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一种用于 船舶主机尾气的海 水 脱硫系统和方法

阅读：259发布：2021-04-13

专利汇可以提供一种用于船舶主机尾气的海水脱硫系统和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种用于船舶主机尾气的海水脱硫系统和方法，该系统由烟气排出装置、供排海水装置和脱硫装置等部分组成，所述供排海水装置与烟气排出装置间设有第一热交换器，供排海水装置的出水端与脱硫装置的顶部相通，脱硫装置与生活用水箱间设有第二热交换器。本发明采用海水超重力旋转脱硫装置来吸收烟气中的二氧化硫（SO2）气体，有效提高了脱硫效率，也相应的减少了海水的使用量；烟气脱硫后，经过第二热交换器将剩余的大部分热量传递给生活用水箱，有效节省了船上资源，实现了热量的二次利用，也避免了含有较高热量烟气的排出对大气的危害。，下面是一种用于船舶主机尾气的海水脱硫系统和方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于船舶主机尾气的海水脱硫系统，其特征在于，所述海水脱硫系统由烟气排出装置、供排海水装置和脱硫装置组成，所述供排海水装置与烟气排出装置间设有第一热交换器，供排海水装置的出水端与脱硫装置的顶部相通，脱硫装置与生活用水箱间设有第二热交换器，所述脱硫装置的主体为海水超重力旋转脱硫装置。
2.如权利要求1所述的一种用于船舶主机尾气的海水脱硫系统，所述烟气排出装置的一端与船舶柴油机直接连接，另一端通过第一热交换器的热侧后与海水超重力旋转脱硫装置的下方烟气进口连接。
3.如权利要求2所述的一种用于船舶主机尾气的海水脱硫系统，所述供排海水装置包括与第一热交换器的冷侧连接的海水升温池，海水升温池上设有海水进口，在海水升温池与海水超重力旋转脱硫装置顶部间依次设有海水粗滤器、海水喷淋泵和反冲洗精滤器。
4.如权利要求3所述的一种用于船舶主机尾气的海水脱硫系统，所述海水超重力旋转脱硫装置的烟气出口通过烟气管道与第二热交换器的热侧相连，生活用水箱与第二热交换器的冷侧相连，所述海水超重力旋转脱硫装置内设有相连通的文丘里洗涤器和超重力反应器，所述文丘里洗涤器通过风机与海水超重力旋转脱硫装置下方的烟气进口相连，超重力反应器依次通过除雾器、烟气检测装置和风机后与烟气出口相通。
5.如权利要求1-4中任一项所述的一种用于船舶主机尾气的海水脱硫系统的脱硫方法，其特征在于，具体工艺过程为：
柴油机排出的烟气首先被送入第一热交换器的热侧降温以提高海水升温池中海水的温度，使其升温至最佳脱硫温度60℃，烟气经过第一热交换器后通入海水超重力旋转脱硫装置的下方烟气进口；
升温后的海水先后经过海水粗滤器、海水喷淋泵和反冲洗精滤器后以喷淋的方式被送入超重力反应器的空腔；
升温后的海水在海水超重力旋转脱硫装置中从上往下喷淋与从该装置底部进入并上升的经冷却的烟气反向接触，超重力反应器中的钢丝网高速旋转，使得进入装置中的海水在离心作用下形成一层液膜，充分吸收硫化物；
净化后的烟气经过烟气管道被送入第二热交换器的热侧，烟气被进一步冷却，热量被传递给第二热交换器的冷侧用于加热生活用水箱中的水，进一步冷却后的烟气被直接排出；
在海水超重力旋转脱硫装置中喷淋下来的海水经过海水排放系统可以被直接排入大海。

说明书全文

一种用于船舶主机尾气的海 水 脱硫系统和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及船舶设备领域，具体地涉及一种用于船舶主机尾气的海水脱硫系统和方法。

背景技术

[0002] 船用柴油机排出的尾气含有大量的硫化物，主要为SO2，排到空气中的SO2沉降的途径有两种：一种是借助重力作用直接回到地面，这对人类的健康,动植物生长及工农业生产造成很大危害。另一种就是形成酸雨，酸雨对生态系统，建筑物和人类的健康危害都特别大。随着船运行业的兴起， SO2气体的排放量更是日益增加，MAPROL73/78防污公约对船舶硫排放提出了强制要求，各地区性组织纷纷立法限制船舶硫氧化物的排放，如何有效处理SO2废气以达到排放要求是目前亟需攻克的问题。

[0003] 目前，全球航运业内部应对硫排放的限制措施主要有：使用低硫油，使用液化天然气（LNG）燃料替代燃油和加装尾气脱硫装置，使用低硫油将带来更高的燃油成本，同时，低硫油燃料的含硫量缺乏国际标准，使得低硫油燃料的可用性和规格上存在不确定性，而使用LNG燃料造船成本会大幅增加，综合评价，利用高效的船舶尾气脱硫装置来满足公约要求更加实际。

[0004] 关于烟气脱硫（FGD）的技术研究起源于20世纪初期，据不完全统计，世界各国研发、使用的烟气脱硫技术多达200多种，按脱硫工艺是否加水和脱硫产物的干湿形态分为三种：干法、半干法和湿法，按照脱硫技术的主要工艺又分为石膏烟气脱硫法、旋转喷雾干燥脱硫法和海水脱硫法等。

[0005] 湿法脱硫虽然是目前的主流脱硫技术，但其反应产物易形成淤渣或石膏产品，后续处理较麻烦，运行中存在设备腐蚀和结垢堵塞问题，且尾气温度低，不利于排放扩散，需进行再加热，能耗高，占地面积大，投资和运行费用高，干法脱硫虽然没有上述缺点，但固体脱硫剂与气态SO2直接反应的效果不佳，反应率低，脱硫剂利用率低，脱硫效果差。

[0006] 利用天然海水脱硫的技术原理是由美国加州伯克莱大学 L.A.Bromley 教授于上世纪 60 年代提出的， 1970 年美国在关岛电厂中试，英国也于 80 年代在爱丁堡附近中试。但是，出于对脱硫效果和海水污染等问题的考虑；美、英等国没有在燃煤发电厂普遍推广应用，发展较慢，工程应用晚于湿式石灰 - 石膏法。在 1988 年以前，海水脱硫技术多用于冶金行业的炼铝厂及炼油厂；如挪威南部铝厂、挪威 Statoil Mongstad 炼油厂等的脱硫系统均采用此装置。海水脱硫技术在火电厂的应用源于 1981年的美国关岛试验，随后在印度 TATA 电力公司 500MW 燃煤机组上进行了工业性试验并于1988年投入商业运行，1995年印度 TATA 电力公司在同一台机组上安装了第二台海水脱硫装置，使其烟气处理能力达到 44.5×10 4 标准 m3 /L；此后，海水脱硫工艺在电厂的应用取得了较快的发展。

[0007] 海水烟气脱硫是利用海水的天然碱性吸收烟气中SO2的一种脱硫工艺。由于雨水将陆地上岩层中含有的碱性物质（碳酸盐）带到海中，天然海水通常呈碱性，PH值一般大于7，其主要成分是氯化物，碳酸盐和一部分可溶性碳酸盐，以重碳酸盐（HCO3-）计，自然碱度约为1.2-2.5mmol/L,这使得海水具有天然的酸碱缓冲能力及吸收SO2的能力。海水脱硫的一个基本理论依据就是自然界的硫大部分存在于海洋中，硫酸盐是海水的主要成分之一，环境中的SO2绝大部分最终以硫酸盐的形式排入大海。但是现有的海水脱硫技术依然存在以下缺点：
1，300℃的烟气通过烟气管道将热量传递给海水使其升温到60℃然后排出，造成了大量热量的损失，没有对烟气中的热量达到更大化的利用。

[0008] 2，脱硫装置中的喷雾装置喷孔直径大小的选择很难精准把控，若喷出来的喷雾直径过大，与烟气接触的表面积会减小，不利于二者接触反应；若喷出来的喷雾直径过小，喷出来的大量喷雾颗粒距离很近的话烟气没有足够的空间与喷雾颗粒进行反应，而且由于距离较近，相邻的颗粒会接触形成大颗粒，大颗粒对二者反应也会有阻碍作用。因此无论直径过大或者过小都不能有效增大海水雾滴颗粒与烟气的接触面积，从而造成脱硫的效率不高。

发明内容

[0009] 本发明的目的在于解决现有技术中存在的一些不足，提供一种用于船舶主机尾气的海水脱硫系统和方法，可有效解决烟气热量的浪费，脱硫效率较低以及海水用量较大的问题。

[0010] 为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种用于船舶主机尾气的海水脱硫系统，由烟气排出装置、供排海水装置和脱硫装置等部分组成，所述供排海水装置与烟气排出装置间设有第一热交换器，供排海水装置的出水端与脱硫装置的顶部相通，脱硫装置与生活用水箱间设有第二热交换器。

[0011] 进一步地，所述脱硫装置的主体为海水超重力旋转脱硫装置。

[0012] 进一步地，所述烟气排出装置的一端与船舶柴油机直接连接，另一端通过第一热交换器的热侧后与海水超重力旋转脱硫装置的下方烟气进口相连。

[0013] 进一步地，所述供排海水装置包括与第一热交换器的冷侧连接的海水升温池，海水升温池上设有海水进口，在海水升温池与海水超重力旋转脱硫装置顶部间依次设有海水粗滤器、海水喷淋泵和反冲洗精滤器。

[0014] 进一步地，所述海水超重力旋转脱硫装置的烟气出口通过烟气管道与第二热交换器的热侧相连，生活用水箱与第二热交换器的冷侧相连，所述海水超重力旋转脱硫装置内设有相连通的文丘里洗涤器和超重力反应器，所述文丘里洗涤器通过风机与海水超重力旋转脱硫装置下方的烟气进口相连，超重力反应器依次通过除雾器、烟气检测装置和风机后与烟气出口相通。

[0015] 一种用于船舶主机尾气的海水脱硫方法，具体过程为：柴油机排出的烟气首先被送入第一热交换器的热侧降温以提高海水升温池中海水的温度，使其升温至最佳脱硫温度60℃，烟气经过第一热交换器后通入海水超重力旋转脱硫装置的下方烟气进口；
升温后的海水先后经过海水粗滤器、海水喷淋泵和反冲洗精滤器后以喷淋的方式被送入超重力反应器的空腔；
升温后的海水在海水超重力旋转脱硫装置中从上往下喷淋与从该装置底部进入并上升的经冷却的烟气反向接触，超重力反应器中的钢丝网高速旋转，使得进入装置中的海水在离心作用下形成一层液膜，使烟气与液膜的接触面积扩大，烟气中的硫化物得到充分吸收，使烟气得到净化；
净化后的烟气经过烟气管道被送入第二热交换器的热侧，烟气被进一步冷却，热量被传递给第二热交换器的冷侧用于加热生活用水箱中的水，进一步冷却后的烟气被直接排出；
在海水超重力旋转脱硫装置中喷淋下来的海水经过海水排放系统可以被直接排入大
2-
海，海水含有大量的SO4 和硫酸物等可以自己调控稀释，不会对大海造成影响。

[0016] 本发明的有益效果是：本发明公开的一种用于船舶主机尾气的海水脱硫系统采用海水超重力装置来吸收烟气中的SO2气体，能够代替传统的脱硫系统，高速旋转形成的网格超重力液膜使烟气与液体瞬间反应，有效提高了脱硫效率，也相应的减少了海水的使用量。而且，海水超重力旋转脱硫装置还具有体积小，质量轻，运转平稳，传质强度高，能耗低，占地面积小和节省基建投资的优点。另一方面，在烟气脱硫后，烟气没有被直接排除到大气，而是经过第二热交换器将剩余的而大部分热量传递给生活用水箱，有效的节省了船上资源，实现了热量的二次利用，也避免了含有较高热量烟气的排出对大气的危害。
附图说明

[0017] 图1是本发明一种用于船舶主机尾气的海水脱硫系统的工艺流程图；图2 是本发明中海水超重力脱硫装置的流程图；
图3 是海水超重力脱硫装置的核心超重力反应器的内部结构图。

具体实施方式

[0018] 为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图1-3和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。

[0019] 需要说明的是本发明所提供的实施例仅是为了本对发明的技术特征进行有效的说明，所述的左侧、右侧、上端、下端等定位词仅是为了对本发明实施例进行更好的描述，不能看作是对本发明技术方案的限制。

[0020] 实施例：本发明为了解决常规脱硫装置热损失严重和脱硫效率低的问题，提供一种专用于船舶主机尾气的海水脱硫系统，由烟气排出装置、供排海水装置、脱硫装置等部分组成，柴油机排出的烟气首先被送入第一热交换器的热侧降温以提高海水升温池中海水的温度，使其升温至最佳脱硫温度60℃，（海水与SO2最佳反应温度为60℃），烟气经过第一热交换器后通入海水超重力旋转脱硫装置的下方烟气进口；升温后的海水先后经过海水粗滤器、海水喷淋泵和反冲洗精滤器后以喷淋的方式被送入超重力反应器的空腔；
升温后的海水在海水超重力旋转脱硫装置中从上往下喷淋与从该装置底部的气孔进入并上升的经冷却的烟气反向接触，超重力反应器中的钢丝网高速旋转，使得进入装置中的海水在离心作用下形成一层液膜，充分吸收硫化物；
净化后的烟气经过烟气管道被送入第二热交换器的热侧，烟气被进一步冷却，热量被传递给第二热交换器的冷侧用于加热生活用水箱中的水，极大增强了烟气热量的利用率。
进一步冷却后的烟气被直接排出；
在海水超重力旋转脱硫装置中喷淋下来的海水可直接排入至大海，因为大海海水中本身含有大量的硫酸根离子（SO42-）和硫化物，故排到大海里的SO42-和硫化物对大海而言微不足道，大海可以经过自身的调控稀释，故不会对大海造成影响，可以直接排放。

[0021] 在效率方面，海水超重力旋转脱硫装置的吸收率远高于泡沫塔加复喷复档，处理后尾气中的SO2可降低至200 mg/m3以下，超重力设备的体积与重量则低于塔器设备，可以大幅度减少尾气处理装置的空间需求。

[0022] 本发明中的海水超重力旋转脱硫装置核心为超重力反应器，其反应流程为：烟气经过海水超重力旋转脱硫装置的下方烟气进口进入系统，风机对其进行加压，进入文丘里洗涤器进行清洗，然后进入超重力反应器，经过脱硫后的烟气进入除雾器，经烟气检测装置检测后由风机排出。

[0023] 本发明考虑到反应器内转子填料（此处转子为钢丝网，填充海水）会被废气中的油污及固体颗粒所阻塞，所以在海水超重力旋转脱硫装置里设置文丘里洗涤器。烟气进入文丘里洗涤器，含尘气体与洗涤器中的液滴或液膜接触、撞击，使尘粒从气流中分离，同时吸收部分SO2。然后进入超重力反应器。在所述文丘里洗涤器中，利用淡水对烟气进行洗涤，洗涤后的废液经过水力旋流器分离颗粒后泵送至文丘里洗涤器，水力旋流器中的颗粒排入废渣槽。

[0024] 所述超重力反应器由一台电动机带动转子，所述转子装载并固定填料，带动填料旋转，由旋转产生的离心加速度可达20-500倍的重力加速度，在此离心力场的作用下传质速率可提高1-2个数量级。较高的旋转速度会产生较大的剪切力，从而将液体打散为更加细小的液滴，使液滴在钢丝网上形成液膜，充分扩大气液有效接触面积。同时，由于烟气与海水之间的碰撞增加，较高的旋转速度也会导致气液相更新速度加快，从而使得SO2与海水的反应更加充分，由此提高了烟气处理效率。

[0025] 所述转轴为空心轴，通过固定元件固定转子，在空心轴身上设置若干通孔1，空心轴由两根不锈钢无缝钢管制成，焊接在一起，与电机轴使用凸缘联轴器连接，在空心轴经过的位置设置空腔；烟气通过进气孔2进入反应室，废气中的SO2由下至上与在钢丝网上形成的海水液膜在反应室内反应，脱硫后的烟气经过气孔1进入除雾器除雾，最后通过风机排出系统。

[0026] 海水送至空腔，经位于空腔部分的通孔1进入空心轴，再通过空心轴上位于转子位置的通孔1喷流而出，进入转子填料。反应后经过下方的通孔2排走。

[0027] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。但是以上所述仅为本发明的具体实施例，本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式均应涵盖在本发明的专利范围之中。

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