CN104316657B - 一种用于湿法洗涤的模拟船舶废气*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于湿法洗涤的模拟船舶废气***，包括：配气混合子***、温控子***、湿法洗涤子***和烟气分析子***；配气混合子***的输出端连接温控子***，温控子***的输出端分别连接湿法洗涤子***和烟气分析子***，模拟烟气经湿法洗涤反应处理后，经背压调节阀与烟气分析子***相连。有益效果是：提供了一种在实验室人为可控条件下用于研究湿法洗涤技术的模拟船舶废气***，***内气压恒定，流量输出稳定。模拟船舶废气有害组分精度高，可定量评价湿法洗涤处理效果，评价结果可靠性，可重复性好。测试需烟气量少、测试时间短、测试成本低。

Description

一种用于湿法洗涤的模拟船舶废气***

技术领域

本发明属于实验检测装置技术领域，尤其涉及用于湿法洗涤的模拟船舶废气***。

背景技术

伴随着国际海运贸易的不断扩张，船舶排放有害气体总量越来越大，造成的大气污染也越来越严重。因此，近年来，国际海事组织(IMO)修订MARPOL公约，针对船舶废气中硫氧化物和氮氧化物制定了更加严格的排放法规。

为了有效应对即将履约实施的船舶废气TierIII排放标准，船舶废气排放控制技术研究成为了当下研究的热点。在众多的脱硫脱硝排放控制技术当中，基于湿法洗涤的后处理技术，因其较好的适应船舶海上航行的特殊环境，且较容易在不造成较大影响的前提下对现有船舶动力装置排气***改造安装，安装和运行成本较低，所以受到广泛关注和重点研究。目前主流的湿法洗涤技术研究主要有海水法、钠碱法和镁基法等。在实验室条件下，研究这些湿法洗涤技术的反应机理和反应速率，定量评价其废气处理效果将为实船应用发挥重要的指导和参考作用。

现有技术中，在实验室条件下对船舶废气进行湿法洗涤研究，多采用实际船舶动力装置废气排放直接收集方式进行，存在的问题是：由于实际船舶动力装置废气成分复杂，各组分浓度随工况变化不稳定，且废气温度较高，环境因素变化较多，实验过程重复性较差，可靠性较低，废气流量消耗大、试验成本高。因此不适合于前期研究探索湿法洗涤反应机制。此外，即使能够采用一定的方法将船舶动力装置废气收集并存储起来，由于废气中含有较多的颗粒物，长时间储存也可能会发生沉淀和化学反应，导致原始气体成分和浓度发生变化，而且在后续使用过程中，可能会因为颗粒物使得管系脏堵影响使用。

针对上述问题，现有技术中已有模拟实际烟气成分的技术，采用通过多通道流量计混合配比多路气体的方式实现实际烟气成分的模拟。专利号为CN201220067290.8的《一种用于测试SCR脱硝催化剂性能的测评***》和专利号为CN201110185724.4的《燃煤锅炉烟道中烟气转化***及其模拟方法》专利，公开了用于模拟燃煤电厂排烟工况的烟气混合***，但该***只能用于评价气固反应过程，且适用对象只有燃煤电厂或者锅炉的烟气模拟；专利号为CN201010596776.6的《一种SCR烟气脱硝催化剂性能测试方法及测试装置》和专利号为CN200710057638.9的《发动机尾气催化净化器活性评价***》专利，公开了用于模拟发动机尾气和用于评价尾气处理装置的***，但这些***存在废气后处理过程***压力波动、流量计背压不稳定等问题，因而不能准确计量和评价尾气处理效果，且上述专利公开的***均不是针对船舶动力装置而设计，没有考虑船舶废气模拟的不同点。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种在实验室人为可控条件下用于研究湿法洗涤技术的模拟船舶废气***，精确配比混合模拟船舶废气有害组分及其浓度，定量评价湿法洗涤处理效果，确保实验精度和评价结果的可靠性。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于湿法洗涤的模拟船舶废气***，包括湿法洗涤子***C、温控子***B和烟气分析子***D，湿法洗涤子***C包括分别与湿法洗涤反应器相连接的洗涤介质供给装置和废液处理装置，所述温控子***B包括电加热炉、温控器、温控电伴热带和温度探测探头，温控器与电加热炉和温控电伴热带电连接，温度探测探头与温控器通过信号线相连，温度探测探头分别布置在洗涤反应器进出口位置，电加热炉进口通过管路和三通混合阀与模拟烟气混合罐出口连接，电加热炉出口通过管路分别与洗涤反应器进口和烟气采样收集装置进口连接，电加热炉与洗涤反应器连接的管路上接有洗涤反应器截止阀，电加热炉与烟气采样收集装置连接的管路上接有烟气采样收集装置截止阀，温控子***的温控电伴热带布置在电加热炉出口与洗涤反应器进口和烟气采样收集装置进口连接的管路上；烟气分析子***D包括与烟气分析仪连接的烟气采样收集装置，其特征在于：所述用于湿法洗涤的模拟船舶废气***还包括配气混合子***A、温控子***B和背压调节阀；所述配气混合子***A包括2个以上模拟烟气气瓶、质量流量计和模拟烟气混合罐，每个模拟烟气气瓶分别通过各自的质量流量计与模拟烟气混合罐连接；所述背压调节阀属于湿法洗涤子***C，背压调节阀通过管路连接在洗涤反应器出口与烟气采样收集装置进口之间。

本发明所述的一种用于湿法洗涤的模拟船舶废气***，其特征在于：所述配气混合子***A的每个模拟烟气气瓶分别通过各自的质量流量计与模拟烟气混合罐连接的管路中，在模拟烟气气瓶与质量流量计之间的管路中还依次连接有减压阀、过滤器和三通阀，在质量流量计与模拟烟气混合罐之间的管路中还依次连接有单向阀和截止阀。

本发明所述的一种用于湿法洗涤的模拟船舶废气***，其特征在于：所述湿法洗涤反应器为鼓泡式反应器。

本发明所述的一种用于湿法洗涤的模拟船舶废气***，其特征在于：所述温度探测探头是热电偶。

本发明所述的一种用于湿法洗涤的模拟船舶废气***的使用方法，其特征在于：所述使用方法包括以下步骤：

1)***开机，在正常运行之前，关闭洗涤反应器截止阀，开启烟气采样收集装置截止阀，

2)将充有标准混合气体的模拟烟气气瓶打开，各模拟烟气气瓶内的气体经过减压、过滤器后，再由三通阀选择气路输出方向后，进入各自的质量流量计，

3)根据需要配置的目标混合气体成分和浓度以及混合气体总流量要求和模拟烟气气瓶内标准气浓度，调节各质量流量计输出的气体流量，

4)开启单向阀和截止阀，各模拟烟气气瓶气体流经单向阀和截止阀后，进入模拟烟气混合罐充分混合均匀后，由模拟烟气混合罐出口输出，输出的即为需要配置的目标混合气体成分、浓度和流量，

5)由模拟烟气混合罐出口输出的混合气体经三通混合阀进入电加热炉加热后经出口输出，经烟气采样收集装置截止阀进入烟气采样收集装置后，进入烟气分析仪，烟气分析仪对进入的混合气体检测，

6)***正常运行后，开启洗涤反应器截止阀，关闭烟气采样收集装置截止阀，

7)温度探测探头实时采集洗涤反应器进出口处混合气体的温度，将采集的温度输入温控器，温控器控制电加热炉和温控电伴热带的电功率，闭环调节进入洗涤反应器的混合气体温度，

8)混合气体经洗涤反应器反应后由洗涤反应器出口经烟气采样收集装置进入烟气分析仪，烟气分析仪测量混合气体成分和浓度，测量结果与步骤4)测得的原始混合气体成分和浓度相比较，得出模拟船舶废气中有害成分脱除效率，脱除率依据以下公式计算：

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明采用了背压调节阀，能够维持配气混合子***和湿法洗涤子***内气压恒定，从而确保流量计输出稳定，不因温度或压力的波动而失准；

2.相比直接收集船舶动力装置废气研究后处理技术的方式，采用模拟船舶废气方式，通过多路通道动态混合配制过程，可以精确调控混合气体总流量、成分、浓度和温度变化，提供气源稳定的、可重复性的实验条件，突出主要有害气体成分，减少其它杂质成分干扰；

3.是一套定量评价废气处理效果的小型模拟船舶废气***，测试评价过程只需少量烟气、测试时间短、测试成本低，能够在实船测试和评价全尺寸湿法洗涤装置之前，定量考察湿法洗涤效果随废气温度、成分和浓度的变化情况，从而降低测试检验成本，缩短评价周期。

附图说明

图1是模拟船舶废气***的整体框架图，

图2是模拟船舶废气***结构示意图。

图2中：以实线相连接的为管路连接，虚线相连接的为电连接，各零部件标号分别为：

1～6模拟烟气气瓶7～12减压阀13～18过滤器19～24三通阀25-～30质量流量计31～36单向阀37-～42、43模拟烟气混合罐44三通混合阀45水蒸气发生装置46电加热炉47温控器48、烟气采样收集装置截止阀49、洗涤反应器截止阀50湿法洗涤反应器51洗涤介质供给装置52废液处理装置53背压调节阀54温控电伴热带55烟气采样收集装置56烟气分析仪

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示的用于湿法洗涤的模拟船舶废气***，包括有：用于配比混合气体模拟船舶动力装置实船工况条件废气的配气混合子***A；用于研究废气温度对湿法洗涤效果影响规律的温控子***B；将一定温度的模拟船舶废气与洗涤介质溶液发生反应的湿法洗涤子***C；定量测量反应器前后模拟船舶废气中各组分气体成分和浓度变化的烟气分析子***D。其中，配气混合子***A的输出端直接连接温控子***B，经加热保温处理后，形成模拟实船船舶动力装置不同工况下不同排烟温度的船舶废气。温控子***B的输出端分别连接湿法洗涤子***C和烟气分析子***D，模拟烟气经湿法洗涤反应处理后，湿法洗涤子***C再与烟气分析子***D相连。

图2是有6个模拟烟气气瓶1～6的用于湿法洗涤的模拟船舶废气***，湿法洗涤子***C包括分别与湿法洗涤反应器50相连接的洗涤介质供给装置51和废液处理装置52，湿法洗涤反应器50为鼓泡式反应器；烟气分析子***D包括与烟气分析仪56连接的烟气采样收集装置55，配气混合子***A包括6个模拟烟气气瓶1～6、6个质量流量计25～30和模拟烟气混合罐43，每个模拟烟气气瓶1～6分别通过各自的质量流量计25～30与模拟烟气混合罐43连接，在每个模拟烟气气瓶1～6与质量流量计25～30之间的管路中依次连接有减压阀7～12、过滤器13～18和三通阀19～24，在质量流量计25～30与模拟烟气混合罐43之间的管路中还依次连接有单向阀31～36和截止阀37～42，模拟烟气混合罐43输出管路上连接有水蒸气发生装置45，模拟烟气混合罐43内填充有分子筛填料；温控子***B包括电加热炉46、温控器47、温控电伴热带54和测温热电偶，温控器47与电加热炉46和温控电伴热带54电连接，测温热电偶与温控器47通过信号线相连，测温热电偶分别布置在洗涤反应器50进出口位置，电加热炉46进口通过管路和三通混合阀44与模拟烟气混合罐43出口连接，电加热炉46出口通过管路分别与洗涤反应器50进口和烟气采样收集装置55进口连接，电加热炉46与洗涤反应器50连接的管路上接有洗涤反应器截止阀49，电加热炉46与烟气采样收集装置55连接的管路上接有烟气采样收集装置截止阀48，温控子***B的温控电伴热带54布置在电加热炉46出口与洗涤反应器50进口和烟气采样收集装置55进口连接的管路上；背压调节阀53属于湿法洗涤子***C，背压调节阀53通过管路连接在洗涤反应器50出口与烟气采样收集装置55进口之间。

配气混合子***A用于定量模拟船舶废气主要有害组分及其浓度，将充有标准混合气体的模拟烟气气瓶1～6打开，各路气体经过减压阀7～12和过滤器13～18后，再由三通阀19～24选择气路输出方向后，进入各自的质量流量计25～30。根据气瓶1～6内标准气浓度、需要配置的目标混合气体成分和浓度以及混合气体总流量要求计算和调节各支路需要输出的气体流量，开启截止阀37～42，各路气体流经单向阀31～36和截止阀37～42后，进入装有分子筛填料的模拟烟气混合罐43充分混合均匀，输出气体的成分和浓度通过调节流量精确调控。与模拟烟气混合罐43输出相连接的水蒸气发生装置45，可以根据实验需要，通过三通混合阀44调节水蒸气加入混合气体的量。

温控子***B用于模拟实船船舶动力装置不同工况下的废气温度，研究不同温度对湿法洗涤废气处理效果的影响规律。热电偶采集混合气体温度输入温控器47，控制电加热炉46和温控电伴热带54的电功率，闭环调节进入洗涤反应器50的混合烟气温度，并实时监测洗涤反应器进出口的温度变化，研究湿法洗涤化学反应热力学过程和废气温度对湿法洗涤效果的影响规律。

湿法洗涤子***C用于进行湿法洗涤反应机理研究，湿法洗涤反应器50为鼓泡式反应器，通过调节鼓泡大小和气泡在溶液内的停留时间，控制气液反应的接触面积和接触时间；洗涤介质供给装置51用于提供湿法洗涤吸收液，调节吸收液供给量；废液处理装置52用于分离和净化湿法洗涤废液，减少环境二次污染；背压调节阀53用于确保整个模拟烟气***内气压恒定，减少因化学反应等过程造成的流量计出口管路气压波动。

烟气分析子***D用于校准混合气体输出成分和浓度，并定量评价湿法洗涤废气处理效果。***开机正常运行之前，关闭洗涤反应器截止阀49，开启烟气采样收集装置截止阀48，用配气混合子***A输出混合气体扫净管系内残余气体，通过烟气采样收集装置55将混合气体送入烟气分析仪56用于校准输出的混合气体；待***稳定正常工作后，开启洗涤反应器截止阀49，关闭烟气采样收集装置截止阀48，通过烟气采样收集装置55将湿法洗涤反应后的混合气体送入烟气分析仪56，测量混合气体成分和浓度变化。通过测量经洗涤反应器反应前后有害气体浓度变化，按下述公式即可得出模拟船舶废气中有害成分的脱除效率。

Claims (4)

1.一种用于湿法洗涤的模拟船舶废气***，包括湿法洗涤子***C、温控子***B和烟气分析子***D，湿法洗涤子***C包括分别与湿法洗涤反应器(50)相连接的洗涤介质供给装置(51)和废液处理装置(52)；温控子***B包括电加热炉(46)、温控器(47)、温控电伴热带(54)和温度探测探头，温控器(47)与电加热炉(46)和温控电伴热带(54)电连接，温度探测探头与温控器(47)通过信号线相连，温度探测探头分别布置在洗涤反应器(50)进出口位置，电加热炉(46)进口通过管路和三通混合阀(44)与模拟烟气混合罐(43)出口连接，电加热炉(46)出口通过管路分别与洗涤反应器(50)进口和烟气采样收集装置(55)进口连接，电加热炉(46)与洗涤反应器(50)连接的管路上接有洗涤反应器截止阀(49)，电加热炉(46)与烟气采样收集装置(55)连接的管路上接有烟气采样收集装置截止阀(48)，温控子***(B)的温控电伴热带(54)布置在电加热炉(46)出口与洗涤反应器(50)进口和烟气采样收集装置(55)进口连接的管路上；烟气分析子***D包括与烟气分析仪(56)连接的烟气采样收集装置(55)，其特征在于：所述用于湿法洗涤的模拟船舶废气***还包括配气混合子***A和背压调节阀(53)；所述配气混合子***A包括模拟烟气气瓶(1、2、3、4、5、6)、质量流量计(25、26、27、28、29、30)和模拟烟气混合罐(43)，其中模拟烟气气瓶(1、2、3、4、5、6)和质量流量计(25、26、27、28、29、30)为2个以上，每个模拟烟气气瓶(1、2、3、4、5、6)分别通过各自的质量流量计(25、26、27、28、29、30)与模拟烟气混合罐(43)连接，在模拟烟气气瓶(1、2、3、4、5、6)与质量流量计(25、26、27、28、29、30)之间的管路中还依次连接有减压阀(7、8、9、10、11、12)、过滤器(13、14、15、16、17、18)和三通阀(19、20、21、22、23、24)，在质量流量计(25、26、27、28、29、30)与模拟烟气混合罐(43)之间的管路中还依次连接有单向阀(31、32、33、34、35、36)和截止阀(37、38、39、40、41、42、)；所述背压调节阀(53)包括于湿法洗涤子***(C)，背压调节阀(53)通过管路连接在洗涤反应器(50)出口与烟气采样收集装置(55)进口之间。

2.根据权利要求1所述的一种用于湿法洗涤的模拟船舶废气***，其特征在于：所述湿法洗涤反应器(50)为鼓泡式反应器。

3.根据权利要求1所述的一种用于湿法洗涤的模拟船舶废气***，其特征在于：所述温度探测探头是热电偶。

4.权利要求1所述的一种用于湿法洗涤的模拟船舶废气***的模拟方法，其特征在于：所述模拟方法包括以下步骤：

1)***开机，在正常运行之前，关闭洗涤反应器截止阀(49)，开启烟气采样收集装置截止阀(48)，

2)将充有标准混合气体的模拟烟气气瓶(1、2、3、4、5、6)打开，各模拟烟气气瓶内的气体经过减压阀(7、8、9、10、11、12)、过滤器(13、14、15、16、17、18)后，再由三通阀(19、20、21、22、23、24)选择气路输出方向后，进入各自的质量流量计(25、26、27、28、29、30)，

3)根据需要配置的目标混合气体成分和浓度以及混合气体总流量要求和模拟烟气气瓶(1、2、3、4、5、6)内标准气浓度，调节各质量流量计(25、26、27、28、29、30)输出的气体流量，

4)开启单向阀(31、32、33、34、35、36)和截止阀(37、38、39、40、41、42、)，各模拟烟气气瓶(1、2、3、4、5、6)气体流经单向阀和截止阀后，进入模拟烟气混合罐(43)充分混合均匀后，由模拟烟气混合罐(43)出口输出，输出的即为需要配置的目标混合气体成分、浓度和流量，

5)由模拟烟气混合罐(43)出口输出的混合气体经三通混合阀(44)进入电加热炉(46)加热后经出口输出，经烟气采样收集装置截止阀(48)进入烟气采样收集装置(55)后，进入烟气分析仪(56)，烟气分析仪(56)对进入的混合气体检测，

6)***正常运行后，开启洗涤反应器截止阀(49)，关闭烟气采样收集装置截止阀(48)，

7)温度探测探头实时采集洗涤反应器进出口处混合气体的温度，将采集的温度输入温控器(47)，温控器(47)控制电加热炉(46)和温控电伴热带(54)的电功率，闭环调节进入洗涤反应器(50)的混合气体温度，

8)混合气体经洗涤反应器(50)反应后由洗涤反应器(50)出口经烟气采样收集装置(55)进入烟气分析仪(56)，烟气分析仪(56)测量混合气体成分和浓度，测量结果与步骤4)测得的原始混合气体成分和浓度相比较，得出模拟船舶废气中有害成分脱除效率，脱除率依据以下公式计算：