NO335786B1

NO335786B1 - Marin eksosgassrensing

Info

Publication number: NO335786B1
Application number: NO20130290A
Authority: NO
Inventors: Peter Strandberg
Original assignee: Marine Global Holding As
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2015-02-16
Also published as: US20160016109A1; AU2014220617A1; EP2958656B1; RU2015136259A; AP2015008566A0; PH12015501838A1; PT2958656T; AU2014220617B2; US9776125B2; KR102191153B1; MY188176A; NO20130290A1; HK1218273A1; RU2654027C2; KR20150123263A; BR112015020309A2; EP2958656A1; DK2958656T3; CA2897415C; CA2897415A1

Abstract

En skrubber (1) og en fremgangsmåte for skrubbing av eksosgass fra et sjøgående fartøy er beskrevet. Anlegget omfatter minst to seriekoblede og i det vesentlige rotasjons-symmetrisk vaskekamre (3, 13). En avbøyningslegeme (4) er anordnet i det nedre skrubbekammeret for å omdirigere avgassen mot veggene i skrubberen og skape turbulent gass-strøm. En eller flere spraydyse(r) (9) er anordnet nær veggene under avbøyningslegemet (4), og hvor en eller flere nedre kammer vanninjektor(er) (6, 6 ') er anordnet ovenfor avbøyningslegemet (4), for å introdusere skrubbevannet inn i eksosgass -strømmen, hvor et nedre kammer eksosutløp (12) er anordnet på toppen av det nedre vaskekammeret (3) som en koaksial innsnevring, for å trekke den delvis skrubbede eksosgassen fra det første skrubbekammer, og å introdusere gassen inn i det øvre skrubbekammeret (13).

Description

Beskrivelse

Teknisk felt

[0001] Foreliggende oppfinnelse angår en forbedret fremgangsmåte og anlegg for marin eksosgassrensing. Mer spesifikt, angår foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte og anlegg som benytter våtskrubbing av marin eksosgass for reduksjon av innholdet av miljømessige forurensninger I

eksosgassen.

Bakgrunnsteknikk

[0002] Tradisjonelt har det vært tillatt å frigjøreeksosgass fra marine fartøyer ut i atmosfæren med liten eller ingen behandling etter forbrenning for å redusere utslipp av miljøskadelige bestanddeler. Flere regjeringer har innført, eller vil snart innføre lovgivning som hindrer skip ikke oppfyller minimumskrav til utslipp i sine nasjonale farvann. Disse lovgivning har tvunget rederiene til å lete etter løsninger for å oppfylle kravene, ikke bare for skip som skal bygges, men enda viktigere for dagens flåte av skip.

[0003] Av spesiell interesse er utslippet av svoveloksider (SOX), og partikler som dannes ved forbrenningen, og slippes ut i atmosfæren i eksosgassen. Marine fartøyer vanligvis anvender forbrenningsmotorer med mager forbrenning og lavkvalitets brensel som resulterer både i høye nivåer av SOx og partikler i eksosgassen. SOx er et resultat av forbrenning av svovelinneholdende forbindelser som er særlig tallrike i lavkvalitets brensel.

[0004] Innholdet av SOx kan reduseres med en eller flere av et antall kjente teknologier, eller ved å bruke høyere kvalitets brensel. Høyere kvalitets brensel er imidlertid langt dyrere enn normal lavkvalitets brensel.

[0005] Sjøvannsskrubbere, eller mer generelt våtgasskrubbere, er kjent for reduksjon av SOx og partikler. For å få en tilstrekkelig reduksjon av SOx og partikler til å imøtekomme internasjonale og nasjonale krav, er pakkede skrubbere foreslått / markedsføres av de fleste leverandører av slikt utstyr. Våtskrubbere uten pakking for å øke kontaktflaten mellom gass og væske har hittil blitt funnet å være mindre effektive enn pakkede skrubbere.

[0006] Felles for de kjente fremgangsmåter som er effektive i fjerning av SOx og partikler med en tilstrekkelig effektivitet for å oppnå en behandlet utløpsgass som oppfyller kravene, er at utstyret som trengs er tungt og plasskrevende i tillegg til å redusere effektiviteten av motoreffekten vesentlig, og derved øker driftskostnadene på fartøyet.

[0007] Plass og vekt er alltid et problem i et marint fartøy, da plasskrevende og

tungt utstyr tar opp verdifull plass ombords og fortrenger betalende gjester.

[0008] På grunn av størrelsen av de eksisterende løsninger for våtskrubbing for reduksjon av SOx og partikler til et akseptabelt nivå, vil installasjonen av utstyret kreve vesentlig ombygging av deler av det indre av fartøyet, og kan kreve at fartøyet må tas ut av drift i en betydelig periode.

[0009] For tidligere kjente pakkede skrubbere, som nevnt ovenfor, må en bypass for eksosgass være anordnet dersom vannstrømmen stopper, ettersom pakkede skrubbere ikke må bli kjørt tørre.

[0010] Det er dessuten fra US 3.708.958 kjent en vertikal, sylindrisk skrubber for avgasser fra forbrenningsapparater. Avgassen introduseres gjennom et aksielt anordnet avgassrør, og renset avgass tas ut gjennom et aksielt anordnet utslippsrør. Et antall aksielt anordnede baffelelementer og perifert anordnede deflektorelementer er satt inn i skrubberen for å skape turbulent strømning og sikre god blanding mellom avgassen og damp og skrubbevæske som blir introdusert i skrubbekammeret. Baffel- og deflektorelementene omfatter absorberende materiale for å fange, og må derfor enkelt kunne byttes ut ved behov. Dette er en løsning som vanskelig kan sees å være relevant for bruk for rensing av avgass på et marint fartøy.

[0011] Følgelig er de kjente løsningene ikke er optimale for nye prosjekter og er

svært kostbare å installere på et eksisterende fartøy.

[0012] Et mål ved foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en løsning som er et godt alternativ for nye prosjekter på grunn av fordelene som gis, og som er enkel å installere på et eksisterende fartøy, hvor det ikke er nødvendig å ta

skipet ut av drift i en lang periode, hvis i det hele tatt.

Oppsummering av oppfinnelsen

[0013] Ifølge et første aspekt angår foreliggende oppfinnelse en skrubber for eksosgass fra en marint fartøy, omfattende

et nedre og en øvre skrubbekammer, hvor vaskekamrene er rotasjons-

symmetrisk om en felles lengdeakse som er vertikalt anordnet,

hvor et avgassrør er i det vesentlige koaksialt anordnet gjennom bunnen av det nederste vaskekammeret, hvor avgassrøret åpner seg inn i det nedre vaskekammeret, og et utløpsrør er koaksialt anordnet gjennom toppen av det øvre vaskekammeret,

hvor et avbøyningslegeme er anordnet over avgassrørets åpning for å omdirigere avgassen mot veggene i skrubberen og skape turbulent gasstrøm,

hvor en eller flere sprøytedyse(r) er anordnet nær skrubberens vegger under avbøyningslegemet, og

hvor en eller flere nedre kammer vanninjektor(er) er anordnet ovenfor den avbøyningslegemet, for å introdusere vaskevann inn i eksosgass-strømmen,

hvor et nedre kammer eksosgassutløp er anordnet på toppen av det nedre vaskekammeret som en koaksial innsnevring, for å trekke den delvis skrubbede utløpsgass fra det første vaskekammer, og introdusere gassen inn i det øvre vaskekammeret.

[0014] Det rotasjonssymmetriske skrubbekammeret hvor den innkommende gassen blir introdusert gjennom det koaksialt anordnede avgassrøret, sørger for enkel konstruksjon og som gjør det relativt enkelt å oppnå jevn fordeling av eksosstrømmen i skrubbekamrene. Avbøyningslegemet anordnet over eksosgassinnløpet, sikrer at det blir skapt en turbulent strømning for intim innblanding av vannstrålen fra sprøytedysene for effektiv kjøling av eksosgassen til en temperatur som gjør at NOx blir effektivt oppløst i vaskevannet som blir introdusert ved hjelp av vanninjektorene. Det andre vaskekammeret er anordnet for ytterligere å skrubbe avgassene for ytterligere fjerning av NOx og partikler fra eksosgassen.

[0015] Ifølge en utførelsesform er to eller flere vanninjektorer anordnet i det nedre vaskekammeret, og hvor den øverste vanninjektoren er rettet mot det nedre kammerets eksosgassutløp. Vannet blir distribuert av vanninjektoren(e) for effektiv skrubbing av eksosen og for å få en optimal kontaktflate mellom røykgassen og vanndråpene. Den øverste vanninjektoren i det nedre vaskekammeret er rettet oppover for å forårsake en venturieffekt i det nedre kammer eksosgassutløp for å redusere trykkfallet i eksosgassen i skrubberen.

[0016] Ifølge en utførelsesform, er en ringformet nedre seksjons veggdeflektor anordnet i veggen av skrubberen. Den ringformede veggdeflektoren samvirker med avbøyningslegemet for å skape et optimalt strømningsmønster for eksosgassen i vaskekammeret, og for å unngå varme områder (hot spots) på grunn av ufullstendig blanding av eksosgass og den avkjølende vanntåken fra forstøvningsdysene.

[0017] Ifølge en utførelsesform omfatter det nedre kammerets avbøyningslegeme to motsatt rettede rette kjegler som har en felles basis og en felles rotasjonsakse som faller sammen med lengdeaksen til skrubber. De motsatt rettede kjeglene sikrer en optimal strømning for å unngå for stort trykkfall over vaskeren samtidig som den nødvendige blanding og etablering av turbulent strømning i skrubberen blir sikret.

[0018] Ifølge en utførelsesform er en demister anordnet på toppen av det øvre

vaske delen for reduksjon av vanntåke i skrubbet avgassen.

Kort beskrivelse av figurene

[0019] Figur 1 er et lengdesnitt gjennom en skrubber ifølge foreliggende oppfinnelse, Figur 2 er en prinsippskisse av en basisutførelsesform av et anlegg for eksosbehandling, og Figur 3 er en prinsippskisse av en alternative utførelsesform av anlegget

for eksosgassbehandling.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

[0020] Figur 1 viser en to-trinns skrubber 1 i henhold til foreliggende oppfinnelse. Eksosgass fra en motor introduseres via et avgassrør 2 inn i et nedre skrubbekammer 3 i skrubberen 1. Tverrsnittet eller strømningsarealet, for skrubberen er fortrinnsvis vesentlig større enn tverrsnittet, eller strømningsarealet, til eksosrøret, for å redusere gasshastigheten i skrubberen i forhold til avgassrøret, for å tillate tilstrekkelig eksosgass oppholdstid i skrubber. En lav gasshastigheten inne i skrubberen er også viktig å holde trykkfallet over skrubberen så lavt som mulig for å unngå tap av motorkraften på grunn av et høyt mottrykk for den innkommende eksosen. Strømningsarealet til skrubberen 1 være fra omtrent 1,5 til 20 ganger strømningsarealet av eksosgassrøret, slik som f. eks. 2 til 10 eller 2,5 til 5 ganger strømningsarealet til eksosgassrøret 2. Som et eksempel, for et eksosgassrør med en diameter på 1,3 m, kan diameteren på skrubber være omtrent 2,4 m.

[0021] Både eksosrøret, og skrubberen er fortrinnsvis rørformede elementer som har sirkulært tverrsnitt, og er anordnet til å ha en felles lengdeakse slik at den innkommende eksosgassen er rettet stort sett parallelt med den felles lengdeakse. Følgelig har avgassrøret fortrinnsvis et i det vesentlige sirkulært tverrsnitt og er i det vesentlige koaksialt anordnet ved den nederste del av den foreliggende skrubber som illustrert i figur 1. Fagmannen vil forstå at andre geometrier er mulig, og hvordan man skal forandre de nedenfor nevnte konstruksjonselementer hvis tverrsnittet av eksosgassøret og / eller skrubberen er ikke-sirkulær.

[0022] Den foreliggende skrubber blir fortrinnsvis anordnet slik at lengdeaksen er i det vesentlige vertikalt under drift. Eksosrøret er satt inn gjennom bunnen av skrubberen, og den rensede avgass slippes ut gjennom et skrubberutløp 20 i toppen av skrubberen. Skrubberen er fortrinnsvis anordnet i en ikke vist skorstein på fartøyet. Vanligvis er to eller flere eksosrørene anordnet en skorstein. En lyddemper, som er et rørformet element med større diameter enn eksosrøret er anordnet i skorsteinen for å redusere motorstøyen, en demper per eksosrør. Diameteren til den foreliggende skrubberen er i det vesentlige er identisk med lyddemper, mens lengden av den foreliggende skrubberen er lengre enn lyddemperen, vanligvis omtrent 20 til 40, for eksempel omtrent 30%, lenger enn lyddemperen. Selv om vaskeren er lenger enn lyddemperen, er det i de fleste tilfeller mulig å erstatte en lyddemper som er til stede i skorsteinen til et eksisterende fartøy, eller å montere den foreliggende skrubberen istedenfor lyddemperen. Fagpersonen vil imidlertid forstå at en mindre rekonstruksjonen må gjøres for å få tilstrekkelig plass for skrubberen.

[0023] Den eksemplifiserte skrubberen omfatter to skrubbekamre, det nedre skrubbekammeret 3 og det øvre, eller polerings, kammeret 13, som er atskilt med et nedre kammer eksosgassutløp 12, som er en koaksial innsnevring som danner et utløp fra det nederste skrubbekammeret 3 og et innløp til det øvre vaskekammeret 13. Skrubbekamrene 3,13 har en lignende konstruksjon slik det vil bli beskrevet i nærmere detalj nedenfor.

[0024] Eksosgassen i eksosrøret 2 har typisk en temperatur fra omtrent 220 til omtrent 385°C, avhengig av belastningen på motoren som produserer eksosgass, og om en varmeveksler, som normalt er innrettet til å utnytte varmen i avgassen for generering av damp, er innkoplet.

[0025] En avbøyningslegeme 4 er anordnet i nærheten av den åpne enden av utløpsrøret 2 for å omdirigere den innkommende eksosgassen mot de ytre vegger av skrubber. Avbøyningslegemet 4 omfatter i sin enkleste form to rette sirkulære kjegler som peker i motsatte retninger fra en felles sirkulær base, og avbøyningslegemet er aksialt anordnet slik at lengdeaksen til nedbøyning organ, som forbinder toppunktene av kjegler nedre konus 4 ' peker nedover, og den øvre konus 4 " som peker oppover, er sammenfallende med lengdeaksen til skrubberen. Avbøyningslegemet er festet til veggene i skrubberen ved hjelp av ikke konnektorer som er utformet for å forårsake minimal forstyrrelse av strømningen til eksosgassen.

[0026] Toppvinkelen identifisert i figur 1 som a, til den nedre konus 4' av avbøyningslegemet, er omtrent 80 til 100°, normalt omtrent 90°. En toppvinkel a mellom 80 og 100° har vist seg å være et optimalt kompromiss mellom å redusere trykkfallet forårsaket av kjeglen, og en effektiv spredning av luftstrømmen jevnt i skrubberen.

[0027] Diameteren til avbøyningslegemet 4, som er koaksialt anordnet over avgassrøret 2, innløpet til skrubberen 1, må være større enn diameteren til utløpsrøret 2 for å hindre skrubbefluidet fra å falle ned i eksosrøret. På samme tid, må diameteren til avbøyningslegemet være liten nok til å unngå for høy innsnevring av eksosstrømmen mellom avbøyningslegemet og skrubben/eggene, da dette kan resultere i en for høy økning av trykkfallet over skrubberen.

[0028] Tåkedyser 9, som mottar vann fra tåkelinjer 10, er anordnet på innsiden av veggen av skrubberen 1 i det området hvor eksosen ledes av avbøyningslegemet 4, for å introdusere vanntåke inn i den innkommende eksosgassen for å avkjøle eksosgassen ved fordampning av tåken. Turbulensen i omdirigert eksosstrømmen i dette området under den maksimale bredden av nedbøyning legeme, sikrer en intim blanding av partikler og avgass. En mer spiss vinkel a på avbøyningslegemet 4 kan føre til mindre turbulens i gasstrømmen og derved en lavere grad av blanding av tåken og den innkommende eksosgassen, mens en mindre spiss vinkel kan føre til et uønsket høyt trykkfall over skrubberen.

[0029] Den innkommende eksosgassen er tørr og blir effektivt avkjølt ved fordampning av tåken som sprøytes fra spraydyser 9, til en temperatur på omtrent 40 ° C, eller lavere, en temperatur som er nødvendig for effektiv absorpsjon av SOx-innholdet i eksosgassen. For å oppnå en intim blanding av eksosgass og tåke, sprøyter spraydysene 9 med en stump vinkel, typisk mellom 100 og 150°, foreksempel ca. 130 °. Den midlere dråpestørrelse av sprayen fra spraydysene 9 er fra omtrent 0,1 mm til omtrent 0,5 mm, så som omtrent 0,25 mm for å tillate rask fordampning for å avkjøle eksosgassen. Fagpersonen vil forstå at et antall forstøvningsdyser 9 er fortrinnsvis anordnet rundt hele omkretsen av skrubberen på et høydenivå mellom toppen, eller åpning, av eksosrøret og den maksimale bredden til avbøyningslegemet 4, for å gi en ensartet fordeling av tåken i eksosgassen.

[0030] En ringformet veggdeflektor 5 er anordnet i veggen nedstrøms for avbøyningslegemet 4, det vil si på et nivå høyere oppe i skrubberen enn den maksimale bredden til avbøyningslegemet 4, for å lede gassen som strømmer oppover mellom skrubberveggene og avbøyningslegemet 4 for å oppnå en hovedsakelig jevn fordeling og flyt av gass i skrubberen ovenfor veggdeflektoren 5. Gassen ledes mot lengdeaksen til skrubber, og mot vanninjektorer 6 anordnet langs lengdeaksen i det nedre skrubbekammeret 3. På grunn av den turbulente strømningen av gassen, og utforming av den øvre del 4 "av avbøyningslegemet og veggdeflektoren 5, blir både en optimal fordeling av gassen og en optimal kontakt mellom gassen og vanndråper introdusert gjennom vanninjektorene 6, oppnådd.

[0031] Veggdeflektoren 5 har fortrinnsvis et kileformet tverrsnitt med en spiss vinkel p pekende nedover i skrubberen 1, det vil si rettet mot den nederste delen av skrubberen. Det har blitt funnet at vinkelen p fortrinnsvis bør være fra ca. 5 til ca. 30°. Ifølge beregninger, er den mest foretrukne vinkel P omtrent 20°, for å oppnå de ovennevnte optimale vann / gass-kontakten, og på samme tid en jevn gassfordeling og gasstrøm i skrubberen 1.

[0032] Utformingen av den øvre del av avbøyningslegemet 4, dvs. kjeglen pekende oppover, er også viktig for optimalisering av skrubberdesignet. Den øvre del av avbøyningslegemet påvirker strømningsmønsteret for gassen over avbøyningslegemet og vil samvirke med veggdeflektoren 5.1 tillegg, vil vanndråper som regner nedover fra spraydysene 6, treffe den oppad pekende kjegle av avbøyningslegemet 4 som har også den funksjon som en "paraply" for å unngå at vann regner inn i eksosrøret 2. Vinkelen definert av toppen av den øvre konus, a', blir justert slik at den samvirker med veggdeflektoren 5, og slik at den dirigerer de fallende vanndråper mot den ytterveggen til skrubberen i en retning som minimaliserer spruten som kan treffe inn i avgassrøret 2. For å oppnå dette vil vinkelen a ', normalt være£90°, for eksempel 90-70°, eller omtrent 93 °.

[0033] Vanninjektorene 6 er anordnet på injektor-rør 7 som er koblet til vanntilførselsrør utenfor skrubberen 1. Skrubberen er vist på figur 1 har to vanninjektorer 6 anordnet på injektor-rør 7 anordnet i ulike høydenivåer i skrubber 1. Skrubberen er vist på figurene 2 og 3 har tre vanninjektorer. Antallet vanninjektorer i det nedre vaskekammeret kan variere avhengig av den faktiske konstruksjon og designkriterier for den aktuelle skrubberen.

[0034] Minst to vanninjektorer er anordnet i det nedre vaskekammeret, en peker oppover, 6 ', og en eller flere peker nedover, 6. Den oppover pekende vanninjektor 6' er anordnet i den øvre del av det nedre skrubbekammeret, det vil si som det øverste vanninjektoren i det nedre skrubbekammeret 3. Vannstrålen fra den oppad rettede vanninjektoren 6 ' hjelper til å drive avgassen fra det nedre skrubbekammeret 3, gjennom innsnevringen definert av det nedre kammer eksosgassutløp 12 og inn i det øvre skrubbekammeret ved å skape en venturieffekt i innsnevringen.

[0035] Vanninjektoren(e) 6 anordnet under den oppover pekende vanninjektoren 6 ' er rettet nedover mot hovedretningen til den eksosgassen som

strømmer oppover i skrubberen 1. Vanninjektorene 6 omfatter en eller flere dyse(r) utformet for å tilveiebringe en vidt spredt strøm av dråper som har en gjennomsnittlig størrelse som er stor nok til å tillate at vanndråper å falle ned i den nederste del av skrubberen mot strømmen av eksosgass, og samtidig liten nok til å gi tilstrekkelig kontakt-areal for opptak av SOx og for å fange partikler som er tilstede i eksosgassen.

[0036] Typisk er vinkel for spraykonusen fra vanninjektorer 6, 6' 90-150 °, for eksempel omkring 120 °, for å oppnå en tilstrekkelig fordeling av vanndråper i skrubberen. Dråpestørrelsen kan variere avhengig av den typiske midlere hastighet av utløpsgassen inne i volumet av skrubberen. Typisk er den midlere gasshastighet fra omtrent 6 til 12 m / s, for eksempel omtrent 8-10 m / sek. Den midlere dråpestørrelse (diameter) for å tillate vannet å falle nedover i skrubber mot utløpsgassen som strømmer oppover, og på samme tid oppnå en tilstrekkelig kontakt-areal, er fra omtrent 2 mm til omtrent 3,5 mm, for eksempel fra omtrent 2,5 til ca. 3 mm.

[0037] Vanninjektorene 6 kan være av enhver art som er i stand til å produsere vanndråper i den indikerte middeldiameter. Hver vanninjektor 6 omfatter en eller flere spraymunninger alle er rettet i en vinkel mot eksosgass-innløpet og i forskjellige vinkler for å dekke en spraykonusvinkel som angitt ovenfor.

[0038] Vannet som introduseres gjennom spraydyser 9 og vanninjektorer 6, 6' er fortrinnsvis sjøvann. Den vannspray fra spraydysene 9 kjøler og metter eksosgassen med vann, mens vannspray fra vanninjektorene i hovedsak fungerer som en skrubbeoppløsning for eksosgass, for fjerning / reduksjon av SOx og støv, som for eksempel sot og andre partikler som finnes i eksosgassen. Vanndråpene som sprøytes utfra vanninjektorene 6, 6' oppløser SOx basert på oppløseligheten i vann. I tillegg kan SOx reagere med oppløste stoffer i vannet for å øke fangstevnen til vannet. Partikler i eksosen fanges opp av vannet. Dråpene faller ned i skrubberen samles ved bunnen av det nedre skrubbekammeret, og det oppsamlede vannet blir trukket ut gjennom et eller flere nedre kammer vannutløp 8, og behandles videre som vil bli beskrevet i mer detalj nedenfor.

[0039] Avbøyningslegemet 4 har to ulike formål. For det første har avbøyningslegemet en rolle i å omdirigere eksosstrømmen. For det andre fungerer avbøyningslegemet som et skjold for å hindre vanndråpene til å falle inn i eksosrøret, hvor innkommende vann kan forårsake skade på eksosrøret og / eller fartøyets motor som nevnt ovenfor.

[0040] Den skrubbede gassen i det nedre skrubbekammeret 3 blir trukket ut gjennom nedre kammer eksosgassutløpet 12 som nevnt ovenfor. Det nedre kammer eksosgassutløpet 12 er, som nevnt ovenfor, en koaksialt anordnet innsnevring dannet i det vesentlige som en aksial begrensning av det nedre skrubbekammeret 3. Utformingen av den aksiale innsnevring av det nedre skrubbekammeret er imidlertid viktig å redusere trykkfallet over skrubberen. Fortrinn er innsnevring utformet i det vesentlige som en flaskehals konstruert for å redusere trykkfallet over hele innsnevring ved å unngå skarpe kanter som kan forstyrre den eksosstrømmen og øker strømningsmotstanden deri.

[0041] Den ovenfor nevnte oppad rettede vanninjektoren 6' nedenfor begrensningen av det nedre kammer eksosgassutløpet 12, fører til en venturieffekt i det nedre kammer eksosgassutløpet 12 som vil både redusere trykkfallet og forårsake intim kontakt mellom avgass og vannet injiseres fra den oppad rettede vanninjektoren 6 '.

[0042] Gassen som trekkes ut gjennom nedre kammer eksosgassutløpet 12 blir introdusert i et øvre skrubbekammeret 13, som er utformet hovedsakelig på samme måte som det nedre skrubbekammeret 3, med det unntak at det ikke er noen forstøvningsdyser til stede som i det nedre skrubbekammeret.

[0043] Den innkommende eksosgassen blir omdirigert ved hjelp av et øvre kammer avbøyningslegeme 14, en øvre kammervegg deflektor 15, og vanntåken blir sprøytet inn i skrubbekammeret 13 gjennom vanninjektorer

16 anordnet på injektor-rør 17. Alle vanninjektorene i det øvre

skrubbekammeret 13 er rettet nedover. Vann som samles på bunnen av øvre skrubbekammeret 13, blir trukket ut gjennom en eller flere øvre kammer vannutløp 18.

[0044] Skrubbet gass forlater det øvre skrubbekammeret 13 gjennom et skrubberutløp 20 hvorfra den skrubbede eksosen den slippes ut i atmosfæren direkte eller via en ikke vist renset eksosgassutløpsrør. Skrubberutløpet 20 kan være utformet som en i det vesentlige aksial begrensning av det øvre skrubbekammeret 13 tilsvarer det nedre kammer eksosgassutløpet 12, da de samme betraktninger vedrørende reduksjon av trykkfall osv. må tas.

[0045] En demister 19 er anordnet på toppen av det øvre skrubbekammeret 13, eller i overgangen mellom skrubbekammeret og skrubberutløpet 20, for å fjerne eller vesentlig redusere mengden av vanndråper som blir frigitt fra skrubberen sammen med den skrubbede eksosen. Demisteren 19 omfatter en pute av tråder, enten strikket, vevet eller ikke-vevet, som støttes av en ramme, for å fange innblandede dråper fra gassen for å unngå eller vesentlig redusere mengden av dråper i gassen som slippes ut i atmosfæren. Trådene i puten kan være av et hvilket som helst egnet materiale, så lenge materialet er holdbart og er ikke eroderer under betingelsene i stripperen. Rustfritt stål er for tiden det mest foretrukne materiale for trådene. Fortrinnsvis er en vanndistributør 21 som mottar vann fra en demister vanntilførselsledning 22 anordnet for fordeling av vann over demisteren for å fjerne akkumulerte faststoffer i demisterens gitter og for å forbedre innfanging av tåke med demisteren. Faststoffene kan være et resultat av faste stoffer som er til stede i små vanndråper og / eller salter som utfelles fra fangede dråper. Fangede dråper og skrubbevann danner store dråper som faller ned i det øvre skrubbekammeret 13 og blir fjernet sammen med strippevæsken i ledningen 18.

[0046] Figur 2 er en forenklet prinsippskisse av et eksos-rensesystem som omfatter det ovenfor beskrevne skrubberen 1. Sjøvann er tatt inn fra sjøen gjennom et ikke vist sjøvannsinntak som er felles for flere sjøvanns-forbrukere ombord. Sjøvannet fra den felles sjøvannsinntaket er behandlet for reduksjon av faststoffer etc, og for å hindre eller minske groe på ledninger og tanker. Den således allerede behandlede sjøvannet introduseres i foreliggende anlegg via et sjøvannsinntaksrør 99 gjennom en sjøvannsinntakspumpe 100 som gir et ønsket trykk. Vannet går ut gjennom pumpen 100 gjennom et trykksatt vannrør 101, som er delt inn i et kjølevannsrør 102 og en prosessvannlinje 103, som hver styres av henholdsvis ventiler 104, 105.

[0047] Kjølevannet i kjølevannsrøret 102 er ført inn i en kjøler 106 for å kjøle prosessvann som skal brukes for å sprøyte inn i skrubberen 1 i den lukkede modus som vil bli beskrevet nedenfor. Kjølevannet som forlater kjøleren 106 føres gjennom en kjølevann utslippslinje 107 og slippes ut i sjøen som omgir fartøyet via en felles vannutløpslinje 108.

[0048] Foreliggende eksosgassrensesystem kan opereres i en åpent eller lukket

modus. Den åpne modus vil bli beskrevet først, nedenfor.

[0049] Vannet i prosessvannlinje 103 blir, som nevnt ovenfor, styrt av en prosessvannventil 104.1 åpen modus er ventilen 104 åpen for å tillate sjøvann å komme inn i linje 103. Prosessvannpumpenl 12 er anordnet i linje 103 for å øke vanntrykket til det trykket som er nødvendig for introduksjon i skrubberen. En prosesstankventil 114 i et prosesstankrør 113 som er koblet til en prosesstank 152, er lukket i åpen driftsmodus.

[0050] Som nevnt ovenfor, er en kjøler 106 er anordnet til røret 103 for kjøling av vannet i deri. I åpen modus, er kjølevann og vann i linje 103 ved samme temperatur. Følgelig kan kjøling bli kuttet ut ved å stenge kjølevannsventilen 103 i kjølevannslinje 102. Ved å slå av kjølingen i åpen modus, reduseres effektforbruket og dermed driftskostnadene da mindre vann blir pumpet.

[0051] Prosessvannet i linje 103 er fordelt på dyserørene 7, 17 og sprøytetåkelinje 10. Vannstrømmen i dyserørene inn i dysene styres av ventiler 7 ', 17'. Vann som samles i bunnen av hvert skrubbekammer trekkes ut gjennom vannutløpsrørene 8, 18. Ventiler 8 ', 18' er anordnet i rørene 8, 18 for styring av strømmen. Vannet i linjene 8, 18 blir introdusert inn i vannreturrøret 150 og introduseres inn i prosesstanken 152. En kontrollventil 154 kan være anordnet i strømmen i røret 150. Fagpersonen vil også forstå at en ikke vist pumpe kan være anordnet for å pumpe vannet i røret 150 dersom det er nødvendig.

[0052] En kjemikalietilsetningstank 109 som er koblet til en doseringspumpe 110 er anordnet for å tilsette kjemikalier til vannet i linje 103, for å justere pH-verdien til vannet og / eller legge til nødvendige kjemikalier, ioner etc, til vannet. Ved drift i lukket modus må forsiktighet utvises for å unngå tilsetning av kjemikalier som er miljømessig uakseptabel som sådan eller som kan danne miljømessig uakseptable forbindelser i reaksjon med komponenter i sjøvann og / eller eksosgass. Tilsetning av kjemikalier, så som f.eks. Mg(OH)2til det innkommende vann kan benyttes for å justere pH, for å øke kapasiteten av vannet for å binde sure gasser, slik som SOx og NOx, i tillegg til CO2, men vil i mange farvann ikke være estetisk akseptabelt på grunn til turbiditeten av det resulterende vann som skal slippes ut.

[0053] Hvis tillatt på grunn av miljømessige begrensninger, kan vann i prosesstanken 152 bli sluppet ut via prosesstank utløpsrør 160 via ventiler 161,162 og sluppet gjennom overbord gjennom vannutløpslinje 108.

[0054] Dersom strengere miljøkrav kommer til anvendelse, blir ventilen 161 lukket, og pumpen 154 blir aktivert for å pumpe vann fra tanken 152 inn i hydrosyklon 166 for å fjerne partikkelformig materiale fra vannet. Renset vann tas utfra hydrosyklonen 166 via hydrosyklon renvannslinje 170, og blir sluppet ut i sjøen gjennom overbord vannutløpslinje 108. En mindre mengde vann trekkes ut fra hydrosyklonen sammen med det partikkelformede materiale gjennom avfallsledninger 168 og blir introdusert i en bagfilterenhet 167. Filtrene i bagfilterenheten er skiftet ut i henhold til behovet for dette, og det faste avfallet blir tatt vare på for avhending. Vannet som filtreres gjennom bagfilterenhetene blir returnert inn i prosesstanken 152.

[0055] Når de strengeste miljøkrav gjelder, for eksempel i kystnære farvann, i havner, eller i miljø vernede områder, som for eksempel det baltiske hav, etc, blir foreliggende system operert i lukket modus.

[0056] I lukket modus, er ventil 162 som tillater vann fra prosesstanken 151 å bli sluppet gjennom overbord vannutløpslinje 108, lukket. I tillegg, blir ventil 114 i linje 113 som kobler prosesstanken 152 til linje 103 for det sirkulerende vann, åpnet, slik at prosessvannet blir tatt fra prosessvanntanken 152, slik at vannet resirkuleres.

[0057] I lukket modus blir alkali, for eksempel Mg(OH)2, tilsatt til prosesstanken 152 for å øke pH-verdien, og derved øke kapasiteten for absorpsjon / binding av SOx. Alkali tilsettes til tanken 152 fra en alkali-tank 180 gjennom et alkalirør 181. En doseringspumpe 182 er anordnet på linje 181 for å innføre den nødvendige mengde av alkali til tanken 152.

[0058] Det meste av SOx i eksosgass er i form av SO2. Inne i skrubberen blir SO2oppløst i vannet. Mg(OH)2tilsatt til skrubbevannet vil da reagere med SO2ifølge følgende ligninger:

Mg(OH)2+ SO2+ H20 --> MgS03

MgS03+ SO2+ H20 --> Mg(HS03)2

Mg(HS03)2+ Mg(OH)2-> 2MgS03+ 2 H20.

[0059] Oksygen tilsettes til vannet i prosesstanker 152 ved lufting, dvs. innføring av en gass er oksygen, luft eller oksygenanriket luft gjennom en luftledning 148 som er koblet til en luft-diffusor 149, og slik at den tilførte gass til å boble gjennom vann. Innføring av oksygen i tankene gir ytterligere oksydasjon av MgS03i henhold til formelen: MgS03+<1>/202^ MgS04.

[0060] Avkjøling av det sirkulerende vann er særlig viktig for drift av systemet i lukket modus. Kjøling av det sirkulerende vann oppnås ved hjelp av kjøleren 106, som beskrevet ovenfor. Brukt kjølevann innført fra vanninntaket 100, ikke er forurenset av eventuelle interne prosesser ombord på fartøyet og kan frigjøres gjennom overbord vannløp 108.

[0061] I lukket modus, blir ventilen 105 i linje 103 som kontrollerer innkommende sjøvann kontrollert for kun å legge vanntapet i prosessen på grunn av fordampning i skrubberen.

[0062] Figur 3 illustrerer en foretrukket utførelsesform av foreliggende system, hvor en ekstra prosesstank 151 er koblet til linje 150. Fordeling av vann trukket ut fra skrubberen 1 inn til prosesstanker 151, 152 blir styrt ved hjelp avventiler 153, 154, som kontrollerervannstrømmen gjennom ledningene 150, 150 ' for å lede vannet til prosesstankene 151, 151', henholdsvis. Tilsvarende til det som er beskrevet med henvisning til prosesstanken 152, blir prosesstanken 151 som er koblet til en linje 160 ' styrt av en ventil 161', og en ventil 162 ' for å styre strømmen av vann fra tanken ut mot overbord vannutløp 108 i lukket og åpen modus, henholdsvis. Likeledes blir en pumpe 153 for å tilveiebringe det nødvendige trykket for hydrosyklon 165 for rensing av vann som skal renses, en renset vannutløpslinje 170 ', og en bagfilterenhet 167 operert som beskrevet for figur 2, også tilveiebrakt for denne andre prosesstanken.

[0063] En vannoverføringslinje 155 er også fortrinnsvis anordnet for overføring av vann fra prosesstanken 151 til prosesstank 152. En pumpe 156 er anordnet for en slik overføring av vann. I den viste utførelsesform, er linjen 155 er koblet til hydrosyklonen 166 av den første prosesstanken 152, slik at vannet er renset før den blir introdusert inn i beholderen 152.

[0064] Systemet som er beskrevet i figur 3 har de ytterligere fordeler i forhold til den utførelsesform som i figur 2 ved at det introduserer redundans i kritiske funksjoner, slik som hydrosyklon og bagfilterenheter. Dette er spesielt viktig i farvann der de strengeste forskrifter som krever lukket sløyfe drift av systemet gjelder, for å unngå at svikt i slike viktige utstyr gir svikt av det totale systemet og utslipp av urenset eksos.

[0065] Systemet som er beskrevet har en begrenset tid for drift i lukket modus da oppløste stoffer etc. akkumuleres i det sirkulerende vann, og den foreliggende beskrevne rensesystem er ikke utviklet for kontinuerlig drift over et lengre tidsrom. Systemet beskrevet med henvisning til figur 3 er konstruert for å drives i omtrent 72 timer, tilsvarende den tid det tar for et cruisefartøy for å angi det beskyttede området i Baltikum til havnene av interesse. I havnen kan kastes sirkulerende skrubbing vann ved anlegg for flytende avfall og erstattes med nytt vann.

[0066] Det foreliggende system har viktige fordeler i forhold til tidligere løsninger, da skrubberen vil ha en funksjon som en lyddemper, så vel som for rensing av eksosgassen for partikler, så vel som SOx. I tillegg, i tilfelle av svikt med vannsirkulasjon, kan den foreliggende skrubberen drives som en lyddemper, selv uten vann, mens kjente alternative løsninger ikke kan betjenes tørr og krever tilstedeværelse av en bypass avgassledningen i tilfelle vannsirkulasjonen opphører. Foreliggende system er også mindre plasskrevende enn de tidligere kjente løsninger, og krever ingen eller få modifikasjoner ombord på et eksisterende skip. I de fleste tilfeller kan et eksisterende skip være underfull drift under installasjonen dagens system.

[0067] Fagpersonen vil forstå at selv om skrubberen som er beskrevet ovenfor omfatter to i serie forbundne skrubberkamre, kan skrubberen omfatte flere enn to i serie forbundne skrubberkamre.

[0068] I de fleste skipsdesign, slik som cruiseskip, kan foreliggende skrubbere i de fleste tilfeller bli installert under drift av fartøyet. Eksosgassen ledes fra motorene til skorsteinen i eksosrør, hvor en potte pr eksosrør er anordnet for å dempe støy fra motoren, før gassen slippes ut til omgivelsene. Skrubberne som er heri beskrevet og gjort krav på, erstatter lyddemperen, da skrubberen har i det vesentlige samme diameter som lyddemperen den erstatter, og er, som nevnt ovenfor, typisk omtrent 30% lenger enn lyddemperen. Normalt krever erstatning av lyddemperen med foreliggende skrubber ikke noen større ombygging om bord i fartøyet som det er tilstrekkelig plass inne i skorsteinen, for å tillate denne økningen i lengde i forhold til lyddemperen.

[0069] Under erstatning av lyddemperen med en skrubber i henhold til foreliggende oppfinnelse blir eksosen i det aktuelle eksosrøret stenges av ved å stoppe en av skipets motorer, uten å påvirke driften av fartøyet. Så snart foreliggende skrubber har erstattet lyddemper og er festet på innsiden av skorsteinen og til eksosrøret, kan motoren startes på nytt, og drives som vanlig da skrubberen vil fungere som en lyddemper og ikke bli skadet, selv om den løper tørr. Installasjonen av skrubberen kan så fortsettes uten å påvirke driften av fartøyet. Så snart vann-injeksjon og vannbehandlingssystem er installert ombord, kan skrubbingen startes.

[0070] Den gjenværende systemer av vannrensing og injeksjon inn i skrubberen kan installeres uavhengig av skrubberen som sådan. Prosesstankene 151, 152, hydrosykloner, 165, 166, pumper, rørledninger, varmeveksleren 106, osv., er også plasskrevende, men kan være anordnet inne i eller i nærheten av maskinrommet, og vil kreve minimal ombygging ombord som kan resultere i redusert areal tilgjengelig for passasjerer, da slike reduksjoner medfører reduserte inntekter for fartøyet.

[0071] En spesiell fordel for foreliggende skrubbere er at skrubberne kan løpe tørre, altså uten introduksjon av vann gjennom spraydysene eller vanninjektorene. Vanntrykket kan falle eller forsvinne på grunn av tekniske feil. Under tørr drift vil foreliggende skrubbere fungere som lyddempere uten noen skadelige resultater på skrubberne, selv om skrubberne opereres tørt i en lengre tidsperiode. Selv om tørr operasjon kan føre til et økt støynivå sammenlignet med normal drift av skrubberne, på grunn av at den dempende virkningen av vannet, er støyen ikke er verre enn i en situasjon hvor støyen er redusert med de opprinnelige lyddemperne. Så snart vannet er tilbake, vil de skrubbere igjen virke som ovenfor beskrevet.

[0072] Pakkede skrubbere, på den annen side, kan ikke brukes uten tilstrekkelig mengde vann over en lengre periode da den pakkingen blir tilstoppet av partiklene som er tilstede i avgassen hvis de opereres uten vann. For å unngå å måtte stoppe motorene hvis trykket i skrubbevannet forsvinner, må eksosgass-strømmen bli omdirigert til de opprinnelige lyddempere hvis vanntilførsel til de pakkede skrubberne blir stoppet i mer enn en forutbestemt periode som nevnt ovenfor. Dette innebærer at de opprinnelige avgassrørog lyddempere må beholdes inne i skorsteinen, og at plasskrevende skrubbere må fortrenge arealer ombord som normalt brukes som arealer for passasjerer.

Eksempel

[0073] Beregninger er foretatt for håndtering av eksosgass fra en 12,6 MW skipsmotor, som har en avgassmengde ved 100% last på omtrent 62 000 m<3>/t. Eksosstrømmen fra motoren, kan variere fra omtrent 14 000 m<3>/t til ca. 62 000 m<3>/h. Beregningene er gjort ved normal belastning på ca. 75% av maksimal belastning, noe som resulterer i en gass-strøm på ca. 52.000 m<3>/h, svarende til innkommende gasshastigheten i et eksosrør med en diameter på omtrent 1,2 m på over 38 m/s. Som nevnt ovenfor, eksosgassen i avgassrøret 2 har typisk en temperatur fra omtrent 220 til omtrent 375 ° C, avhengig av belastningen på motoren som produserer eksosgass, og hvis en ekonomiser, som normalt er innrettet til å utnytte varmen i eksos gass for generering av damp, er engasjert.

[0074] Skrubberen 1 brukt for beregningene har en diameter på omtrent 2,3 meter, og en samlet høyde på omtrent 15,5 meter. Med utgangspunkt i en normal belastning, og en eksosgasstemperatur på 240 °C og en avgassmassestrøm av 22,4 kg/s, blir omtrent 3 kg / s vann innført gjennom spraydyser 9 for kjøling av eksosgassen til omtrent 40 °C, en temperatur som er nær temperaturen av det tilførte kjølevann, noe som bekrefter at alle kjøling er et resultat av fordampning. Spraydysene produserer tåke som har midlere dråpestørrelse på 0,25 mm.

[0075] Omkring 36 kg vann/sekund ble innført gjennom hver av de to vanninjektorene per skrubbekammer, eller en total på omtrent 144 kg vann/sekund, i den beregnede modellen for å oppnå tilstrekkelig fjerning av partikler og SOx. Den midlere dråpestørrelse av dråpene introduseres gjennom vann injektorer 6, 6 ', 16 er mellom 0,5 og 3 mm, for eksempel omtrent 2,5 til 2,8, eller omtrent 2,7 mm, for å oppnå et tilstrekkelig stort overflateareal for å oppnå den ønskede fangst av partikler og SOx og for å tillate dråpene å falle nedover mot eksosgasstrømmen.

[0076] Simuleringene indikerer at uniformiteten til gasshastighetsfordeling i skrubberkamrene var meget god, umiddelbart over det første, eller nedre avbøyningsorgan 4, noe som er lovende for effektiviteten til skrubberen. Simuleringen bekreftet også at temperaturen var ensartet direkte over det første avbøyningslegemet 4. Behovet for vann for effektiv skrubbing er mindre enn for kjente skrubbesystemer for eksosgass. Pumping av vann for introduksjon inn i skrubberen er kraftkrevende. Reduksjon av vannvolumet per sekund er viktig for å redusere kraftbehovet og dermed driftskostnadene for skrubberløsningen.

[0077] Trykkfallet over skrubberen, økte fra ca. 0,9 kPa når skrubberen ble operert uten vann, det vil si bare som en lyddemper, til £ 1,47 kPA under drift som en skrubber. Dette trykkfall, forårsaket av de små dråpene, er mindre enn for tidligere foreslåtte pakkede skrubbere som er mer plasskrevende i tillegg til de andre nevnte ulemper som er nevnt ovenfor.

[0078] Resultatene av simuleringene har blitt bekreftet av en prototype installasjon i et fartøy i drift. Prototypen ble installert og operert uten å forstyrre driften av fartøyet. Prototypen fjernet> 85% av partiklene i avgassen målt ved lasermålinger. I tillegg ble ca. 99% av SOx fjernet fra eksosgassen når skrubberen ble operert i åpen modus.

Claims

1. En skrubber (1) for eksosgass fra en marint fartøy, omfattende et nedre og et øvre skrubbekammer (3,13), hvor skrubbekamrene (3, 13) er rotasjons-symmetrisk om en felles lengdeakse som er vertikalt anordnet, hvori et eksosrør (2) er i det vesentlige koaksialt anordnet gjennom bunnen av det nederste skrubbekammeret (3), hvor eksosrøret (2) munner ut i det nedre vaskekammeret (3), og et eksosutløp (20) er koaksialt anordnet gjennom toppen av det øvre skrubbekammeret (13), hvor et avbøyning legeme (4) er anordnet over åpningen til eksosrøret (2) for å omdirigere eksosen mot veggene i skrubberen (1)og skape turbulent gasstrøm, karakterisert vedat en eller flere spraydyse(r) (9) er anordnet nær skrubberens vegger under avbøyningslegeme (4), og hvor en eller flere nedre kammer vanninjektor(er) (6, 6 ') er anordnet ovenfor det avbøyningslegemet (4), for å innføre skrubbevann inn i eksosgass-strømmen, hvor et nedre kammer eksosutløp (12) er anordnet på toppen av det nedre skrubbekammeret (3) som en koaksial innsnevring, for å trekke den delvis skrubbede eksosgassen ut fra det første skrubbekammeret (3), og å introdusere gassen inn i det øvre skrubbekammeret (13).

2. Skrubberen ifølge krav 1, hvor et eller flere nedre kammer vannutløp (8) er anordnet for å trekke ut skrubbevann oppsamles i den nederste del av det nedre skrubbekammeret (3).

3. Skrubberen ifølge krav 1 eller 2, hvor nedre kammer vanninjektorene (6, 6 ') er anordnet langs lengdeaksen til det nedre skrubbekammeret (3).

4. Skrubberen ifølge hvilket som helst av de foregående krav, hvor to eller flere vanninjektorer (6, 6') er anordnet i det nedre skrubbekammeret (3), og hvor den øverste vanninjektoren (6 ') er rettet mot det nedre kammerets eksosutløp (12).

5. Skrubberen ifølge hvilket som helst av de foregående krav, en ring formet nedre kammer veggdeflektor (5) er anordnet i veggen til skrubberen (1).

6. Skrubberen ifølge hvilket som helst av de foregående krav, nedre kammers avbøyningslegeme (4) omfatter to motsatt rettede rette kjegler som har en felles basis og en felles rotasjonsakse som faller sammen med lengdeaksen til skrubberen (1).

7. Skrubberen ifølge hvilket som helst av de foregående krav, hvori et øvre kammer avbøyningslegeme (14) er anordnet inne i det øvre skrubbekammeret (13) og over det nederste skrubbekammerets eksosutløp (12).

8. Skrubberen ifølge krav 7, hvori ett eller flere øvre vaskekammer vanninjektor (er) (16) er anordnet i det øvre skrubbekammeret (13).

9. Skrubberen ifølge hvilket som helst av de foregående krav, hvori en demister (19) er anordnet på toppen av det øvre skrubbekammeret (13) for reduksjon av vanntåke i den skrubbede eksosgassen.