CN212369901U - 一种用于船舶发动机尾气的净化装置 - Google Patents

Abstract

一种用于船舶发动机尾气的净化装置，有尾气入口管I，尾气入口管II和筒体；尾气入口管I和筒体下部之间通过尾气入口管II连通；尾气入口管I管口为尾气入口，其下方处的管壁上开有氧化剂入口，该氧化剂入口下方的管腔内依次安装蒸汽发生器和激冷水喷淋组件；蒸汽发生器的蒸汽出口通过导流管和筒体中下部连通；所述尾气入口与蒸汽发生器之间的空间形成尾气氧化反应的场所；筒体的上下出口端为上锥段和下锥段，上锥段顶部开有净化尾气出口，下锥段底部开有海水出口；筒体的中部安装多个多孔波纹板组，筒体的上部安装气液分离组件。本实用新型结构简单、无转动部件、性能可靠、设备紧凑、处理量大、安全可靠，特别适合船舶发动机尾气的净化使用。

Description

一种用于船舶发动机尾气的净化装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于船舶发动机尾气的净化装置，具体指一种脱除船舶发动机尾气中SO_x、NO_x的装置。

背景技术

近年来，在全球经济一体化的背景下，船舶运输业得到了飞速的发展，但因其而产生的环境污染问题也日益突出。目前，船舶用燃料主要为重质油，其燃烧产物中含有较高浓度的SO_x和NO_x，具体指SO₂、NO₂、NO等，这些有害物质经大气及水循环将逐渐使陆地生态系统衰退、海洋水质酸化，进而对全球的气候环境造成恶劣的、严重的影响。因此，实施针对船舶发动机尾气污染控制的法律、法规迫在眉睫。

为了减少此类污染，中国、美国及欧盟等国家、区域均已颁布了相关法律、法规，对船舶发动机尾气中的SO_x和NO_x含量做出了严格的限制要求并对排放区域进行了详细的划分，主要分为：硫排放控制区域与非控制区域、氮氧化物排放控制区域与非控制区域。

目前，为应对上述日益严格的限制要求，可使用的主要措施有三种：使用低硫燃料油替代重质油、采用更为清洁型的能源(如LNG)作为燃料替代燃油、在现有船舶上加装发动机尾气洗涤装置。

其中，对于使用低硫燃料油替代重质油的措施，存在全球范围内低硫燃料油产量低、加油地数量少、价格较贵且易波动等问题；对于采用更为清洁型的能源(如LNG)作为燃料替代燃油的措施，存在初期投资高(如LNG装置的新建)、充装燃料地数量少等问题；对于在现有船舶上加装发动机尾气洗涤装置的措施，不仅利用了重质油的资源还可有效处理尾气中的SO_x和NO_x。因此，在现有船舶上加装发动机尾气洗涤装置具有较为广阔的应用前景及市场。

使用在现有船舶上加装发动机尾气洗涤装置的措施脱除尾气中SO_x和NO_x的工艺流程种类主要包括：脱硫、脱硝和脱硫脱硝一体化。其中，脱硫脱硝一体化技术可同时脱除NO_x和SO_x，是目前船舶发动机尾气处理技术的主要研究方向。

目前，船舶尾气脱硫脱硝一体化技术主要有氧化吸收法、改性海水法和低温等离子体法等。本实用新型将为以氧化吸收法为基础，综合利用海水法和碱(镁基)法去除船舶发动机尾气中SO_x和NO_x的工艺流程提供必要的反应及过流场所。

实用新型内容

本实用新型提供一种用于船舶发动机尾气净化的装置，达到尾气(SOx、NOx的脱除)和海水的排放指标符合相关法律、法规要求。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种用于船舶发动机尾气的净化装置，主要包括尾气入口管I，尾气入口管II和筒体；尾气入口管I和筒体下部之间通过尾气入口管II连通；所述尾气入口管I管口为尾气入口，其下方处的管壁上开有氧化剂入口，该氧化剂入口下方的管腔内依次安装蒸汽发生器和激冷水喷淋组件；蒸汽发生器的蒸汽出口通过导流管和筒体中下部连通；所述尾气入口与蒸汽发生器之间的空间形成尾气氧化反应的场所；所述筒体的上下出口端为上锥段和下锥段，上锥段顶部开有净化尾气出口，下锥段底部开有海水出口；所述筒体的中部安装多个多孔波纹板组，筒体的上部安装气液分离组件。

所述筒体中部处的外壁或内壁上设有夹套贮藏室，该夹套贮藏室内存储有氧化镁；所述导流管和设置在夹套贮藏室的底部的喷淋环管连通；该喷淋环管所在处的筒体的壁上或夹套贮藏室的内壁开有流通孔，从而使得导流管和筒体内腔连通。

所述多孔波纹板组上方的筒体上安装有碱液喷淋组件。

所述气液分离组件的底部通过管道和夹套贮藏室上部连通，且该管道外形呈锯齿状。

所述尾气入口管II处于筒体底部的尾部端与其垂直安装有垂直管，该垂直管与筒体同心，其底部壁上开有气体均布分布孔。

本实用新型通过综合利用蒸汽发生器、导流管、夹套贮藏室、筒体使海水换热成为蒸汽后流通至夹套贮藏室内，蒸汽在夹套贮藏室内冷凝成为高温热水与MgO反应生成Mg(OH)₂溶液， Mg(OH)₂溶液通过筒体上的碱液流入孔注入海水中以增加其碱性程度(亦可使用碱液喷淋组件直接向筒体内注入碱液)，进而达到保证脱除尾气中有害物质(SOx、NOx)和海水的排放指标符合相关法律、法规要求的目的。通过综合利用多孔波纹板组、气液分离组件对净化后的尾气进行气液分离，以避免排放的气体形成白烟。

本实用新型结构简单、无转动部件、性能可靠、设备紧凑、处理量大、安全可靠，特别适合船舶发动机尾气的净化使用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1的立体剖视示意图；

图3为本实用新型蒸汽发生器结构简图；

图4为图3的立体结构示意图；

图5为本实用新型喷淋组件结构A示意图；

图6为本实用新型喷淋组件结构B示意图；

图7为本实用新型底部结构放大图；

图8为本实用新型夹套贮藏室结构A示意图；

图9为本实用新型夹套贮藏室结构B示意图；

图10为本实用新型气液分离组件结构A示意图；

图11为本实用新型气液分离组件结构B示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型从原理、结构及其效果方面进一步说明。

本实用新型原理以氧化吸收法为基础，综合利用海水法和碱(镁基)法去除船舶发动机尾气中SOx和NOx的工艺流程提供必要的反应及过流场所。具体指利用强氧化剂(臭氧等(O₃))与尾气中的SOx和NOx反应生成一氧化氮(NO)、二氧化硫（SO₂）和三氧化硫（SO₃）；SO₃、SO₂、NO₂溶于水后，与水发生反应生成的硫酸、亚硫酸和硝酸等酸性物质；利用海水的弱碱性(OH-)与上述酸性物质发生中和反应生成硫酸盐、亚硫酸盐、硝酸盐和水。当海水的弱碱性无法完全中和上述酸性物质时，可利用MgO与热水发生反应生成Mg(OH)₂，将Mg(OH)₂注入海水中以增加其碱性程度，进而达到尾气(SOx、NOx的脱除)和海水的排放指标符合相关法律、法规要求。

参见图1、图2，一种用于船舶发动机尾气的净化装置，包括尾气入口管I1、蒸汽发生器2、激冷水喷淋组件3、锥段4、弯头5、尾气入口管II6、裙座7、折流板8、破涡器9、挡板10、下锥段11、筒体12、喷淋环管13、夹套贮藏室14、多孔波纹板组15、碱液喷淋组件16、气液分离组件17、上锥段18和导流管19；主要外接工艺管口包括：尾气入口N1、氧化剂入口N2、激冷海水入口IN3、激冷海水入口IIN4、海水出口N5、碱液入口N6、净化尾气出口N7，各组件的尺寸需根据尾气处理量确定。通过综合利用上述组件为尾气提供氧化反应、激冷降温、中和反应及脱水的场所，最终达到保证尾气(SOx、NOx的脱除)和海水的排放指标符合相关法律、法规要求的目的。

装置的具体连接关系如下：

尾气入口管I1，其顶部为尾气入口N1与装置外部的发动机尾气排放管口法兰连接。

尾气入口管I1和筒体12下部之间通过尾气入口管II6连通；所述尾气入口管I1管口为尾气入口N1，其下方处的管壁上开有氧化剂入口N2，该氧化剂入口N2下方的管腔内依次安装蒸汽发生器2和激冷水喷淋组件3；蒸汽发生器2的蒸汽出口23通过导流管19和筒体12中下部连通；所述尾气入口N1与蒸汽发生器2之间的空间形成尾气进行氧化反应的场所；所述筒体12的上下出口端为上锥段18和下锥段11，上锥段18顶部开有净化尾气出口N7，下锥段11底部开有海水出口N5；所述筒体12的中部安装多个多孔波纹板组15，筒体12的上部安装气液分离组件17。

其中，蒸汽发生器2可利用尾气热量产生蒸汽并转化为热水。激冷水喷淋组件3对尾气进行激冷降温。多孔波纹板组15为数块多孔波纹板垂直(波纹凸凹方向为水平)堆叠成的圆饼状结构。设置该部件的作用有：1.使水洗后的尾气均布上升；2.增大尾气与碱液喷淋组件16喷出碱液的接触面积；3.脱除水洗后上升尾气中夹带的大液滴。可根据气体实际处理量在筒体12内设置多组该结构。气液分离组件17分别脱除尾气中的小液滴。

参照图1、图8、图9，所述筒体12中部处的外壁或内壁上设有夹套贮藏室14，该夹套贮藏室14内存储有金属氧化物；所述导流管19和设置在夹套贮藏室14的底部的喷淋环管13连通；该喷淋环管13所在处的筒体12的壁上或夹套贮藏室14的内壁开有碱液流入孔14-4，从而使得导流管19和筒体12内腔连通。

导流管19的作用为导通蒸汽发生器2与喷淋环管13，将蒸汽发生器产生的蒸汽或海水引入喷淋环管13中。

夹套贮藏室14为贮藏MgO(固体)及为MgO与热水反应生成Mg(OH)₂溶液而设置，为保持或增大水域中海水的碱性程度。其由与筒体12同心的圆环筒壁14-1、顶部盖板14-2、底部支撑环板14-3组成，可视MgO的贮藏量及整体结构需求设置在筒体12外壁(图8，结构A)或内壁（图9，结构B）处。

喷淋环管13为多孔管弯制而成的圆环状结构，见图1，位于夹套贮藏室14与筒体12围成的环状腔体底部。其与导流管19连接，将蒸汽发生器2中产生的蒸汽或海水均匀的分配至该环状腔体内。当蒸汽引入至该环状腔体内时，因冷凝的作用转化为热水，热水与MgO反应将生成Mg(OH)₂溶液，Mg(OH)₂溶液将由碱液流入孔(该碱液流入孔设置在筒体上或夹套贮藏室圆环筒壁上，视所使用的结构形式而确定)进入到筒体12底部水域内，从而增大该水域的碱度。

所述多孔波纹板组15上方的筒体12上安装有碱液喷淋组件16，其结构和激冷水喷淋组件3结构形式相同。设置碱液喷淋组件16的作用为使用备用高浓度碱液增大水域中海水的碱度，当海水自身及热水与MgO反应生成的Mg(OH)₂溶液注入海水后碱度均无法保证脱除尾气中有害物质(SOx、NOx)和海水的排放指标符合相关法律、法规要求时使用，为备用功能，其组件数量可根据实际需求在多孔波纹板组15、气液分离组件17、筒体12组成的内部区域设置多个，碱液喷淋组件可使用的结构形式见图5、图6。

所述气液分离组件17的底部通过管道和夹套贮藏室14上部连通，且该管道外形呈锯齿状。气液分离组件17的作用为脱除上升尾气中夹带的小液滴，以防止净化尾气出口N7排出的尾气产生白烟，结构见图10、图11，其中，图10表示结构A，为框式结构，即分离元件位于环状或六面体立方结构内，立方结构顶部内设置盖板，底部外设置密封板，立方体底部设置引流管延伸至夹套贮藏室14内，引流管水平方向弯制1个或以上的凹凸(水平方向)形状以产生自然的水封，达到防倒流的目的，该结构可避免气液返混(可通过引流管回注至夹套贮藏室14内后再通过碱液流入孔排至水域内)，高效、稳定的脱除尾气中的小液滴；图11表示结构B，为分离元件堆叠成的圆饼状结构，该结构简单、制造方便。

参照图7，所述尾气入口管II6处于筒体12底部的尾部端与其垂直安装有垂直管6-1，该垂直管6-1与筒体12同心，其底部壁上开有气体均布分配孔，垂直管6-1上端由盖板6-2密封。

所述垂直管6-1外周安装有折流板8，该折流板8与垂直管6-1间有夹角，是和垂直管成α角度(0°~90°)的锥壳，安装在气体均布分配孔以上部位，利用折流板8对尾气进行强制水洗。其与尾气入口管II6的垂直管6-1、筒体12组成固定的气体通道，尾气由尾气入口管II6的垂直管底部气体均布分配孔溢出后，沿该通道路径进行强制水洗，从而确保脱除尾气中有害物质(SOx、NOx)和海水的排放指标符合相关法律、法规要求。

参照图1、图7，所述海水出口N5处设有破涡器,9，该破涡器9顶部安装挡板10。破涡器9为防止海水出口N5处形成涡流而设置（图7），可使用任意有效的破涡形式。挡板10为防止尾气入口管II6流出的尾气直接进入海水出口N5排出，可使用圆形或方形结构形式。

参照图3、图4，所述蒸汽发生器2由底部管板20、换热管21、顶部管板22、蒸汽出口23、圆筒体24及激冷海水入口IN3组成；换热管21安装于底部管板20、顶部管板22和圆筒体24围成的密闭空间中，其上端面和顶部管板22上表面齐平，下端面和底部管板20下表面齐平或伸出下表面；顶部管板22上设有蒸汽出口23，圆筒体24上设有激冷海水入口IN3。其中，圆筒体24可单独设置，亦可使用尾气入口管I1的部分筒体作为圆筒体24。高温尾气由换热管21内部自上而下通过蒸汽发生器2，海水到底部管板20、换热管21外壁、顶部管板22、圆筒体24组成的腔体内，与通过换热管21内部的高温尾气换热，通过控制由激冷海水入口IN3进入海水的流量可产生蒸汽或仍保持为海水状态，通过蒸汽出口23排出蒸汽发生器2。

参照图5、图6，所述激冷水喷淋组件3是由圆管弯制的圆环结构并在圆管底部加装喷嘴构成（图5，结构A，该结构可最大程度保证所需喷淋的均匀性）或是圆管焊制的树枝状结构，各树枝的末端设置堵板且其底部加装喷嘴构成（图6，结构B，该结构制造简单、方便）。两种结构中的喷嘴数量视所需喷淋面积确定。设置激冷水喷淋组件3的作用为使激冷海水与高温尾气充分混合，有效降底尾气温度。

参照图1，所述尾气入口管I1和尾气入口管II6之间依次设有锥段4和弯头5；在锥段4、弯头5、尾气入口管II6内设置多个激冷水喷淋组件3。锥段4的作用为缩减尾气入口管II6规格尺寸，可根据实际需求(是否需要缩减尺寸)而设置，其半锥角角度可为0°~60°。

弯头5的作用为使尾气水平进入筒体12内，其结构形式可为标准的长、短半径弯头或虾米腰形式的弯头，弯头垂直方向可根据实际需求(温度差、结构尺寸、重量等)设置弯头支撑。激冷水喷淋组件3数量可根据实际需求在尾气入口管I1中蒸汽发生器2以下空间、锥段4、弯头5、尾气入口管II6组成的内部区域设置多个，以彻底有效地降底尾气温度和尾气的初步洗涤吸收。

本实用新型的工作原理：

尾气氧化后主要包含的有害物质为SO₃、SO₂、NO₂等，均溶于水并发生反应生成硫酸、亚硫酸和硝酸等酸性物质；利用海水具有弱碱性的特性及附加Mg(OH)₂溶液或其他高浓度碱液与上述酸性物质发生中和反应，从而保证船舶尾气(SOx、NOx的脱除)和海水的排放指标符合相关法律、法规要求。本装置可分三个层次，即：1.使用海水对尾气进行洗涤，2.使用海水+Mg(OH)₂溶液对尾气进行洗涤，3.使用海水+Mg(OH)₂溶液+高浓度碱液对尾气进行洗涤。

1. 使用海水对尾气进行洗涤

本工作流程按过流介质的类型主要分为尾气流程和海水流程两部分。

1.1 尾气流程：

第1步.尾气通过尾气入口N进入尾气入口管I1内首先与氧化剂入口N2进入的氧化剂(O₃等)发生氧化反应，反应后尾气的主要成分为SO₃、SO₂、NO₂；

第2步.尾气通过蒸汽发生器2与由激冷海水入口IN3进入蒸汽发生器2的海水换热，冷却后的尾气向锥段4方向流动；

第3步.尾气与激冷海水入口IIN4进入激冷水喷淋组件3后喷出的海水均匀混合，使尾气迅速降温；

第4步.尾气通过锥段4、弯头5、尾气入口管II6进入到由下锥段11、筒体12组成的腔体底部的水域内(通过控制海水出口N5的排量使水域形成)；

第5步.尾气在水域内沿其折流板8、尾气入口管II6的垂直管、筒体12组成的固定通道进行强制水洗(与海水充分接触)；

第6步.尾气夹带大量液滴溢出水域后向筒体12上方流动；

第7步.尾气通过多孔波纹板组14，使该部件后上升的尾气分布均匀且尾气中夹带的较大液滴；

第8步.尾气通过气液分离组件17脱除其夹带的小液滴后由净化尾气出口N7排出本净化装置。

1.2 海水流程：

第1步.海水由激冷海水入口IN3进入蒸汽发生器2与尾气换热后通过导流管19、喷淋环管13进入夹套贮藏室14内，再通过碱液流入孔进入到图示水域内；

第2步.海水由激冷海水入口IIN4进入激冷水喷淋组件3后喷淋至尾气入口管I1内，与尾气直接接触且均匀混合；通过锥段4、弯头5、尾气入口管II6进入到图示水域内；

第3步.通过控制海水出口N5的流量使海水在下锥段11、筒体12组成的腔体底部形成固定高度的水域，多余的海水由海水出口N5排出本装置。

2.使用海水+Mg(OH)₂溶液对尾气进行洗涤

对“1.使用海水对尾气进行洗涤”中1.2海水流程中步骤1做如下修改，其余流程与“1.使用海水对尾气进行洗涤”一致。

海水由激冷海水入口IN3进入蒸汽发生器2，控制海水流程，使蒸汽发生器2内的海水与尾气换热后产生蒸汽，蒸汽沿导流管19、喷淋环管13通道进入夹套贮藏室14内，在上述通道内，蒸汽冷凝为热水，热水与套贮藏室14内的MgO反应生成Mg(OH)2溶液，Mg(OH)2溶液将由碱液流入孔(筒体上或夹套贮藏室圆环筒壁上，视所使用的结构形式而确定)进入到筒体12底部水域内，从而增大该水域的碱度。

3.使用海水+Mg(OH)₂溶液+高浓度碱液对尾气进行洗涤

当上述“1.使用海水对尾气进行洗涤”或“2.使用海水+Mg(OH)2溶液对尾气进行洗涤”流程的工作过程中无法保证水域中的碱度时，通过碱液入口N6引入高浓度碱液，高浓度碱液通过碱液喷淋组件16均匀的喷入筒体12内。从而进一步增大水域的碱度，以保证中和反应的彻底，从而保证船舶尾气(SOx、NOx的脱除)和海水的排放指标符合相关法律、法规要求。

Claims (10)

1.一种用于船舶发动机尾气的净化装置，其特征在于，主要包括尾气入口管I(1)，尾气入口管II(6)和筒体(12)；尾气入口管I(1)和筒体(12)下部之间通过尾气入口管II(6)连通；所述尾气入口管I(1)管口为尾气入口(N1)，其下方处的管壁上开有氧化剂入口(N2)，该氧化剂入口(N2)下方的管腔内依次安装蒸汽发生器(2)和激冷水喷淋组件(3)；蒸汽发生器(2)的蒸汽出口（23）通过导流管（19）和筒体(12)中下部连通；所述尾气入口(N1)与蒸汽发生器(2)之间的空间形成尾气氧化反应的场所；所述筒体(12)的上下出口端为上锥段(18)和下锥段(11)，上锥段(18)顶部开有净化尾气出口(N7)，下锥段(11)底部开有海水出口(N5)；所述筒体(12)的中部安装多个多孔波纹板组(15)，筒体(12)的上部安装气液分离组件(17)。

2.根据权利要求1所述的一种用于船舶发动机尾气的净化装置，其特征在于，所述筒体(12)中部处的外壁或内壁上设有夹套贮藏室(14)，该夹套贮藏室(14)内存储有氧化镁；所述导流管（19）和设置在夹套贮藏室(14)的底部的喷淋环管(13)连通；该喷淋环管(13)所在处的筒体(12)的壁上或夹套贮藏室(14)的内壁开有流通孔，从而使得导流管（19）和筒体（12）内腔连通。

3.根据权利要求1所述的一种用于船舶发动机尾气的净化装置，其特征在于，所述多孔波纹板组(15)上方的筒体(12)上安装有碱液喷淋组件(16)。

4.根据权利要求1所述的一种用于船舶发动机尾气的净化装置，其特征在于，所述气液分离组件(17)的底部通过管道和夹套贮藏室(14)上部连通，且该管道外形呈锯齿状。

5.根据权利要求1所述的一种用于船舶发动机尾气的净化装置，其特征在于，所述尾气入口管II(6)处于筒体（12）底部的尾部端与其垂直安装有垂直管，该垂直管与筒体（12）同心，其底部壁上开有气体均布分布孔。

6.根据权利要求5所述的一种用于船舶发动机尾气的净化装置，其特征在于，所述垂直管上安装有折流板(8)，该折流板(8)与垂直管间有夹角。

7.根据权利要求1所述的一种用于船舶发动机尾气的净化装置，其特征在于，所述海水出口(N5)处设有破涡器(9)，该破涡器(9)顶部安装挡板（10）。

8.根据权利要求1所述的一种用于船舶发动机尾气的净化装置，其特征在于，所述蒸汽发生器(2)由底部管板(20)、换热管(21)、顶部管板(22)、蒸汽出口(23)、圆筒体(24)及激冷海水入口I(N3)组成；换热管(21)安装于底部管板(20)、顶部管板(22)和圆筒体(24)围成的密闭空间中，其上端面和顶部管板(22)上表面齐平，下端面和底部管板(20)下表面齐平或伸出下表面；顶部管板(22)上设有蒸汽出口，圆筒体(24)上设有激冷海水入口I(N3)。

9.根据权利要求1所述的一种用于船舶发动机尾气的净化装置，其特征在于，所述激冷水喷淋组件(3)是由圆管弯制的圆环结构并在圆管底部加装喷嘴构成或是圆管焊制的树枝状结构，各树枝的末端设置堵板其底部加装喷嘴构成。

10.根据权利要求1所述的一种用于船舶发动机尾气的净化装置，其特征在于，所述尾气入口管I(1)和尾气入口管II(6)之间设有锥段(4)和弯头(5)；在锥段(4)、弯头(5)、尾气入口管II(6)内设置多个激冷水喷淋组件(3)。

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