CN107132175B - 一种基于陆基***评价船用柴油机尾气脱硫装置性能的测试平台及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于陆基***评价船用柴油机尾气脱硫装置性能的测试平台，包括设置有尾气管路接口和循环液管路接口的待评价脱硫装置，以及分别与待评价脱硫装置连接的尾气发生与控制***和模拟海水循环再生***。本发明公开的基于陆基***评价船用柴油机尾气脱硫装置性能的测试平台，利用经改造的焚烧炉作为模拟船舶柴油机尾气发生与控制***，从而实现含不同SO2浓度尾气的高效稳定产生，节约成本。总体来讲，本发明所提供的测试平台具有无二次污染，经济成本低，可满足船用柴油机尾气脱硫（装置陆上测试的评价要求，满足IMO的相关标准；可在较大的SO2浓度范围内对脱硫装置进行评价，且能够满足多种类型脱硫装置的性能测试要求。
Description
技术领域
本发明涉及环境污染治理设备领域，具体为及一种基于陆基***评价船用柴油机尾气脱硫装置性能测试平台及其测试使用方法。
背景技术
随着国际贸易和船舶运输业的快速发展，以石油产品为燃料的船舶尾气排放造成的大气污染和温室效应已经受到世界范围的高度重视。大型远洋船舶多以重油，残馏油为燃料，其平均含硫量为2.8％，有的高达3.5％甚至4.5％，以尾气的形式排放于大气，是导致酸雨污染的主要因素之一。据挪威向IMO提供的资料显示，到2000年，全世界船舶年排放SOx达634万t，约占世界SOx排放总量的4%。特别是在港口、海峡和一些航线密集、船舶流量大的海域，船舶排放的尾气已成为该地区的主要污染源，给全球范围的大气污染控制提出了严峻的挑战。
目前可满足船舶硫氧化物排放指标的方法有三种：1）低硫燃料；2）使用清洁的替代燃料；3）进行尾气脱硫处理。使用低硫燃料和替代燃料，船舶主机、副机和锅炉都要进行相应的技术改造，除增加改造费用外，船舶也存在不安全性，较低含硫量的油改变了油的化学成分，其化学性质也必然会有一定改变，这势必要承担一定的风险，另外低硫燃油（替代燃料）目前世界上只有少数港口能够提供，生物柴油作为替代燃料目前仍在试验阶段，渣油和柴油的价格差约为4000 元/t，每年将增加燃料成本百万美元以上，所以目前大部分船东对船舶改造持观望态度。而对含硫量为4.5%的船舶重质燃油，为等价重油0.1%含硫量的排放标准，船舶尾气净化***必须达到97.78%的净化效率。这意味着船舶只有加装尾气净化设备才能满足要求。IMO于2008年4月4日通过了《船上SOx废气滤清***（EGC）指南》，废除了2005年7月22日通过的指南，对生产商提供的EGC排放的尾气，洗涤水相关标准提出了具体指标，并于2009年进行了进一步的修订。
EGC若要获得IMO发证认可用于商业盈利，需经过相关测试，《船上SOx废气滤清***指南》明确了两种途径，第一种方式就是直接上船测试，涉及到对待试验船舶的改造，一旦该EGC***需要改造，则其代价会十分昂贵，不易被船东接受；另一种方式可首先在陆地进行测试，测试完成后就可申请IMO证书，再上船测试。但购置一台船用柴油机价格昂贵，且安装较为复杂，是一种现实可行的方法。
因此，提供一种廉价且能较好的模拟船用柴油机尾气排放的基于陆基评价船用柴油机尾气脱硫装置性能测试平台，以便在陆上对船用EGC***进行评价，降低船用海水脱硫装置的开发成本，对促进船运行业的健康发展具有重要意义，是一个亟需解决的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种成本低廉、测试简便的基于陆基***评价船用柴油机尾气脱硫装置性能的测试平台及其测试方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于陆基***评价船用柴油机尾气脱硫装置性能的测试平台，包括设置有尾气管路接口（16）和循环液管路接口（15）的待评价脱硫装置（5），以及分别与待评价脱硫装置5连接的尾气发生与控制***和模拟海水循环再生***。
所述的尾气发生与控制***包括供油单元（1），供油单元（1）通过设置有计量泵（9）的管路与燃烧器（2）上方连接；所述的燃烧器（2）通过管路连接管壳换热器（4）；管壳换热器（4）通过尾气上管路（a）和尾气下管路（b）分别与位于待评价脱硫装置（5）上方和下方的尾气管路接口（16）连接。
所述的燃烧器（2）上设置有加药喷枪（14）；燃烧器（2）与管壳换热器（4）连接的管路上设置有SO2在线分析仪（17），SO2在线分析仪（17）同时连接设置在管壳换热器（4）上的脱硫烟气管（18）；所述的尾气下管路（b）上设置有罗茨风机（3）。
所述的模拟海水循环再生***包括海水循环再生柜（7），位于海水循环再生柜（7）下方的废水处理柜（12），与海水循环再生柜（7）连接的热管换热器（8），热管换热器（8）连接液体循环泵（13），液体循环泵（13）连接流量计（11），流量计（11）通过循环液管路分别与待评价脱硫装置（5）的顶部和底部连接；
所述的海水循环再生柜（7）上设置有加药泵（10）；所述的循环液管路包括连接流量计（11）和待评价脱硫装置（5）上方循环液管路接口的第一循环液管路（c）、以及连接待评价脱硫装置（5）底部循环液管路接口与废水处理柜（12）的第三循环液管路e；所述的第三循环液管路（e）与流量计（11）之间设置有第二循环液管路（d）；所述的第三循环液管路（e）与海水循环再生柜（7）之间设置有连接管路，海水循环再生柜（7）的底部设置有曝气风机（6）；所述的海水循环再生柜（7）中内置pH计。
所述的一种基于陆基***评价船用柴油机尾气脱硫装置性能的测试平台的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
a. 在燃烧器（2）中利用供油单元（1）辅助加入柴油，利用加药喷枪（14）通入溶解了硫磺的二硫化碳（CS2）溶液，从而可模拟产生含不同SO2浓度的柴油机尾气；产生的柴油机尾气经管壳换热器（4）与脱硫后尾气进行换热；其目的是降低进入脱硫塔尾气温度的同时提高已脱硫尾气的温度；
b. 在海水循环再生柜（7）中利用加药泵（10）将氢氧化钠（NaOH）加入水中制得NaOH溶液；
c. 步骤b中制得的NaOH溶液通过循环液管路输送至待评价脱硫装置（5）中与SO2反应，反应后的循环液经过第三循环液管路e流出至海水循环再生柜（7）进行再生，经由热管换热器（8）、液体循环泵（13）回到待评价脱硫装置（5）内吸收尾气中SO2；
d.模拟海水循环再生***中的废水处理柜采用包括重力沉淀的物化工艺，接收并净化海水循环再生柜产生的部分废水，去除其中的固体杂质以及油分。
所述的尾气发生与控制***中制得的尾气的温度为200-350 ℃条件；所述的循环液管路中输送的模拟海水循环液中为浓度为2-3 mmol/L的可再生NaOH，所述的循环液模拟海水的pH值调节为7.3-8.3。
所述的步骤c中的柴油机尾气温度为200-400℃。
所述的待评价脱硫装置（5）内的液气比不超过5:1；所述的柴油机尾气中SO2浓度不超过4500 mg/ Nm3；所述的待评价脱硫装置（5）不超过3200 Pa。
所述的平台上测试的脱硫装置最大风量6000 m3/h，最大液体流量45 m3/h，材质须采用包括304碳钢的耐腐蚀材料。
有益的技术效果：本发明公开的基于陆基***评价船用柴油机尾气脱硫（SO2）装置（EGC）性能的测试平台，利用经改造的焚烧炉作为模拟船舶柴油机尾气发生与控制***，从而实现含不同SO2浓度尾气的高效稳定产生，节约成本。总体来讲，本发明所提供的测试平台具有无二次污染，经济成本低，可满足船用柴油机尾气脱硫（SO2）装置陆上测试的评价要求，满足IMO的相关标准；可在较大的SO2浓度范围（0-8000 mg/Nm3）内对脱硫装置进行评价，且能够满足多种类型脱硫装置的性能测试要求。
附图说明
图1为本发明的测试平台***图；
图中为：供油单元1、燃烧器2、罗茨风机3、管壳换热器4、待评价脱硫装置5、曝气风机6、海水循环再生柜7、热管换热器8、计量泵9、加药泵10、流量计11、废水处理柜12、液体循环泵13、加药喷枪14、循环液管路接口15、尾气管路接口16、SO2在线分析仪17、脱硫烟气管18。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例，对本发明做进一步的说明：
一种基于陆基***评价船用柴油机尾气脱硫）装置性能的测试平台，其测试方法包括以下步骤：
a. 在将传统焚烧炉作为燃烧器，然后在传统焚烧炉基础上加装加药（硫磺）喷枪，喷入经有机溶剂CS2溶解的硫磺，以模拟不同工况下船用柴油机尾气排放时的SO2浓度；
b. 将氢氧化钠（NaOH）溶于水中制得NaOH溶液；
c. 在尾气温度200-350℃条件下，NaOH溶液在待评价EGC中与焚烧炉中硫磺燃烧产生的SO2反应，反应后的循环液进入海水循环再生柜再生，经由热管换热器、循环泵回到待评价EGC内吸收尾气中SO2；
所述的模拟海水循环液中NaOH浓度为2-3 mmol/L。
所述的循环液模拟海水，pH值调节为7.3-8.3。
当待测EGC为催化剂类等干式反应器时，步骤b与步骤c停止运行。
所述的步骤c在海水循环再生柜中的反应温度为40-60 ℃。
待测试EGC的设计液气比范围应处于2:1-7:1之间。
测试平台所产生的模拟柴油机尾气中SO2浓度为0-4000 mg/ Nm3。
待测试EGC流阻应不超过3200 Pa。
d. 测试平台燃烧器产生的模拟尾气经烟道由下部通入EGC内，待净化尾气与循环液在待测试EGC内充分接触，净化后的尾气从待测试EGC顶部排放。
1. 尾气发生与控制***设计制造
设计供油单元高1400 mm，内径400 mm，柴油装卸容量不少于200 L，由不锈钢制成。焚烧炉尾气产生量最大5000 m3/h，尾气进出口及吸收液出口管径均为200 mm。加药（硫磺）喷枪的设置位置略低于焚烧炉上喷油嘴的位置，喷枪口径25 mm，以便于硫磺在炉膛内充分燃烧产生SO2；管壳换热器换热面积55.9 m2，传热系数7000-7500W/m2.℃，流速0.8-1.2m/s。
柴油机尾气经管壳换热器与脱硫后尾气进行换热，其目的是降低进入脱硫装置尾气温度的同时提高已脱硫尾气的温度。
2.待测EGC安装调试
(a) 将EGC安装于试验支架上，并进行固定；
(b) 连接相关压差计，温度计等监测设备；
(c) 密封性试验，在较宽的操作参数范围内检查EGC漏气情况；
(d) 调试EGC内相关变化，使其达到最优工作条件。
3. 模拟海水循环再生***设计制造
模拟海水循环再生***包括液体循环泵，海水循环再生柜，废水处理柜，热管换热器，流量计，循环泵。循环泵选择离心泵，设计流量10 m3/h；海水循环再生柜设计三个隔间，直径各1 m，高度分别为1.1 m、1.2 m、0.8 m；废水处理柜为上流式沉淀池，直径1.5 m，高度2 m，上部设出水堰，底部设置管道用于排出海水再生过程产生的污泥、废渣、油分等；热管换热器散热面积，27.8 m2，热管，RBB--120支，￠25*2.5*￠50，L= 1280。
如图1所示，各装置用不锈钢管连接。装置包括EGC，海水循环再生柜，热管换热器以及循环泵等。其主要的工作流程如下：循环液由离心泵提升至吸收塔顶，经除雾板向下喷淋，在每一级待评价脱硫装置与从底部进入的含SO2尾气接触，吸收后的液体自然流入海水循环再生柜的第一反应室中曝气使吸收得到的Na2SO3氧化为稳定的Na2SO4，吸收液经过热管将与空气热交换，其升高的温度降下来，降温后的液体再经循环泵提升进入脱硫装置，完成整个循环，脱硫后尾气与焚烧炉产生的尾气经管壳换热器热交换后排出，脱硫装置进出口的SO2浓度及尾气流量等参数由SO2在线分析仪测定。
3. 循环液的配制
装置搭建完成后，将一定量的NaOH通过计量泵加入海水循环再生柜中，将其中的吸收液配制成pH值7.3-8.3的碱液模拟海水。
4. 动态尾气净化处理
实施例1
将一定量NaOH溶于海水循环再生柜0.9 m3水中配制成3 mmol/L的模拟海水碱液，调节吸收液的pH值为7.8。启动液体循环泵，在反应器为常温条件下，将平均温度250 ℃含有2500 mg/Nm3 SO2的模拟柴油机尾气300 Nm3/h通入待测EGC内，模拟尾气与络合吸收液的体积流量为3，运行8 h，检测排出已净化的尾气，结果为：SO2的去除效率为92.8%，海水循环再生柜中Na2SO4浓度为1.712 mmol/L。
实施例2
将一定量NaOH溶于海水循环再生柜0.9 m3水中配制成3 mmol/L的模拟海水碱液，调节吸收液的pH值为7.8。启动液体循环泵，在反应器为常温条件下，将平均温度250 ℃含有3500 mg/Nm3 SO2的模拟柴油机尾气300 Nm3/h通入待测EGC内，模拟尾气与络合吸收液的体积流量为3，运行8 h，检测排出已净化的尾气，结果为：SO2的去除效率为83.7%，海水循环再生柜洗涤液中Na2SO4浓度为1.884 mmol/L。
实施例3
向海水循环再生柜注入0.9 m3清水，不加入NaOH，测定清水的pH值为6.8。启动液体循环泵，在反应器为常温条件下，将平均温度250 ℃含有2500 mg/ Nm3 SO2的模拟柴油机尾气300 Nm3/h通入待测EGC内，模拟尾气与循环液的体积流量为3，运行8 h，检测排出已净化的尾气，结果为：SO2的去除效率为42.8%。
实施例4
关闭（模拟）海水循环再生***。在反应器为常温条件下，将平均温度250 ℃含有2500 mg/ Nm3SO2的模拟柴油机尾气300 Nm3/h通入内置催化剂模块的待测EGC内，运行8 h，检测排出已净化的尾气，结果为：SO2的去除效率为68.4%。
本发明公开的基于陆基***评价船用柴油机尾气脱硫（SO2）装置（EGC）性能的测试平台，利用经改造的焚烧炉作为模拟船舶柴油机尾气发生与控制***，从而实现含不同SO2浓度尾气的高效稳定产生，节约成本。总体来讲，本发明所提供的测试平台具有无二次污染，经济成本低，可满足船用柴油机尾气脱硫（SO2）装置陆上测试的评价要求，满足IMO的相关标准；可在较大的SO2浓度范围（0-8000 mg/Nm3）内对脱硫装置进行评价，且能够满足多种类型脱硫装置的性能测试要求。
以上实施案例仅用于说明本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代及改进等，均应视为本申请的保护范围。
Claims (1)
1.一种基于陆基***评价船用柴油机尾气脱硫装置性能的测试平台，其特征在于：包括设置有尾气管路接口（16）和循环液管路接口（15）的待评价脱硫装置（5），以及分别与待评价脱硫装置（5）连接的尾气发生与控制***和模拟海水循环再生***；
所述的尾气发生与控制***包括供油单元（1），供油单元（1）通过设置有计量泵（9）的管路与燃烧器（2）上方连接；所述的燃烧器（2）通过管路连接管壳换热器（4）；管壳换热器（4）通过尾气上管路（a）和尾气下管路（b）分别与位于待评价脱硫装置（5）上方和下方的尾气管路接口（16）连接；
所述的燃烧器（2）上设置有加药喷枪（14）；燃烧器（2）与管壳换热器（4）连接的管路上设置有SO2在线分析仪（17），SO2在线分析仪（17）同时连接设置在管壳换热器（4）上的脱硫烟气管（18）；所述的尾气下管路（b）上设置有罗茨风机（3）；
所述的模拟海水循环再生***包括海水循环再生柜（7），位于海水循环再生柜（7）下方的废水处理柜（12），与海水循环再生柜（7）连接的热管换热器（8），热管换热器（8）连接液体循环泵（13），液体循环泵（13）连接流量计（11），流量计（11）通过循环液管路分别与待评价脱硫装置（5）的顶部和底部连接；
所述的海水循环再生柜（7）上设置有加药泵（10）；所述的循环液管路包括连接流量计（11）和待评价脱硫装置（5）上方循环液管路接口的第一循环液管路（c）、以及连接待评价脱硫装置（5）底部循环液管路接口与废水处理柜（12）的第三循环液管路（e）；所述的第三循环液管路（e）与流量计（11）之间设置有第二循环液管路（d）；所述的第三循环液
管路（e）与海水循环再生柜（7）之间设置有连接管路，海水循环再生柜（7）的底部设置有曝气风机（6）；所述的海水循环再生柜（7）中内置pH计。
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