。当多层设置时,由于经过第一级的塔盘及喷淋层,废气的流场已经得到了均布,因此第二层塔盘的均布筛板层(1)可以省去或提高开孔率,以进一步减小多层塔盘工作下的整塔压降。
本实用新型不局限于上述最佳实施方式,任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品,但不论在其形状或结构上作任何变化,凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案,均落在本实用新型的保护范围之内。