CN104923056A - 一种船舶废气脱硫装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶废气脱硫装置及方法，属于大气污染防治技术领域。本发明包括洗涤塔、海水混合柜和曝气池，所述海水混合柜上方设有加碱口、内部设有搅拌器，海水混合柜的进水口与海水泵Ⅰ连接，海水混合柜的出水口通过加碱泵与洗涤塔内的喷淋装置连接，喷淋装置还与海水泵Ⅱ连接，所述洗涤水出口与污泥分离装置的进水口连接，所述污泥分离装置的下部的排泥口与污泥柜连接，污泥分离装置上部的出水口与曝气池的进水口连接，所述曝气池的出水口与排放管连接，曝气池上还设有进海水口，所述进海水口与海水泵Ⅲ连接。本发明可以在船舶航行时长时间连续的工作，装置实用性强，经济性好，装置安全性高，能满足船舶在不同海域、工况下的排放要求。

Description

一种船舶废气脱硫装置及方法

技术领域

本发明涉及船舶造成大气污染防治技术领域，具体涉及一种船舶废气脱硫装置。

背景技术

在经济全球化的趋势下，国际间贸易合作日益增强，远洋船舶数量日益增加。目前超过90％的远洋船舶采用柴油机作为主要动力，而且大部分船舶柴油机都燃用价格低廉的重油。虽然燃用重油节省了成本，但与此同时产生的船舶废气污染问题也日益严重，尤其是船舶硫氧化物污染，已经严重影响了沿海地区的大气环境。

为了减少船舶废气中硫氧化物对大气环境的污染，国际海事组织和欧美发达国家相继颁布了控制船舶硫氧化物排放的规定。MARPOL公约附则VI规定，在一般海域，自2012年1月1日及之后，燃油的硫分含量≤3.5％m/m；2020年1月1日及之后，燃油的硫分含量≤0.5％m/m；在排放控制区(ECA)内航行的船舶，自2015年1月1日及之后，燃油的硫分含量≤0.1％m/m；除此之外，欧盟法令还规定自2010年1月1日起在欧盟港口停泊超过2小时的船舶，不得使用燃油硫分含量超过0.1％m/m的燃油(不适用于停掉所有机器而使用岸电的船舶)。美国的加利福尼亚州的空气资源委员会也对船舶燃油硫含量做出了类似的规定，自2012年1月1日开始，船舶在距加州海岸线24海里内水域航行不得使用燃油硫分含量超过0.1％m/m的燃油。为应对愈加严格的排放法规，现有船舶逐渐采用进入ECA前换用低硫燃油的方法，使船舶尾气排放满足相关海域的硫排放要求。然而由于低硫燃油的粘度较低,过低的粘度会使燃油喷油设备精密偶件间因润滑不良而加剧磨损甚至咬死,且低粘度油的可泵性较差,影响了船舶航行的经济性和安全性。目前，欧美国家的个别航运企业开始尝试为船舶加装尾气后处理设备，该方法的脱硫效率较高，经济性和安全性好，受到越来越多船舶设备厂商和航运企业的青睐。

近年来，国内外各大船用设备公司和科研院所都加大了对船舶废气脱硫技术的投入力度，涌现出很多关于船舶废气脱硫技术的专利，如：在专利《一种船舶柴油机废气洗涤脱硫的设备》(专利号CN103331093B)中，使用淡水与NaOH混合生成的吸收液吸收废气中SO_x。但是船舶淡水资源紧缺，用造水机制造淡水效率低而且费用高。所以使用淡水会大幅提高脱硫装置的使用成本。而且由于淡水量有限，脱硫装置只能在排放控制区短时间的使用，并不能满足船舶在非排放控制区航行状态下长时间连续的脱硫要求。在专利《涤气器系统及方法》(专利号CN103842051A)中，提出开式、闭式和混合式三种脱硫工作模式，该方法在一定程度上提高了装置的适应性，但是随着船舶航行状态改变，废气中SOx含量明显变化，该装置无法实时调节喷淋洗涤液的用量，影响了装置的灵活性和经济性。更为关键的是，在开式脱硫模式下，洗涤塔排出废液的pH值约为3.5，明显不满足IMO所要求的湿法洗涤废液pH值高于6.5的规定。在专利《镁基-海水法船用脱硫系统》(专利号CN102120138A)中，提出将MgO粉加入浆料罐中，经蒸汽加热和电机搅拌，MgO与海水反应制得Mg(OH)2，之后经浆料提升泵分多路输送至脱硫洗涤塔中，通过喷淋泵提升作用进行多级Mg(OH)2浆料循环冷却喷淋与烟气中的SOx反应，提高了天然海水SOx的吸收率，该方法的脱硫效率较高，但存在脱硫工艺复杂，脱硫剂价格昂贵和随船存储量大等问题。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研究设计一种船舶废气脱硫装置及方法。本发明采用的技术手段如下：

一种船舶废气脱硫装置，包括洗涤塔，所述洗涤塔下部设有进气口和洗涤水出口，上部设有出气口，还包括海水混合柜和曝气池，所述海水混合柜上方设有加碱口、内部设有搅拌器，海水混合柜的进水口与海水泵Ⅰ连接，海水混合柜的出水口通过加碱泵与洗涤塔内的喷淋装置连接，喷淋装置还与海水泵Ⅱ连接，所述喷淋装置设置于出气口的下方，所述洗涤水出口与污泥分离装置的进水口连接，所述污泥分离装置的下部的排泥口与污泥柜连接，污泥分离装置上部的出水口与曝气池的进水口连接，所述曝气池的出水口与排放管连接，曝气池上还设有进海水口，所述进海水口与海水泵Ⅲ连接。

进一步地，所述污泥分离装置为离心分离装置。

进一步地，所述出气口处设有SO_x分析仪，所述排放管上设有能检测pH值的排水检测装置，所述SO_x分析仪和排水检测装置与控制反馈装置相连，所述控制反馈装置与加碱泵相连，控制加碱泵的供液量。

一种船舶废气脱硫方法，采用本发明所述的船舶废气脱硫装置，包括以下步骤：

①向海水混合柜中注入海水，将钠碱投入海水混合柜，配成钠碱海水溶液；

②使用配制的钠碱海水溶液混合海水作为喷淋液注入洗涤塔的喷淋装置对船舶废气进行喷淋；

③喷淋处理后的废气排入大气，将喷淋后的喷淋液排入污泥分离装置进行污泥分离，将污泥排入污泥柜，对分离后的液体混合海水后排入曝气池进行曝气处理，通过排放管排入大海。

进一步地，所述钠碱海水溶液的pH值为10～13，所述喷淋液的pH值为8～10。

进一步地，对出气口处排出的气体和排放管排出的液体进行检测，根据检测结果对钠碱海水溶液注入洗涤塔的量进行调节，直至排放管排出的液体的pH值为6.5～7.5且出气口排出的气体中SO_x与CO₂的体积比不高于4.3×10^-4。

与现有技术比较，本发明所述的一种船舶废气脱硫装置及方法具有以下有益效果：

1、本发明通过向喷淋管中加入少量预先配置的一定浓度钠碱海水，适当提高喷淋海水的pH值。既增强了天然海水吸收SO_x的能力，又使排出的洗涤水pH值大于6.5，满足IMO对湿法洗涤废液pH值高于6.5的规定。

2、本发明装置在运行过程中始终使用海水喷淋，可以在船舶航行时长时间连续的工作。而且在不需要使用淡水的情况下就可以满足IMO对湿法洗涤废液的排放要求。装置实用性强，经济性好。

3、本发明可根据SO_x分析仪检测的废气中SO_x浓度信号和排水检测装置检测的洗涤水pH信号，调节加碱泵向喷淋管的供液量，增加了装置的灵活性和适应性，从而使本装置能满足船舶在不同海域、工况下的排放要求。

4、钠碱市场价格低，而且在运行时只需使用少量钠碱就可较大程度提高喷淋海水的pH值，随船存储量小，装置安全性高，经济性好。

附图说明

图1是本发明所述的船舶废气脱硫装置结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种船舶废气脱硫装置，包括洗涤塔1，还包括海水混合柜2和曝气池3，所述洗涤塔1下部设有进气口4和洗涤水出口5，上部设有出气口6，所述海水混合柜2上方设有加碱口7、内部设有搅拌器8，海水混合柜2的进水口与海水泵Ⅰ9连接，海水混合柜2的出水口通过加碱泵10与洗涤塔1内的喷淋装置11连接，喷淋装置11还与海水泵Ⅱ12连接，所述喷淋装置11设置于出气口6的下方，所述洗涤水出口5与污泥分离装置13的进水口连接，所述污泥分离装置13的下部的排泥口14与污泥柜15连接，污泥分离装置13上部的出水口与曝气池3的进水口连接，所述曝气池3的出水口与排放管16连接，曝气池3上还设有进海水口17，所述进海水口17与海水泵Ⅲ18连接。

所述污泥分离装置13为离心分离装置。

所述出气口6处设有SO_x分析仪，所述排放管16上设有能检测pH值的排水检测装置，所述SO_x分析仪和排水检测装置与控制反馈装置19相连，所述控制反馈装置19与加碱泵10相连，控制加碱泵10的供液量。

一种船舶废气脱硫方法，采用本发明所述的船舶废气脱硫装置，包括以下步骤：

①向海水混合柜2中注入海水，将钠碱投入海水混合柜2，配成钠碱海水溶液，所述钠碱海水溶液的pH值为10～13，混合过程会产生沉淀，主要发生如下化学反应：

Mg²⁺+2OH^-→Mg(OH)₂(↓)

Ca²⁺+2OH^-→Ca(OH)₂(↓)

②使用配制的钠碱海水溶液混合海水作为喷淋液注入洗涤塔1的喷淋装置11对船舶废气进行喷淋，喷淋液的pH值为8～10，喷淋液中会有少量沉淀颗粒，在洗涤塔1中对船舶废气进行脱硫处理，发生如下化学反应：

SO₂(g)→SO₂(l)

SO₃(g)→SO₃(l)

SO₂(l)+H₂O→SO₃ ^2-+2H²⁺

SO₃(l)+H₂O→SO₄ ^2-+2H²⁺

Mg²⁺+SO₃ ^2-→MgSO₃

Mg²⁺+SO₄ ^2-→MgSO₄

Ca²⁺+SO₃ ^2-→CaSO₃(↓)

Ca²⁺+SO₄ ^2-→CaSO₄(↓)

废气中的SO_x被洗涤脱除，洗涤废液的pH值变成6.5-7.5的范围；

③喷淋处理后的废气排入大气，将喷淋后的洗涤废液液排入污泥分离装置13进行污泥分离，将污泥排入污泥柜15，对分离后的液体混合海水后排入曝气池3进行曝气处理，洗涤废液中颗粒物和洗涤产生的亚硫酸盐沉淀物等杂质经污泥分离装置13离心处理后进入污泥柜15存储。洗涤液中溶解的亚硫酸盐经曝气池3进行曝气处理，可根据洗涤液浓度选择开启海水泵Ⅲ18，将洗涤液与海水混合曝气，曝气过程发生如下所示的化学反应：

2MgSO₃+O₂→2MgSO₄

2CaSO₃+O₂→2CaSO₄(↓)

经上述一系列处理后，船舶柴油机废气实现了有效的脱硫净化，SO_x浓度达标的废气排入大气。洗涤后废液pH值大于6.5，满足IMO对湿法洗涤废液pH值高于6.5的规定。将洗涤废液中亚硫酸盐氧化为稳定的硫酸盐溶液，再将上述溶液与海水泵13泵入的天然海水混合稀释后排入大海。

对出气口处排出的气体和排放管排出的液体进行检测，根据检测结果对钠碱海水溶液注入洗涤塔的量进行调节，直至排放管排出的液体的pH值为6.5～7.5，出气口排出的气体中SO_x的含量不高于4.3SO_x(ppm)/CO₂(％v/v)。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种船舶废气脱硫装置，包括洗涤塔，所述洗涤塔下部设有进气口和洗涤水出口，上部设有出气口，其特征在于：还包括海水混合柜和曝气池，所述海水混合柜上方设有加碱口、内部设有搅拌器，海水混合柜的进水口与海水泵Ⅰ连接，海水混合柜的出水口通过加碱泵与洗涤塔内的喷淋装置连接，喷淋装置还与海水泵Ⅱ连接，所述喷淋装置设置于出气口的下方，所述洗涤水出口与污泥分离装置的进水口连接，所述污泥分离装置的下部的排泥口与污泥柜连接，污泥分离装置上部的出水口与曝气池的进水口连接，所述曝气池的出水口与排放管连接，曝气池上还设有进海水口，所述进海水口与海水泵Ⅲ连接。

2.根据权利要求1所述的船舶废气脱硫装置，其特征在于：所述污泥分离装置为离心分离装置。

3.根据权利要求1所述的船舶废气脱硫装置，其特征在于：所述出气口处设有SO_x分析仪，所述排放管上设有能检测pH值的排水检测装置，所述SO_x分析仪和排水检测装置与控制反馈装置相连，所述控制反馈装置与加碱泵相连，控制加碱泵的供液量。

4.一种船舶废气脱硫方法，采用如权利要求1-2中任意一项所述的船舶废气脱硫装置，其特征在于：包括以下步骤：

①向海水混合柜中注入海水，将钠碱投入海水混合柜，配成钠碱海水溶液；

②使用配制的钠碱海水溶液混合海水作为喷淋液注入洗涤塔的喷淋装置对船舶废气进行喷淋；

③喷淋处理后的废气排入大气，将喷淋后的喷淋液排入污泥分离装置进行污泥分离，将污泥排入污泥柜，对分离后的液体混合海水后排入曝气池进行曝气处理，通过排放管排入大海。

5.根据权利要求4所述的船舶废气脱硫方法，其特征在于：所述钠碱海水溶液的pH值为10～13，所述喷淋液的pH值为8～10。

6.根据权利要求4或5所述的船舶废气脱硫方法，其特征在于：对出气口处排出的气体和排放管排出的液体进行检测，根据检测结果对钠碱海水溶液注入洗涤塔的量进行调节，直至排放管排出的液体的pH值为6.5～7.5且出气口排出的气体中SO_x与CO₂的体积比不高于4.3×10^-4。