CN104492211A - 一种新型的船舶废气多污染物联合脱除方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型的船舶废气多污染物联合脱除方法，其特征在于：船舶柴油机排放的废气通过一电磁场空间后，分隔成较清洁气流带和富含颗粒物的气流带；所述富含颗粒物的气流带进入一旋风分离器内，经处理后与所述较清洁气流带混合进入一湿法洗涤装置内，经所述湿法洗涤装置处理后的一部分废气直接排入到大气，另一部分废气通过一再循环旁通管进入到所述船舶柴油机内。本发明还公开了一种新型的船舶废气多污染物联合脱除装置，包括圆柱形烟气通道，湿法洗涤装置和旋风分离器连通。本发明降低了废液中含油颗粒等杂质成分对海洋环境的二次污染与固体颗粒物的分离回收难度，提高了再循环废气洁净程度，从而减少了柴油机的腐蚀磨损。

Description

一种新型的船舶废气多污染物联合脱除方法及其装置

技术领域

本发明属于船舶造成大气污染防治技术领域，具体涉及一种新型的船舶废气多污染物联合脱除方法及其装置。

背景技术

据统计资料显示，当前世界90％以上的国际贸易是通过海上运输来完成的，其中绝大多数的商船均采用柴油机作为船舶主动力推进装置与发电装置的原动机。随着世界经济的发展，近几十年来，船舶排放废气已经造成严重的环境污染。据有关机构统计，在全球范围内，船舶柴油机废气排放所造成的大气污染约占整个大气污染的5-10％，在港口城市等局部地区甚至高达30-40％。据国际海事组织(IMO)2010年统计数据显示，船舶废气年排放NOx约占世界排放总量的7％，年排放SOx约占世界排放总量的4％。

面对如此严峻的船舶废气造成的大气污染，IMO于1997年就对《MARPOL73/78公约》修订，增加附则VI《防止船舶造成大气污染规则》，后于2008年又进一步修订，并于2010年生效实施，旨在通过渐进式的降低船舶排放标准，减少船舶造成的大气污染。

为了满足日益严格的排放法规要求，尤其是在排放控制区内的减排要求，远洋船舶纷纷通过各种机内或者后处理的方式来净化废气，减少大气环境污染。当前，国内外各大公司和科研院所广泛开展船舶废气处理技术的研究与应用。典型的脱硝技术有选择性催化还原技术(SCR)、废气再循环技术(EGR)等，典型的脱硫技术有海水洗涤、钠碱法洗涤、镁基海水洗涤等，尽管在单一的脱硫(或脱硝)处理技术方面已经取得一定成果，但在实际应用当中还是存在一些问题。

脱硝方面：专利号201110120210.0《具有废气净化***的大型二冲程柴油发动机》、专利号201210167099.5《用于废气后处理的设备和方法》和专利号201280045211.6《排气***和选择性催化还原方法》等，这些发明均通过优化十字头式大型涡轮增压二冲程柴油发动机排气管系，安装SCR来实现高效脱除废气中的氮氧化物，但却存在脱硝投资和运营成本较高、氨过量泄漏到大气造成污染、反应温度窗较窄和催化剂的抗硫中毒等问题；专利号201210512258.0《基于EGR高压腔的增压柴油机***》、专利号201310277375.8《一种连续可控模块化废气再循环结构》等均提供了基于EGR的船舶柴油机废气脱硝***，能在一定程度上降低船舶废气氮氧化物排量，但均未对再循环废气进行有效地预处理，牺牲了柴油机热效率，同时由于吸入颗粒物和硫氧化物增多也加速了柴油机的腐蚀磨损。

脱硫方面：专利号201010133220.3《具有废气洗涤器的大型二冲程柴油发动机》，该发明通过在废气净化洗涤器中喷洒扫气加湿单元返回的高盐度海水来提高船舶废气中硫氧化物的吸收效果，减少海水的用量和脱硫耗能；专利号EP2738364《一种废气洗涤器》、专利号201410146023.3《一种用于处理船舶排放废气的***》和专利号201310259906.0《一种船舶柴油机废气洗涤脱硫的设备》，均采用钠碱洗涤***将氢氧化钠和双氧水作为洗涤剂，去除船舶废气中的硫氧化物，但却需要随船存储大量的化学物质、占用船舶有效空间，且降低船舶安全性。此外，上述专利描述的湿法洗涤技术除脱硫之外，虽能同时去除较多的废气颗粒物，但洗涤废液的二次污染和废液中颗粒物的分离和回收难度均较大，需要额外附加一套复杂的离心分离处理设备(如专利号US 2013/0157833,《一种用于湿法洗涤废液的清洁装置》(CLEANING APPARATUS FOR GASSCRUBBER FLUID))，增加了整套***的复杂度和维护管理难度。

除此之外，对于船舶排放的大量颗粒污染物尚无针对性地脱除装置。目前典型的烟气除尘技术有旋风分离、静电除尘等，还只是局限应用到陆地燃煤电厂和工业锅炉的烟尘处理，如专利号201210023628.4《旋风分离装置》、专利号201310429964.3《一种高速涡旋电场旋风分离方法及旋风分离器》和专利号201110201846.8《一种常温半干式烟气净化方法及***》等。

发明内容

根据上述提出的现有技术存在设备投资和运营成本高，装置体积庞大，存在二次污染和降低船舶安全性以及现有废气再循环技术(EGR)中再循环废气洁净程度不够，从而导致发动机热效率降低等技术问题，而提供一种新型的船舶废气多污染物联合脱除方法及其装置。

本发明采用的技术手段如下：

一种新型的船舶废气多污染物联合脱除方法，船舶柴油机排放的废气通过一电磁场空间后，分隔成较清洁气流带和富含颗粒物的气流带；所述富含颗粒物的气流带进入一旋风分离器内，经处理后与所述较清洁气流带混合进入一湿法洗涤装置内，经所述湿法洗涤装置处理后的一部分废气直接排入到大气，另一部分废气通过一再循环旁通管进入到所述船舶柴油机内。

所述电磁场空间由直流高压放电的电场通道和交变电流形成的磁场通道耦合而成。

所述湿法洗涤装置内的吸收剂为海水或碱液。

本发明还公开了一种新型的船舶废气多污染物联合脱除装置，包括一圆柱形烟气通道，所述圆柱形烟气通道的内壁设有集尘板，所述圆柱形烟气通道的外壁设有螺线管，所述圆柱形烟气通道的轴线位置设有芒刺型电晕线，所述圆柱形烟气通道的后端上设有一与所述圆柱形烟气通道同轴的圆柱形管，所述圆柱形管的外壁与所述圆柱形烟气通道的后端通过一环形端板固定连接，所述圆柱形烟气通道的前端与船舶柴油机的废气排出管系连接；

所述圆柱形管的远离所述圆柱形烟气通道的一端与一湿法洗涤装置连通；

所述圆柱形管的位于所述圆柱形烟气通道内的一段、所述圆柱形烟气通道的后段与所述环形端板围成一环形凹槽，所述环形凹槽与一旋风分离器连通，所述旋风分离器与所述湿法洗涤装置连通，所述旋风分离器上还设有一集灰室，经所述电磁场空间处理后的所述含有颗粒物的废气被分隔成所述清洁气流带和所述富含颗粒物的气流带，所述富含颗粒物的气流带经管道引导进入所述旋风分离器，经所述旋风分离器处理后，大量的颗粒物沉降被收集到所述集灰室；

所述湿法洗涤装置上设有排气管，所述排气管的侧壁上设有与船舶柴油机的进气管相互连通的再循环旁通管；

所述集尘板与所述芒刺型电晕线之间连接有负高压电源，通过所述负高压电源释放脉冲高压电，在所述芒刺型电晕线的芒刺尖端形成脉冲电晕放电，一方面使所述含有颗粒物的废气中部分成分电离带电，另一方面形成强电场空间，促进荷电颗粒的偏移运动；

所述螺线管与交变电源连接，通过所述交变电源产生的所述交变电流在所述螺线管内部形成变化的磁场空间，改变所述荷电颗粒的运动轨迹，延长所述荷电颗粒在所述圆柱形烟气通道内的作用时间。

所述集尘板接地，所述集尘板呈圆柱形，所述圆柱形集成板与所述圆柱形烟气通道同轴。

所述湿法洗涤装置包括洗涤塔，连接在所述洗涤塔上的废液处理装置和连接在所述洗涤塔上的吸收剂供应装置。所述吸收剂供应装置根据进入到所述洗涤塔的废气流量和硫氧化物浓度，供应相应量的吸收剂进入所述洗涤塔，废气与吸收剂充分混合反应，吸收硫氧化物后得到的酸性废液进入所述废液处理装置，经稀释等处理后排入大海。

所述再循环旁通管上设有旁通调节阀。所述旁通调节阀根据所述船舶柴油机的负荷和转速，调节一部分所述湿法洗涤装置处理后的废气进入所述船舶柴油机的进气管，降低所述船舶柴油机的氮氧化物排放水平。

本发明公开的一种新型的船舶废气多污染物联合脱除方法及其装置的基本原理如下：

船舶柴油机排放的高温、高速、含有颗粒物的废气进入由所述直流高压放电的电场通道和所述交变电流形成的磁场通道耦合的所述电磁场空间后，在所述直流高压放电的电场作用下，所述含有颗粒物的废气中的颗粒物带电，所述荷电颗粒受强电场力作用，向所述集尘板偏移，所述直流高压放电的电场持续作用一段时间后，多数所述荷电颗粒将富集在所述集尘板上，相互碰撞、吸附并团聚长大，当所述荷电颗粒在所述集尘板上累积到一定厚度后，由于高速的所述含有颗粒物的废气的冲刷，将从所述集尘板上脱落，顺着所述含有颗粒物的废气的气流带运动方向贴近所述圆柱形烟气通道内壁流动。

同时，所述荷电颗粒也受到所述交变电流形成的磁场作用，所述荷电颗粒在电场力和洛伦兹力的共同作用下作复杂的螺旋运动，使得所述荷电颗粒在所述直流高压放电的电场内停留时间加长，促进颗粒物得到更多的电荷并更充分的偏移。由于所述螺线管所加所述交变电源产生的所述交变电流形成的磁场的极性不断变化，因此，所述荷电颗粒在所述电磁场空间内运动时，所受洛伦兹力方向不断变化，使其在所述直流高压放电的电场内的停留时间得以延长，所述荷电颗粒间的碰撞机会增多，最终所述荷电颗粒在所述直流高压放电的电场的作用下快速偏移，吸附到所述集尘板表面。

经过所述电磁场通道处理后，所述含有颗粒物的废气被分隔成较清洁气流带和富含颗粒物的气流带，其中，靠近所述圆柱形烟气通道内壁的所述富含颗粒物的气流带经管道引导进入所述旋风分离器内，经所述旋风分离器处理后，大量的颗粒物沉降被收集到所述集灰室，处理后的废气则与靠近所述圆柱形烟气通道中心的所述较清洁气流带混合进入所述湿法洗涤装置，并与所述吸收剂(海水或碱液)充分接触反应，去除硫氧化物，经所述湿法洗涤装置处理后的一部分废气直接排入到大气，另一部分废气通过一再循环旁通管进入到所述船舶柴油机内。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、经电磁场空间处理，船舶柴油机排放的废气被分隔成富含颗粒物的气流带和几乎不含颗粒物的较清洁气流带，并使亚微米级废气颗粒团聚成较大颗粒，从而大大缩小了所需旋风分离器的体积，提高了处理效果，降低了柴油机排气***的压降损失。

2、相比传统的湿法洗涤技术及装置，本发明的湿法洗涤装置的废液处理过程大大简化，由于废气中的颗粒物经旋风分离处理回收，废液几乎不含废气颗粒物，从而降低了废液中含油颗粒等杂质成分对海洋环境的二次污染与固体颗粒物的分离回收难度。

3、相比现有的EGR技术，本发明的再循环废气洁净程度更高，含有更少的颗粒物和硫氧化物，从而提高了EGR效率，降低了柴油机热效率的损失，减少了柴油机的腐蚀磨损。

4、相比传统的“一对一”废气处理方式，本发明的废气处理方法将静电旋风技术、湿法洗涤技术和废气再循环技术联合，能够实现一套***顺序脱除船舶废气中的颗粒物、硫氧化物和氮氧化物，从而降低了船舶废气处理装置投资成本，减少了船舶废气处理装置占用的有效载货空间。

基于上述理由本发明可在船舶造成大气污染防治等领域广泛推广。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的新型的船舶废气多污染物联合脱除方法的整体框架图。

图2是本发明的新型的船舶废气多污染物联合脱除装置的结构示意图。

图3是图2中A部放大图。

图4是本发明的圆柱形烟气通道的横剖面图。

其中，1、圆柱形烟气通道，2、集尘板，3、螺线管，4、芒刺型电晕线，5、圆柱形管，6、环形端板，7、环形凹槽，8、旋风分离器，9、集灰室，10、排气管，11、再循环旁通管，12、负高压电源，13、交变电源，14、洗涤塔，15、废液处理装置，16、吸收剂供应装置，17、旁通调节阀，18、喷雾器，19、船舶柴油机，41、支撑圆管，42、M3螺栓。

具体实施方式

如图1-图4所示，一种新型的船舶废气多污染物联合脱除方法，船舶柴油机19排放的废气通过一电磁场空间后，分隔成较清洁气流带和富含颗粒物的气流带；所述富含颗粒物的气流带进入一旋风分离器8内，经处理后与所述较清洁气流带混合进入一湿法洗涤装置内，经所述湿法洗涤装置处理后的一部分废气直接排入到大气，另一部分废气通过一再循环旁通管11进入到所述船舶柴油机19内。

所述电磁场空间由直流高压放电的电场通道和交变电流形成的磁场通道耦合而成。

所述湿法洗涤装置内的吸收剂为海水或碱液。

一种新型的船舶废气多污染物联合脱除装置，包括一圆柱形烟气通道1，所述圆柱形烟气通道1的内壁设有集尘板2，所述集尘板2接地，所述集尘板2呈圆柱形，所述圆柱形集成板2与所述圆柱形烟气通道1同轴，所述圆柱形烟气通道1的外壁设有螺线管3，所述圆柱形烟气通道1的轴线位置设有芒刺型电晕线4，所述圆柱形烟气通道1的后端上设有一与所述圆柱形烟气通道1同轴的圆柱形管5，所述圆柱形管5的外壁与所述圆柱形烟气通道1的后端通过一环形端板6固定连接；

所述圆柱形管5的远离所述圆柱形烟气通道1的一端与一湿法洗涤装置连通，所述湿法洗涤装置包括洗涤塔14，连接在所述洗涤塔14上的废液处理装置15和连接在所述洗涤塔14上的吸收剂供应装置16；

所述圆柱形管5的位于所述圆柱形烟气通道1内的一段、所述圆柱形烟气通道1的后段与所述环形端板6围成一环形凹槽7，所述环形凹槽7与一旋风分离器8连通，所述旋风分离器8与所述湿法洗涤装置连通，所述旋风分离器8上还设有一集灰室9；

所述湿法洗涤装置的所述洗涤塔14上设有排气管10，所述排气管10的侧壁上设有与船舶柴油机19的进气管相互连通的再循环旁通管11，所述再循环旁通管11上设有旁通调节阀17；

所述集尘板2与所述芒刺型电晕线4之间连接有负高压电源12，集尘板2通过导线与大地相连，负高压电源12提供0-50kV的负极性电压，在芒刺型电晕线4和集尘板2之间形成强电场；

所述螺线管3与交变电源13连接。

所述芒刺型电晕线4包括一支撑圆管41和多个与所述支撑圆管41固定连接的芒刺组，所述芒刺组包括六个沿所述支撑圆管41轴线均匀分布的M3螺栓42。

船舶柴油机19排放的高温、高速、含有颗粒物的废气进入由所述直流高压放电的电场通道和所述交变电流形成的磁场通道耦合的所述电磁场空间后，在所述直流高压放电的电场作用下，所述含有颗粒物的废气中的颗粒物带电，所述荷电颗粒受强电场力作用，向所述集尘板2偏移，所述直流高压放电的电场持续作用一段时间后，多数所述荷电颗粒将富集在所述集尘板2上，相互碰撞、吸附并团聚长大，当所述荷电颗粒在所述集尘板2上累积到一定厚度后，由于高速的所述含有颗粒物的废气的冲刷，将从所述集尘板2上脱落，顺着所述含有颗粒物的废气的气流带运动方向贴近所述圆柱形烟气通道1内壁流动。

同时，所述荷电颗粒也受到所述交变电流形成的磁场作用，所述荷电颗粒在电场力和洛伦兹力的共同作用下作复杂的螺旋运动，使得所述荷电颗粒在所述直流高压放电的电场内停留时间加长，促进颗粒物得到更多的电荷并更充分的偏移。由于所述螺线管3所加所述交变电源13产生的所述交变电流形成的磁场的极性不断变化，因此，所述荷电颗粒在所述电磁场空间内运动时，所受洛伦兹力方向不断变化，使其在所述直流高压放电的电场内的停留时间得以延长，所述荷电颗粒间的碰撞机会增多，最终所述荷电颗粒在所述直流高压放电的电场的作用下快速偏移，吸附到所述集尘板2表面。

经过所述电磁场通道处理后，所述含有颗粒物的废气被分隔成较清洁气流带和富含颗粒物的气流带，其中，靠近所述圆柱形烟气通道1内壁的所述富含颗粒物的气流带经管道引导进入所述旋风分离器8内，经所述旋风分离器8处理后，大量的颗粒物沉降被收集到所述集灰室9，处理后的废气则与靠近所述圆柱形烟气通道1中心的所述较清洁气流带混合进入所述湿法洗涤装置的所述洗涤塔14，所述吸收剂供应装置16根据进入到所述洗涤塔的废气流量和硫氧化物浓度，供应相应量的吸收剂(海水或碱液)从位于所述洗涤塔14内的喷雾器18进入所述洗涤塔14，并与废气充分接触反应，去除硫氧化物，所述旁通调节阀17根据所述船舶柴油机19的负荷和转速，调节一部分所述湿法洗涤装置处理后的废气进入所述船舶柴油机19的进气管，降低所述船舶柴油机19的氮氧化物排放水平，另一部分废气直接排入到大气。

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 (7)

1.一种新型的船舶废气多污染物联合脱除方法，其特征在于：船舶柴油机排放的废气通过一电磁场空间后，分隔成较清洁气流带和富含颗粒物的气流带；

所述富含颗粒物的气流带进入一旋风分离器内，经处理后与所述较清洁气流带混合进入一湿法洗涤装置内，经所述湿法洗涤装置处理后的一部分废气直接排入到大气，另一部分废气通过一再循环旁通管进入到所述船舶柴油机内。

2.根据权利要求1所述的一种新型的船舶废气多污染物联合脱除方法，其特征在于：所述电磁场空间由直流高压放电的电场通道和交变电流形成的磁场通道耦合而成。

3.根据权利要求1所述的一种新型的船舶废气多污染物联合脱除方法，其特征在于：所述湿法洗涤装置内的吸收剂为海水或碱液。

4.一种新型的船舶废气多污染物联合脱除装置，其特征在于：所述装置包括一圆柱形烟气通道，所述圆柱形烟气通道的内壁设有集尘板，所述圆柱形烟气通道的外壁设有螺线管，所述圆柱形烟气通道的轴线位置设有芒刺型电晕线，所述圆柱形烟气通道的后端上设有一与所述圆柱形烟气通道同轴的圆柱形管，所述圆柱形管的外壁与所述圆柱形烟气通道的后端通过一环形端板固定连接；

所述圆柱形管的远离所述圆柱形烟气通道的一端与一湿法洗涤装置连通；

所述圆柱形管的位于所述圆柱形烟气通道内的一段、所述圆柱形烟气通道的后段与所述环形端板围成一环形凹槽，所述环形凹槽与一旋风分离器连通，所述旋风分离器与所述湿法洗涤装置连通，所述旋风分离器上还设有一集灰室；

所述湿法洗涤装置上设有排气管，所述排气管的侧壁上设有与船舶柴油机的进气管相互连通的再循环旁通管；

所述集尘板与所述芒刺型电晕线之间连接有负高压电源；

所述螺线管与交变电源连接。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述集尘板接地，所述集尘板呈圆柱形，所述圆柱形集成板与所述圆柱形烟气通道同轴。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述湿法洗涤装置包括洗涤塔，连接在所述洗涤塔上的废液处理装置和连接在所述洗涤塔上的吸收剂供应装置。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述再循环旁通管上设有旁通调节阀。