CN216321125U - 一种微界面强化船舶烟气脱硫装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种微界面强化船舶烟气脱硫装置，包括洗涤塔，所述洗涤塔的侧壁设置有第一进水口以及进气口，所述洗涤塔内的底部设置有微界面发生器；所述微界面发生器与所述第一进水口以及所述进气口相通用于将粗过滤海水和发动机的烟气引入进行破碎分散成微气泡；所述洗涤塔的中部还设置有第二进水口，所述第二进水口相通于所述洗涤塔中部的第一喷淋层。本实用新型通过在洗涤塔的底部设置有微界面发生器，强化硫氧化物的吸收反应，确保在极端工况下，烟气脱硫合格；显著减小洗涤塔尺寸，降低安装成本；减少海水流量，降低洗涤泵能耗，降低运行成本；硫氧化物含量高的尾气也可以使用改进后的开式吸收系统。

Description

一种微界面强化船舶烟气脱硫装置

技术领域

本实用新型属于脱硫塔技术领域，具体而言，涉及一种微界面强化船舶烟气脱硫装置。

背景技术

国际海事组织(IMO)，根据全球海域船舶限硫规定，要求各成员国船级社注册的船舶积极履行该决议，于2020年1月1日起，进入排放控制区的海船使用的船用燃油硫含量＜0.5％。中国交通运输部也出台了中国海域相关'限硫'规定，加快了船舶脱硫市场的发展。目前船舶对于燃油的烟气的脱硫主要还是采用脱硫塔，脱硫塔内设置有喷淋层，喷淋层主要为喷嘴，喷嘴喷出液体，从而当烟气经过脱硫塔时吸收烟气中的硫化物。

船舶烟气脱硫塔主要包括开环式脱硫塔、闭环式脱硫塔、混合式脱硫塔。

开环式脱硫塔使用海水来清洗烟气，海水通常呈碱性，这使得海水具有天然的酸碱缓冲能力及吸收硫化物的能力，海水与烟气中的硫化物发生中和以达到脱硫的目的。开环式脱硫塔洗涤过程：海水被抽入到脱硫塔并通过脱硫塔内的喷头喷出，与通过脱硫塔的烟气发生反应，脱硫后的烟气继续上行经过气体监测系统后排入大气，而中和了硫化物的海水溶液下行经水质检测系统后通过海水排放系统流入大海。开环式脱硫塔系统结构相对简单，相对而言更容易在船舶上安装、改造加装，由于直接使用海水又节约了药剂的费用，但对海洋环境是否会带来长期影响，对于一些排放要求较严格的海水不适合。

闭环式脱硫塔在淡水中添加脱硫药剂来吸收烟气中的硫化物，淡水是循环使用的清洁水，而海水仅作为冷却水来为循环淡水降温，海水不直接作为洗涤溶液与烟气反应。闭环式脱硫塔洗涤过程：先根据船舶的负荷加入适量脱硫药剂，脱硫工作时脱硫药剂和淡水在循环柜中混合后进入脱硫塔，脱硫塔内的作用过程与开环式类似，但洗涤后溶液的去向与开式直接排入大海不同，闭环式脱硫塔洗涤后的溶液循环进入循环柜，当循环柜内的溶液浓度和残杂到达定值，水处理单元开始对溶液进行分离，分离出的残杂移入存储柜、分离出的水重新进入循环柜并补充脱硫药剂，补充药剂后的洗涤溶液经过海水冷却系统冷却，重新进入脱硫塔，从而开启循环洗涤工作。

闭环式脱硫塔系统的淡水脱硫部分是封闭式的循环设计，参加反应的淡水与脱硫剂的混合溶液是不直接排放到海洋里的，存储柜里的残渣将在船舶靠港时进行转运处理，因此闭环式脱硫塔是真正意思上的零排放，但闭环式脱硫塔的系统组件多，占用船舶空间大，安装、改造加装的成本也随之增加，而且脱硫药剂也是消耗品。

混合式脱硫塔是开环式和闭环式脱硫塔的一种有机组合，在脱硫工作时可以根据需求在开式和闭式模式间相互切换。混合式脱硫塔系统的基本组成包括了开环式和闭环式脱硫塔系统的组成，并且其控制模块增加了自动切换等功能及更多的检测、监测点。混合式脱硫塔洗涤过程：开式模式下运用海水洗涤烟气脱硫，与开环式脱硫塔工作方式相同；闭式模式下运用淡水添加脱硫剂的循环溶液洗涤烟气脱硫，与闭环式脱硫塔工作方式相同。

混合式脱硫塔系统能在双模式间灵活选择，在无排水要求的水域可以使用开式模式利用天然海水脱硫，减少脱硫剂的消耗，降低成本；在严格控制硫排放的水域可以使用闭式模式，达到零排放的要求。双模式的好处也是需要代价的，初期的安装、改造加装的成本也大幅增加，占用船舶空间更大，需要两个塔体，这对空间宝贵的船舶来说是极为不利的。

各喷淋层的功能通常不同，而船舶主机工况经常变化，使得烟气速度、密度、温度、含硫量也发生波动。例如船舶航行时功率较高，烟气较大，温度较高，风浪较大，排出的烟气容易被及时的吹散，排出的海水容易被稀释降解，适合开环式脱硫；而当在港湾内行驶或停泊时，烟气较小，温度较底，风浪较小，排出的烟气不容易被及时的吹散，排出的海水不容易被稀释降解，适合闭环式脱硫塔。烟气如果温度太高，需要在烟气刚进入到脱硫塔时，需要先经过冷却水的喷淋降温，以便及时的减小速度及温度，从而延长在塔内的停留时间及对塔内物体的冲击、腐蚀等；而如果烟气温度不高，经过喷淋层后进一步降低，排烟口排出时，如果外部温度也比较底，则容易在塔排烟口附近形成凝结液滴掉落下来，这对于停泊的船舶影响更大，液滴不容易被吹散更容易掉落到船上，造成污染，这时就不需要喷淋冷却水，而这时冷却水喷淋层成闲置的状态，如果还在最下层则不但白白的受到上方喷下来的液体的腐蚀，还会对脱硫造成干扰。

另外，传统工艺喷淋塔气液接触面积小，传质效率低，反应效率低，以及烟气硫含量偏高，极端工况下，可能存在脱硫不合格；脱硫洗涤塔设备直径大，高度高，船舶脱硫设施安装时间较长，安装成本高；气液比较大，吸收液海水流量大，洗涤泵能耗高；硫氧化物含量更高的烟气无法使用结构更简单，成本更低，操作方便的开式吸收系统。

有鉴于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的第一目的在于提供一种微界面强化船舶烟气脱硫装置，本装置通过在洗涤塔的底部设置有微界面发生器，将船舶发动机中的烟气破碎分散成烟气微气泡，提高了烟气与海水之间的相界传质面积，强化硫氧化物的吸收反应，确保在极端工况下，烟气脱硫合格。

为了实现本实用新型的上述目的，特采用以下技术方案：

本实用新型提供了一种微界面强化船舶烟气脱硫装置，包括洗涤塔，所述洗涤塔的侧壁设置有第一进水口以及进气口，所述洗涤塔内的底部设置有微界面发生器；

所述微界面发生器与所述第一进水口以及所述进气口相通用于将粗过滤海水和发动机的烟气引入进行破碎分散成微气泡；

所述洗涤塔的中部还设置有第二进水口，所述第二进水口相通于所述洗涤塔中部的第一喷淋层。

现有技术中，洗涤塔企业接触面积小，传质效率低，反应效率低，以及尾气硫含量偏高，极端工况下，可能存在脱硫不合格的情况；脱硫洗涤塔设备直径大，高度高，船舶脱硫设施安装时间较长，安装成本高；气液比较大，吸收液海水流量大，洗涤泵能耗高；硫氧化物含量高的尾气无法使用结构更简单、成本低、操作方便的开式吸收系统。

本实用新型通过在洗涤塔的底部设置有微界面发生器，将船舶发动机中的烟气破碎分散成烟气微气泡，微界面发生器设置在第一喷淋层的下方并且微界面发生器设置在液面的下方，之所以这样是为了保证微界面发生器可以与海水充分接触，使得烟气微气泡与海水充分接触。液面和第一喷淋层之间还有一点距离，用于增大雾化的海水与微界面发生器里出来的烟气微气泡之间的相界传质面积。收液盘设置在第一份喷淋层的上方，这是为了隔绝洗涤塔的下方和洗涤塔的上方，洗涤塔上方的第二喷淋层喷出的雾化海水与微界面发生器出来的烟气微气泡反应，从第二喷淋层出来的海水最终落入收液盘，由收液盘回收再利用。这样设置微界面发生器提高了烟气与海水之间的相界传质面积，强化硫氧化物的吸收反应，确保在极端工况下，烟气脱硫合格；显著减小洗涤塔尺寸、节约洗涤塔安装空间和时间，降低安装成本；减少海水流量，降低洗涤泵能耗，降低运行成本；硫氧化物含量高的尾气也可以使用改进后的开式吸收系统。

本领域所属技术人员可以理解的是，本实用新型所采用的微界面发生器在本实用新型人在先专利中已有体现，如申请号CN201610641119.6、CN201610641251.7、CN201710766435.0、CN106187660、CN105903425A、CN109437390A、CN205833127U及CN207581700U的专利。在先专利CN201610641119.6中详细介绍了微米气泡发生器(即微界面发生器)的具体产品结构和工作原理，该申请文件中记载了“微米气泡发生器包括本体和二次破碎件、本体内具有空腔，本体上设有与空腔连通的进口，空腔的相对的第一端和第二端均敞开，其中空腔的横截面积从空腔的中部向空腔的第一端和第二端减小；二次破碎件设在空腔的第一端和第二端中的至少一端，二次破碎件的一部分设在空腔内，二次破碎件与空腔两端敞开的通孔之间形成一个环形通道。微米气泡发生器还包括进气管和进液管。”从该申请文件中公开的具体结构可以知晓其具体工作原理为：液体通过进液管切向进入微米气泡发生器内，超高速旋转并切割气体，使气体气泡破碎成微米级别的微气泡，从而提高液相与气相之间的传质面积，而且该专利中的微米气泡发生器属于气动式微界面发生器。

另外，在先专利201610641251.7中有记载一次气泡破碎器具有循环液进口、循环气进口和气液混合物出口，二次气泡破碎器则是将进料口与气液混合物出口连通，说明气泡破碎器都是需要气液混合进入，另外从后面的附图中可知，一次气泡破碎器主要是利用循环液作为动力，所以其实一次气泡破碎器属于液动式微界面发生器，二次气泡破碎器是将气液混合物同时通入到椭圆形的旋转球中进行旋转，从而在旋转的过程中实现气泡破碎，所以二次气泡破碎器实际上是属于气液联动式微界面发生器。其实，无论是液动式微界面发生器，还是气液联动式微界面发生器，都属于微界面发生器的一种具体形式，然而本实用新型所采用的微界面发生器并不局限于上述几种形式，在先专利中所记载的气泡破碎器的具体结构只是本实用新型微界面发生器可采用的其中一种形式而已。

此外，在先专利201710766435.0中记载到“气泡破碎器的原理就是高速射流以达到气体相互碰撞”，并且也阐述了其可以用于微界面强化反应器，验证本身气泡破碎器与微界面发生器之间的关联性；而且在先专利CN106187660中对于气泡破碎器的具体结构也有相关的记载，具体见说明书中第[0031]-[0041]段，以及附图部分，其对气泡破碎器S-2的具体工作原理有详细的阐述，气泡破碎器顶部是液相进口，侧面是气相进口，通过从顶部进来的液相提供卷吸动力，从而达到粉碎成超细气泡的效果，附图中也可见气泡破碎器呈锥形的结构，上部的直径比下部的直径要大，也是为了液相能够更好的提供卷吸动力。

由于在先专利申请的初期，微界面发生器才刚研发出来，所以早期命名为微米气泡发生器(CN201610641119.6)、气泡破碎器(201710766435.0)等，随着不断技术改进，后期更名为微界面发生器，现在本实用新型中的微界面发生器相当于之前的微米气泡发生器、气泡破碎器等，只是名称不一样。综上所述，本实用新型的微界面发生器属于现有技术。

优选的，该装置还包括换热装置，所述换热装置的一侧设置有冷却回水口和冷却上水口。NaOH水溶液循环吸收硫氧化物反应放热，因此设置一台换热装置，以海水为冷媒冷却循环碱液。

优选的，所述洗涤塔的顶部设置有第二喷淋层，所述第二喷淋层连接有NaOH水溶液补充罐。

优选的，所述第二喷淋层连通有所述冷却上水口。

优选的，所述第一喷淋层和所述第二喷淋层之间设置有收液盘用以将液体进行收集，所述收液盘连通有所述冷却回水口。

优选的，所述收液盘与所述冷却回水口之间还设置有洗涤泵用以在换水时提供动力。

优选的，所述洗涤塔的底端开设有海水外排口。

优选的，所述洗涤塔的顶端连接有烟气鼓风机用以将所述洗涤塔内的烟气排放。烟气鼓风机带有变频控制，可根据船舶发动机不同负荷下的排气量调整烟气鼓风机的风量，稳定洗涤塔顶部压力。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

(1)确保尾气脱硫后合格:使用微界面技术强化船舶尾气脱硫后，可提高传质效率，强化硫氧化物的吸收反应，确保在极端工况下，尾气脱硫合格；

(2)减小洗涤塔尺寸：显著减小洗涤塔尺寸，可节约洗涤塔安装空间和时间，降低安装成本；

(3)降低气液比：减少海水流量，降低洗涤泵能耗，降低运行成本；

(4)硫氧化物含量更高的尾气也可以使用改进后的开式吸收系统。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型实施例提供的一种微界面强化船舶烟气脱硫装置的结构示意图；

图2为对比例提供的现有开式系统的结构示意图。

其中：

11-尾气排放管道； 12-海水供给管道；

13-海水泵； 14-烟气鼓风机；

15-NaOH水溶液补充罐； 16-废液收集罐；

20-洗涤塔； 201-顶端开口；

202-底端开口； 203-第一进水口；

204-第二进水口； 205-进气口；

2001-液面； 21-第二喷淋层；

22-收液盘； 23-第一喷淋层；

24-微界面发生器； 30-换热装置；

301-冷却上水口； 302-冷却回水口；

303-洗涤泵； 40-烟气排放管道；

41-冷却上水管道； 42-冷却回水管道；

43-海水外排管道。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本实用新型，而不应视为限制本实用新型的范围。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了更加清晰的对本实用新型中的技术方案进行阐述，下面以具体实施例的形式进行说明。

实施例

参阅图1所示，为本实用新型实施例提供的一种微界面强化船舶烟气脱硫装置的结构示意图。其中主要包括洗涤塔20、微界面发生器24、换热装置30、烟气鼓风机14。

首先，洗涤塔20的一侧开设有进气口205、第一进水口203和第二进水口204，进气口205的设置是为了让尾气排放管道11穿过洗涤塔20的侧壁，将船舶的发动机尾气输送至微界面发生器24。微界面发生器24将尾气破碎分散为烟气微气泡(此处烟气和尾气为同一种气体，只是命名不同用以区分进入到微界面发生器24前后的状态)。第一进水口203和第二进水口204的目的是为了让粗过滤的海水供给管道12穿过洗涤塔20的侧壁，将海水输送至洗涤塔20。第一进水口203是将海水输送至微界面发生器24充当介质，让烟气分散破碎为烟气微气泡；第二进水口204是将海水送往第一喷淋层23，第一喷淋层23将海水雾化，使得烟气微气泡与海水发生充分的传质效应，降温除尘，脱除绝大部分的硫氧化物。海水供给管道12和洗涤塔20之间设置有海水泵13用以提供动力使海水可以被送往微界面发生器24和第一喷淋层23。

洗涤塔20的液面2001控制在微界面发生器24的上方，第一喷淋层23的下方。洗涤塔20的底端开设有底端开口202可以控制将海水排放至海水外排管道43，这样可以控制洗涤塔20内部的液面2001高度，吸收烟气后的海水由洗涤塔20底部采出，经水质分析仪监测合格后，排入大海。

洗涤塔20的中部设置有收液盘22，顶部设置有第二喷淋层21，收液盘22和第二喷淋层21均与换热装置30相连接。换热装置30上开设有冷却上水口301和冷却回水口302，收液盘22收集的海水一部分通过洗涤泵303被抽送至冷却回水口302，通过冷却回水管道42排放出去，另一部分被送往废液收集罐16。第二喷淋层21连通有换热装置30的冷却上水口301，冷却上水口301通过冷却上水管道41将冷却的海水输送至换热装置30中。

同时，第二喷淋层21还连接有NaOH水溶液补充罐15，NaOH水溶液经洗涤泵303增压后也进入第二喷淋层21，残留的微量的硫氧化物与NaOH发生反应，进一步降低尾气硫含量，净化后的烟气经洗涤塔20顶部丝网除沫除去细小的雾滴后，通过烟气鼓风机14，经烟气监测仪检测合格后通过烟气排放管道40排出大气。洗涤塔20的顶端开设有顶端开口201用以让烟气排放管道40与洗涤塔20相连。

烟气鼓风机14带有变频控制，可根据船舶发动机不同负荷下的排气量调整烟气鼓风机14的风量，稳定洗涤塔20顶部压力。NaOH水溶液循环吸收硫氧化物反应放热，因此设置了一台换热装置30，以海水为冷媒冷却循环NaOH水溶液。

对比例

对比例其他设置与本实用新型实施例一样，唯一不同点仅在于对比例微界面发生器设置位置不同于本实用新型实施例。

对比例的工艺流程图如图2所示。

以下为本实用新型实施例和对比例的脱硫工艺表的对比：

经过上述对比例和实施例的脱硫工艺对比发现，将洗涤塔内部设置了微界面发生器后，当然本实用新型的微界面发生器设置在洗涤塔内的位置也是固定的，微界面发生器设置在第一喷淋层的下方并且微界面发生器设置在液面的下方，之所以这样是为了保证微界面发生器可以与海水充分接触，使得烟气微气泡与海水充分接触。液面和第一喷淋层之间还有一点距离，用于增大雾化的海水与微界面发生器里出来的烟气微气泡之间的相界传质面积，收液盘设置在第一份喷淋层的上方，这是为了隔绝洗涤塔的下方和洗涤塔的上方，洗涤塔上方的第二喷淋层喷出的雾化海水与微界面发生器出来的烟气微气泡反应，从第二喷淋层出来的海水最终落入收液盘，由收液盘回收再利用。这样设置使得使脱硫反应大部分在微界面体系下进行，以数十倍地提高反应器内船舶尾气-海水相界接触面积，大幅提高硫氧化物与吸收液海水之间的传质传热速率，海水吸收后的尾气再经少量循环NaOH水溶液捕集吸收微量残留硫氧化物，从而实现技术目标：提高开式系统处理尾气硫含量的上限，确保在极端工况下，尾气脱硫合格；以及减小洗涤塔尺寸，降低脱硫设施安装时间；降低海水泵能耗。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种微界面强化船舶烟气脱硫装置，其特征在于，包括洗涤塔，所述洗涤塔的侧壁设置有第一进水口以及进气口，所述洗涤塔内的底部设置有微界面发生器；

所述微界面发生器与所述第一进水口以及所述进气口相通用于将粗过滤海水和发动机的烟气引入进行破碎分散成微气泡；

所述洗涤塔的中部还设置有第二进水口，所述第二进水口相通于所述洗涤塔中部的第一喷淋层。

2.根据权利要求1所述的微界面强化船舶烟气脱硫装置，其特征在于，还包括换热装置，所述换热装置的一侧设置有冷却回水口和冷却上水口。

3.根据权利要求2所述的微界面强化船舶烟气脱硫装置，其特征在于，所述洗涤塔的顶部设置有第二喷淋层，所述第二喷淋层连接有NaOH水溶液补充罐。

4.根据权利要求3所述的微界面强化船舶烟气脱硫装置，其特征在于，所述第二喷淋层连通有所述冷却上水口。

5.根据权利要求3所述的微界面强化船舶烟气脱硫装置，其特征在于，所述第一喷淋层和所述第二喷淋层之间设置有收液盘用以将液体进行收集，所述收液盘连通有所述冷却回水口。

6.根据权利要求5所述的微界面强化船舶烟气脱硫装置，其特征在于，所述收液盘与所述冷却回水口之间还设置有洗涤泵用以在换水时提供动力。

7.根据权利要求1所述的微界面强化船舶烟气脱硫装置，其特征在于，所述洗涤塔的底端开设有海水外排口。

8.根据权利要求1所述的微界面强化船舶烟气脱硫装置，其特征在于，所述洗涤塔的顶端连接有烟气鼓风机用以将所述洗涤塔内的烟气排放。

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