CN108837686A - 一种适用于船舶废气脱硫的高效洗涤塔系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于船舶废气脱硫的高效洗涤塔系统，包括洗涤塔单元、换热系统、冲洗水系统、废气混合器、辅机和主机，洗涤塔单元包括溢流口、气液分隔器、均流反应盘、喷淋层、除雾器上层冲洗水管道、除雾器、除雾器下层冲洗水管道、集液提效环、废气入口和洗涤液排放口；换热系统设置在洗涤塔单元的废气入口与废气混合器之间，废气混合器设置在换热系统之前并分别与主机和辅机相连，冲洗水系统与洗涤塔单元的除雾器冲洗水管道连通。本发明的有益效果是：有效提高脱硫效率，运行稳定；有效防止喷淋浆液进入主机，布置更方便；更加节能高效；可干烧，系统可靠性高，检修方便；有效防止洗涤塔内构件堵塞。
Description
技术领域
本发明专利涉及船舶废气脱硫领域，尤其涉及一种适用于船舶废气脱硫的高效洗涤塔系统及方法。
背景技术
为了减少船舶尾气中SO2对大气环境的影响，IMO第70届海洋环境保护委员会会议决定，自2020年1月1日起执行更高的含硫量标准的规定，即全球船用燃油硫含量应不超过0.5％，欧洲排放控制区域(ECA)不超过0.1％。目前有三种措施可以履行IMO对硫排放的要求：使用低硫燃油、使用液化天然气(LNG)、船舶废气脱硫技术(装置)。船舶废气脱硫技术方面，国内外处于中试规模或已经实船应用的主要技术有：海水法、淡水+氢氧化钠法、混合系统和镁基-海水法等。船舶废气脱硫系统大致由核心洗涤塔系统、废水处理系统、监测系统及其他附属设备构成。核心洗涤塔系统方面，目前大多采用的是空塔喷淋技术，即废气从底部或侧部直接通入塔内与喷淋浆液进行反应。废气从底部通入时需考虑防止喷淋浆液进入废气入口。该技术采用的洗涤塔系统通常较为简单，无论废气从底部还是侧部进入，都没能解决气流分布不均的问题，同时没有充分考虑船舶晃动对脱硫效果的影响，脱硫系统的稳定性不足。另外也有采用旋转喷雾原理的洗涤塔装置，内置多级风机，结构较为复杂，风机一旦损坏维修不便。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种适用于船舶废气脱硫的高效洗涤塔系统及方法。
这种适用于船舶废气脱硫的高效洗涤塔系统，包括洗涤塔单元、换热系统、冲洗水系统、废气混合器、辅机和主机，洗涤塔单元包括溢流口、气液分隔器、均流反应盘、喷淋层、除雾器上层冲洗水管道、除雾器、除雾器下层冲洗水管道、集液提效环、废气入口和洗涤液排放口；换热系统设置在洗涤塔单元的废气入口与废气混合器之间，废气混合器设置在换热系统之前并分别与主机和辅机相连，冲洗水系统与洗涤塔单元的除雾器冲洗水管道连通；
所述洗涤塔单元底端设有废气入口和洗涤液排放口，洗涤塔单元一侧设有溢流口，废气入口伸入塔内的高度高于溢流口；废气入口上方设有气液分隔器，气液分隔器由漏斗状构件与帽状构件组成并通过螺栓固定在塔内；气液分隔器上方设有均流反应盘，均流反应盘由设有均匀小孔的模块组成；均流反应盘上方设有集液提效环，集液提效环倾斜安装在塔壁上，为锯齿状环板结构；集液提效环上方设有喷淋层，喷淋层为管网状喷淋系统，由主管和支管组成，主管及支管上安装高效雾化喷嘴；喷淋层上方设有除雾器，除雾器上下方分别设有除雾器上层冲洗水管道、除雾器下层冲洗水管道。
作为优选：废气混合器内部设置导流片。
作为优选：除雾器上层冲洗水管道与除雾器下层冲洗水管道通过阀门隔开。
作为优选：洗涤液排放口在洗涤塔单元底端侧向倾斜布置或竖向对称分布在废气入口两侧或竖向倾斜分布在废气入口一侧。
作为优选：洗涤液排放口的尺寸为喷淋浆液量的125％以上。
作为优选：均流反应盘上的小孔尺寸为φ10mm～φ40mm，开孔率为27％～40％；均流反应盘在塔内设置一层或双层，均设置在喷淋层以下，与喷淋层的距离为1m～2m。
作为优选：集液提效环只设置一层或在每层喷淋层下方均设置一层。
作为优选：喷淋层外接洗涤水。
这种适用于船舶废气脱硫的高效洗涤塔系统的方法，包括以下步骤：
1)主机及辅机的废气经废气混合器混合均匀后进入换热系统，废气换热后温度降低，进入废气入口；
2)废气自废气入口进入洗涤塔单元后，首先经气液分隔器的流道翻转后再向上；
3)从气液分隔器出来的废气随后通过均流反应盘，均流反应盘的小孔将废气均匀分流，使废气从小孔中均匀往上流动；均流反应盘上保持一定高度的喷淋浆液，废气在通过均流反应盘上小孔的同时，均匀地与浆液发生一级反应；通过均流反应盘的废气将与喷淋浆液接触并发生二级反应；
4)每层喷淋层下方均设置集液提效环，集液提效环收集塔壁上的壁流浆液，并重新破碎成液滴，使之与废气反应；
5)反应后的废气通过除雾器除去雾滴后从出口排出；除雾器通过冲洗水系统定时冲洗，其中除雾器下层冲洗水管道每隔一定时间冲洗，除雾器上层冲洗水管道根据需要手动开启。
本发明的有益效果是:
1、有效提高脱硫效率，运行稳定。废气通过均流反应盘时，先与均流反应盘上保持的一定液位发生一级反应，随后与喷淋浆液发生二级反应，同时塔壁区域的废气与集液提效环上破碎的液滴发生补充反应；通过多级的反应，废气中的SO2能得到更加彻底的脱除，从而有效提高脱硫效率；均流反应盘的均匀反应效果与集液提效环的聚集废气效果可最大程度上减小船舶晃动对洗涤塔内反应的影响，系统运行更加稳定。
2、有效防止喷淋浆液进入主机，布置更方便。废气从洗涤塔单元底部直接通入，在船舶上空间紧张的前提下，管路布置更节省空间；废气入口在塔内保持一定高度，略高于溢流口，可防止在故障时浆液通过入口回流至主机；同时入口上方设置气液隔离器，其独特的弧形设计能够满足航行过程中的洗涤塔晃动的情况下浆液也不会进入入口。
3、更加节能高效。入口设置换热系统回收废气热量，降低废气温度，减少了浆液蒸发量，更有利于脱硫效率的提高；均流反应盘、喷淋层、集液提效环的系统脱硫组合方案，使喷淋的浆液与废气充分进行高效反应，这对塔内废气流速、喷淋浆液量的要求均有所下降，即在高流速、低喷淋量的情况下，该系统仍能够满足脱硫效率的要求，这将缩小洗涤塔系统的整体尺寸，用材更加节省，同时喷淋浆液量少可采用功率小的循环泵，运行更加节能。
4、可干烧，系统可靠性高，检修方便。本发明采用不锈钢材质，构件强度好，稳定性高，安装完成后在废气载荷作用下系统稳定可靠；同时无须设置废气旁路，可干烧，即在不喷淋的情况下直接通过废气；洗涤塔单元上设置多个人孔门，检修时方便。
5、有效防止洗涤塔内构件堵塞。设置冲洗水系统，正常运行模式下，除雾器下层冲洗水管道每隔一定时间进行冲洗，防止除雾器堵塞、洗涤塔内积碳，必要时可手动开启除雾器上层冲洗水管道进行冲洗，保证系统运行稳定可靠。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为洗涤塔单元结构示意图；
图3为均流反应盘模块图(其中a为中心区域模块图，b为周边区域模块图)；
图4为集液提效环结构图；
图5为洗涤液排放口其他设置方式的示意图。
附图标记说明：洗涤塔单元1、换热系统2、冲洗水系统3、废气混合器4、辅机5、主机6、溢流口7、气液分隔器8、均流反应盘9、喷淋层10、除雾器上层冲洗水管道11、除雾器12、除雾器下层冲洗水管道13、集液提效环14、废气入口15、洗涤液排放口16。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
所述的适用于船舶废气脱硫的高效洗涤塔系统，可有效适用于海水法、淡水+氢氧化钠法以及混合法的脱硫工艺路线。所述适用于船舶废气脱硫的高效洗涤塔系统包括：洗涤塔单元1、换热系统2、冲洗水系统3、废气混合器4、辅机5、主机6，如图1所示。洗涤塔单元1包括溢流口7、气液分隔器8、均流反应盘9、喷淋层10、除雾器上层冲洗水管道11、除雾器12、除雾器下层冲洗水管道13、集液提效环14、废气入口15、洗涤液排放口16，如图2所示。洗涤塔单元1全部采用耐海水及NaOH腐蚀的不锈钢制作。
所述洗涤塔单元1中，废气入口15伸入塔内的高度略高于溢流口7。洗涤液排放口16的设置方式可采用图2所示的侧向倾斜布置，也可采用图5所示的其他设置方式，竖向对称分布在废气入口15两侧，或竖向倾斜分布在废气入口15一侧。洗涤液排放口16的尺寸应为喷淋浆液量的125％及以上，靠自重排出。气液分隔器8由漏斗状构件与帽状构件组成，通过螺栓固定在洗涤塔内，细节尺寸根据气流流场的分布进行设计，保证足够的流通面积与更小的压降损失。如图3所示，均流反应盘9由设置均匀小孔的模块组成，小孔尺寸宜控制在φ10mm～φ40mm之间，开孔率宜控制在27％～40％之间，在塔内可设置一层，也可设置双层，均设置在喷淋层10以下，与喷淋层10的距离宜控制在1m～2m之间；均流反应盘9的中心区域模块为长方形结构，周边区域模块为缺一角的长方形结构，中心区域模块与周边区域模块的开孔率可以相同，也可以不同，根据实际烟气的分布决定。集液提效环14类似为锯齿状环板结构，如图2所示倾斜安装，锯齿的设置数量及尺寸根据实际流场确定，锯齿形状大大增加了集液提效环14破碎液滴与废气的反应面积，集液提效环14设置层数根据实际需要设置，可设置一层，也可在每层喷淋层10下方均设置一层。喷淋层10为管网状喷淋系统，由一根主管和若干支管组成，主管及支管上安装高效雾化喷嘴，保证喷淋覆盖率在300％以上。
所述换热系统2设置在洗涤塔单元1的废气入口15与废气混合器4之间，在废气混合均匀后，用于降低废气的温度，回收余热进行利用。
所述冲洗水系统3与除雾器冲洗水管道连通，除雾器上下层冲洗水管道通过阀门隔开。洗涤塔系统正常运行时除雾器下层冲洗水管道13每隔一定时间进行冲洗，必要时可手动开启除雾器上层冲洗水管道11进行冲洗，保证系统运行稳定可靠。
所述废气混合器4布置在换热系统2之前，设置主机管进口和辅机管进口分别与主机6和辅机5相连，废气混合器4内部设置导流片，保证废气混合均匀。
主机6及辅机5的废气经废气混合器4混合均匀后进入换热系统2，换热系统2回收废气余热进行船用蒸汽加热、箱罐的伴热等。同时，废气换热后温度降低，将有效缓解洗涤塔单元1入口处的恶劣工况，减少一级喷淋层浆液的蒸发量，更有助于脱硫系统的稳定。
洗涤塔单元1能够在干模式下运行，即在喷淋层10关闭的情况下，废气能够直接通过洗涤塔单元1直接排放，而无须设置旁路。干模式运行时，为防止除雾器12堵塞、洗涤塔内积碳等，设置冲洗水系统3，定时进行冲洗。
废气自废气入口15进入洗涤塔单元1后，首先经气液分隔器8的流道翻转后再向上。气液分隔器8能够有效隔绝喷淋浆液，防止浆液经废气入口15进入到发动机中，影响发动机的正常运行。气液分隔器8通过螺栓连接固定在洗涤塔内，其独特的弧形设计能够满足船舶在航行过程中晃动的情况下，浆液也无法进入废气入口15，同时减少废气阻力。从气液分隔器8出来的废气随后通过均流反应盘9，均流反应盘9设有均匀布置的小孔，它能将废气均匀分流，使废气从小孔中均匀往上流动，由于均流反应盘9上会保持一定高度的喷淋浆液，废气在通过均流反应盘9上气孔的同时，均匀地与浆液发生一级反应，增强了气液接触时间与反应的效果，有助于提升脱硫效率。通过均流反应盘9的废气将与喷淋浆液接触并发生二级反应。由于中心区域的喷淋密度比周边更大，废气通过的阻力也更大，因此废气有向周边逃逸的趋势，同时喷淋到洗涤塔塔壁的浆液会形成一定的壁流，造成了反应浆液的损失，因此在每层喷淋层10下方均设置集液提效环14，集液提效环14的结构类似于锯齿状环板，与塔壁成一定角度设置。集液提效环14可有效防止废气从周边逃逸，即使是在船舶晃动导致废气往周边扩散时，也能起到聚拢废气的效果，大大降低晃动对脱硫反应的影响；同时，集液提效环14可以收集塔壁上壁流，并重新破碎成液滴，使之与废气反应，锯齿形的边缘更是有助于增大废气与破碎液滴的反应面积。反应后的废气通过除雾器12除去雾滴后从出口排出。除雾器12通过冲洗水系统3定时冲洗，其中除雾器下层冲洗水管道13每隔一定时间冲洗，除雾器上层冲洗水管道11根据需要手动开启。底部洗涤液排放口16的设置根据实际需要、安装方便等可采取多种方式，除了图2所示的侧向倾斜设置方式外，也可采用图5所示的方式在塔底设置一个或多个排放口。
Claims (9)
1.一种适用于船舶废气脱硫的高效洗涤塔系统，其特征在于，包括洗涤塔单元(1)、换热系统(2)、冲洗水系统(3)、废气混合器(4)、辅机(5)和主机(6)，洗涤塔单元(1)包括溢流口(7)、气液分隔器(8)、均流反应盘(9)、喷淋层(10)、除雾器上层冲洗水管道(11)、除雾器(12)、除雾器下层冲洗水管道(13)、集液提效环(14)、废气入口(15)和洗涤液排放口(16)；换热系统(2)设置在洗涤塔单元(1)的废气入口(15)与废气混合器(4)之间，废气混合器(4)设置在换热系统(2)之前并分别与主机(6)和辅机(5)相连，冲洗水系统(3)与洗涤塔单元(1)的除雾器冲洗水管道连通；
所述洗涤塔单元(1)底端设有废气入口(15)和洗涤液排放口(16)，洗涤塔单元(1)一侧设有溢流口(7)，废气入口(15)伸入塔内的高度高于溢流口(7)；废气入口(15)上方设有气液分隔器(8)，气液分隔器(8)由漏斗状构件与帽状构件组成并通过螺栓固定在塔内；气液分隔器(8)上方设有均流反应盘(9)，均流反应盘(9)由设有均匀小孔的模块组成；均流反应盘(9)上方设有集液提效环(14)，集液提效环(14)倾斜安装在塔壁上，为锯齿状环板结构；集液提效环(14)上方设有喷淋层(10)，喷淋层(10)为管网状喷淋系统，由主管和支管组成，主管及支管上安装高效雾化喷嘴；喷淋层(10)上方设有除雾器(12)，除雾器(12)上下方分别设有除雾器上层冲洗水管道(11)、除雾器下层冲洗水管道(13)。
2.根据权利要求1所述的适用于船舶废气脱硫的高效洗涤塔系统，其特征在于，废气混合器(4)内部设置导流片。
3.根据权利要求1所述的适用于船舶废气脱硫的高效洗涤塔系统，其特征在于，除雾器上层冲洗水管道(11)与除雾器下层冲洗水管道(13)通过阀门隔开。
4.根据权利要求1所述的适用于船舶废气脱硫的高效洗涤塔系统，其特征在于，洗涤液排放口(16)在洗涤塔单元(1)底端侧向倾斜布置或竖向对称分布在废气入口(15)两侧或竖向倾斜分布在废气入口(15)一侧。
5.根据权利要求1所述的适用于船舶废气脱硫的高效洗涤塔系统，其特征在于，洗涤液排放口(16)的尺寸为喷淋浆液量的125％以上。
6.根据权利要求1所述的适用于船舶废气脱硫的高效洗涤塔系统，其特征在于，均流反应盘(9)上的小孔尺寸为φ10mm～φ40mm，开孔率为27％～40％；均流反应盘(9)在塔内设置一层或双层，均设置在喷淋层(10)以下，与喷淋层(10)的距离为1m～2m。
7.根据权利要求1所述的适用于船舶废气脱硫的高效洗涤塔系统，其特征在于，集液提效环(14)只设置一层或在每层喷淋层(10)下方均设置一层。
8.根据权利要求1所述的适用于船舶废气脱硫的高效洗涤塔系统，其特征在于，喷淋层(10)外接洗涤水。
9.一种如权利要求1所述的适用于船舶废气脱硫的高效洗涤塔系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)主机(6)及辅机(5)的废气经废气混合器(4)混合均匀后进入换热系统(2)，废气换热后温度降低，进入废气入口(15)；
2)废气自废气入口(15)进入洗涤塔单元(1)后，首先经气液分隔器(8)的流道翻转后再向上；
3)从气液分隔器(8)出来的废气随后通过均流反应盘(9)，均流反应盘(9)的小孔将废气均匀分流，使废气从小孔中均匀往上流动；均流反应盘(9)上保持一定高度的喷淋浆液，废气在通过均流反应盘(9)上小孔的同时，均匀地与浆液发生一级反应；通过均流反应盘(9)的废气将与喷淋浆液接触并发生二级反应；
4)每层喷淋层(10)下方均设置集液提效环(14)，集液提效环(14)收集塔壁上的壁流浆液，并重新破碎成液滴，使之与废气反应；
5)反应后的废气通过除雾器(12)除去雾滴后从出口排出；除雾器(12)通过冲洗水系统(3)定时冲洗，其中除雾器下层冲洗水管道(13)每隔一定时间冲洗，除雾器上层冲洗水管道(11)根据需要手动开启。
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