CN107486016B - 一种适用于高硫燃油的船用低速柴油机的低温脱硫脱硝技术 - Google Patents

一种适用于高硫燃油的船用低速柴油机的低温脱硫脱硝技术 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种适用于高硫燃油的船用低速柴油机的低温脱硫脱硝技术，包括柴油机主机、SCR***、SOx氧化器、有机朗肯循环***、低温硫酸处理装置、蒸汽发电组、冷凝器、泵等；柴油机后依次连接排气箱、蒸发混合器、SCR反应器以及涡轮增压器，涡轮增压器后连接SOx氧化器和废气锅炉，然后废气流经有机工质朗肯循环，加热换热器中的有机工质，利用其中低温余热进行发电；最后连接低温硫酸处理装置，处理废气中生成的硫酸，同时达到低温废气脱硫脱硝的目的；有机朗肯循环***同时与压气机相连接，冷却压气机压缩后的气体。

Description

一种适用于高硫燃油的船用低速柴油机的低温脱硫脱硝技术
技术领域
本发明涉及高硫燃油的船用低速柴油机低温脱硫脱硝领域，具体涉及一种适用于高硫燃油的船用低速柴油机的低温脱硫脱硝技术。
技术背景
目前，船舶已成为我国沿海、沿河地区主要的大气污染源。根据国家环境保护部监控中心的数据，2013年在中国港口靠泊的船舶共排放二氧化硫58.8万吨，约占全国排放总量的8.4％，港口船舶氮氧化物排放量27.8万吨，约占全国排放总量的11.3％。国际海事组织IMO颁布的《MARPOL 73/78》公约，自2016年1月1日起在排放控制区内的船舶排放要求达到TierⅢ排放标准，对船舶废气中有害成分排放进行了严格限制，因此开展船舶大气污染控制技术迫在眉睫。
船舶柴油机废气的脱硫方法可以分为使用低硫燃油和安装废气后洗涤脱硫后处理装置两种，并都得到了实船验证。现有的废气洗涤脱硫装置主要采用碱性工质(海水、钠碱以及镁碱等)对废气进行洗涤处理，从而达到IMO规定的相关SOx的排放控制要求，但脱硫装置存在体积大、能耗高、耗水量大等实际性问题。相对而言，采用低硫燃油比较方便，可以满足工对船舶燃油硫含量的要求，是降低SOx排放最直接有效的选择，含硫量降低可直接减少SOx的排放，对船舶改动较小。然而据资料表明，目前全球船舶所用燃油含硫量大都在2.5％～3％之间，燃油的脱硫费用甚高低硫油成本高，同时现有发动机使用低硫燃油存在粘度过低、润滑性差、容易磨损等问题，对发动机有一定的损害，且低硫燃油在炼制过程中会产生大量的二氧化碳，加剧全球温室效应。
船舶上直接消耗燃料的主要是柴油主机、辅机及辅助锅炉等。其中，柴油机主机消耗能量最多，燃油燃烧所发出的全部热量中只有一部分转变为机械功对外输出，其余热量未经利用。如果能够高效利用主机废气进行发电或作为辅助热源提供蒸汽，可以同时达到节能和减排的效果。
有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle，简称ORC)是以低沸点有机物为工质的朗肯循环，具有结构简单、效率高、环境友好和负荷适应能力强等优点，适用于温度高于70℃以上的低温余热源，因此在中低温余热利用中得到了广泛应用。而柴油机的涡轮增压器出口温度大约为200℃，ORC可以有效利用废气余热推动汽轮机作功，带动发电机发电，进而回收柴油机的低品位能量，在保证了有效降低排放的同时，也能够回收一定的余热，提高能源的利用率。
中国专利申请号为201621012703.7的“一种集成式船用柴油机废气处理装置”专利文件中，提出了一种集成式船用柴油机废气处理装置，采用集成式结构设计，将所有设备设置在箱体内，结构设计巧妙，大大减少占地面积，节省占地空间，但是设计较为复杂，需要较高工艺。
中国专利申请号为201620400596.9的“一种船舶低速柴油机尾气后处理复合装置”专利文件中，提出将SCR***位于涡轮增压器后侧，同时采用旁通涡轮入口处的高温尾气，升高反应器前尾气温度，采用回流尾气补燃加温，来去除反应器内的沉积物。该方案在中高工况下就要采用旁通高温尾气，从而增大了柴油机油耗，经济性不适用于船舶。
中国专利申请号为201520214247.3的“基于钠碱法的船用脱硫循环喷淋***”专利文件中，提出了基于钠碱法的船用脱硫循环喷淋***，但是钠碱法所需要的碱液量较大，耗水量大，需要较大的空间，对船舶空间有较大要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于高硫燃油的船用低速柴油机的低温脱硫脱硝技术，在有效利用发柴油机排气余热能量的基础上，同时实现船用低速二冲程柴油机的NOx和SOx的低排放。
为了实现本发明的目的，实行以下技术方案：
本发明包括：二冲程柴油机、高压SCR***、SOx氧化器、废气锅炉、硫酸处理装置、有机朗肯循环***等。其特征是在于：
一一种适用于高硫燃油的船用低速柴油机的低温脱硫脱硝技术，具体包括如下步骤：
(1)柴油机主机产生的废气先经过排气箱后进入混合蒸发器和SCR反应器进行脱硝处理，反应后的废气由涡轮排出；
(2)从涡轮排出的废气进入SOx氧化器,在催化剂的作用下，废气中的SO2与O2在200～300℃时反应生成SO3；
(3)废气锅炉利用排气的中的低温余热加热锅炉给水产生水蒸气用以作功，回收一部分废气能量；从废气锅炉出来的废气进入有机朗肯循环，在换热器中与有机工质进行热交换，加热有机工质生成具有一定压力和温度的气体蒸汽，蒸汽进入蒸汽透平发电组，推动透平转动，带动发电装置进行低温发电；
(4)最后，废弃进入安装在排气***末端的低温硫酸处理装置，***内部的碱性工质雾化装置向其中喷淋少量NaOH，中和废气中SO3与水生成的的硫酸，经除雾器捕捉后，残余液体排出***存入储存箱。
其特征在于：***采用高压SCR布置方式，即将SCR反应器置于涡轮增压器之前气缸排出的废气进入SCR反应器进行脱硝处理后，再进入涡轮增压器。
其特征在于，所述的步骤(2)具体包括：
SOx氧化器壳体由不锈钢制成，催化剂分段堆放在各层钢制的篦子板上，在篦子板上装设铁丝网以避免催化剂漏下；所用催化剂为钒基催化剂，具体的化学反应为：
Figure BDA0001385227700000031
其特征在于，所述的步骤(3)具体包括：所述的换热器材质为陶瓷。
其特征在于，所述的步骤(3)具体包括：所述的有机朗肯循环中，作过功的有机工质废气经过冷凝器冷凝降温后，由泵组打入中冷器，与压气机压缩后的气体进行热交换。
其特征在于，所述的步骤(4)具体包括：低温硫酸处理装置内发生的化学反应具体为：
SO3+H2O→H2SO4；
H2SO4+2NaOH→Na2SO4+2H2O；
H2SO4+NaOH→NaHSO4+H2O。
本发明的有益效果在于：本发明将SCR反应器置于涡轮增压器之前，提高了反应器的入口温度，能够高效地去除废气中的NOx；采用SOx氧化器，在钒基催化剂的作用下将SO2氧化为SO3；有机朗肯循环将废气温度降低至酸露点下，同时利用这部分中低温余热进行发电，达到了节能的目的；在硫酸处理装置中通过喷淋少量的NaOH溶液，处理废气中生成的硫酸，从而既降低了废气中NOx和SOx排放，又最大程度的回收废气中的热量，提高了***的能量利用率。
附图说明
图1为一种适用于高硫燃油的船用低速柴油机低温脱硫脱硝技术的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步详细说明。
由于低速机废气温度较低，不能满足SCR反应器入口温度要求，而涡轮入口温度比出口温度高50～175℃，故将SCR反应器置于涡轮增压器之前，即高压SCR布置方式，气缸排出的废气进入SCR反应器进行脱硝处理后，再进入涡轮增压器。
高硫燃油条件下，燃油中的硫燃烧生成大量的SO2，当温度200～560℃时，在废气中的部分SO2会进一步被氧化成SO3。
其次，在涡轮增压器出口设置SOx氧化器，在钒基催化剂、废气温度(200℃～300℃左右)条件下将废气中SO2转化为SO3，进而形成更多的SO3蒸汽。再次废气流过废气锅炉加热锅炉给水形成蒸汽对外作功后进入有机朗肯循环。废气温度降低至酸露点以下，有机朗肯循环可以有效利用这部分中低温余热进行发电。最后，在主机排气***末端安装低温硫酸处理装置，向装置内部喷淋少量NaOH溶液，与废气中SO3与水生成的硫酸发生反应，经除雾器捕捉后，处理硫酸，将残余液体排出***。
在说明书附图中，由于低速机废气温度较低，因此将SCR反应器置于涡轮增压器之前，首先，柴油机主机1产生的废气先经过排气箱2后进入混合蒸发器3和SCR反应器4进行脱硝处理，反应后的废气由涡轮5排出。
其次，从涡轮5排出的废气进入SOx氧化器7，SOx氧化器壳体由不锈钢制成，催化剂分段堆放在各层钢制的篦子板上，在篦子板上装设铁丝网以避免催化剂漏下。在钒基催化剂的作用下，废气中的SO2与O2在200～300℃时反应生成SO3，减少SOx排放。
SOx氧化器内的催化氧化：
Figure BDA0001385227700000041
再次，废气锅炉8利用排气的中低温余热加热锅炉给水产生水蒸气用以作功，回收一部分废气能量。
然后，从废气锅炉8出来的废气进入有机朗肯循环，在换热器9中与有机工质进行热交换，加热有机工质生成具有一定压力和温度的气体蒸汽，蒸汽进入蒸汽透平发电组12，推动透平转动，带动发电装置进行低温发电。
废气酸露点温度与含硫量有关，大约在115～140℃之间，有机朗肯循环将废气温度降低至酸露点下90～120℃左右，充分了利用废气余热进行发电，同时为防止废气对换热器9的腐蚀，选用陶瓷换热器。
最后，排气***末端安装有低温硫酸处理装置10，***内部设置碱性工质雾化装置，向其中喷淋少量NaOH，中和废气中SO3与水生成的的硫酸，经除雾器捕捉后，残余液体排出***存入储存箱。
硫酸处理装置内涉及到的化学反应：
硫酸的生成
SO3+H2O→H2SO4
硫酸与NaOH反应：
H2SO4+2NaOH→Na2SO4+2H2O
H2SO4+NaOH→NaHSO4+H2O
有机朗肯循环中，作过功的有机工质废气经过冷凝器13冷凝降温后，由泵组14打入中冷器15，与压气机6压缩后的气体进行热交换，降低进入扫气箱16的进气温度，从而增加气缸进气量，提高柴油机的燃烧性能。

Claims (1)

1.一种适用于高硫燃油的船用低速柴油机的低温脱硫脱硝方法，具体包括如下步骤：
(1)柴油机主机产生的废气先经过排气箱后进入混合蒸发器和SCR反应器进行脱硝处理，反应后的废气由涡轮排出；
(2)从涡轮排出的废气进入SOx氧化器,在催化剂的作用下，废气中的SO2与O2在200～300℃时反应生成SO3；
(3)废气锅炉利用排气中的低温余热加热锅炉给水产生水蒸气用以作功，回收一部分废气能量；从废气锅炉出来的废气进入有机朗肯循环，在换热器中与有机工质进行热交换，加热有机工质生成具有一定压力和温度的气体蒸汽，气体蒸汽进入蒸汽透平发电组，推动透平转动，带动发电装置进行低温发电；
(4)最后，废气进入安装在排气***末端的低温硫酸处理装置，***内部的碱性工质雾化装置向其中喷淋少量NaOH，中和废气中SO3与水生成的硫酸，经除雾器捕捉后，残余液体排出***存入储存箱；
所述的步骤(2)具体包括：
SOx氧化器壳体由不锈钢制成，催化剂分段堆放在各层钢制的篦子板上，在篦子板上装设铁丝网以避免催化剂漏下；所用催化剂为钒基催化剂，具体的化学反应为：
Figure FDA0002731978520000011
所述的步骤(3)具体包括：所述的换热器材质为陶瓷；
所述的有机朗肯循环中，作过功的有机工质废气经过冷凝器冷凝降温后，由泵组打入中冷器，与压气机压缩后的气体进行热交换；
所述的步骤(4)具体包括：低温硫酸处理装置内发生的化学反应具体为：
SO3+H2O→H2SO4；
H2SO4+2NaOH→Na2SO4+2H2O；
H2SO4+NaOH→NaHSO4+H2O。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7753034B2 (en) * 2005-11-18 2010-07-13 Basf Corporation, Hydrocarbon adsorption method and device for controlling evaporative emissions from the fuel storage system of motor vehicles
CN102600903B (zh) * 2012-02-28 2015-07-01 中国科学院过程工程研究所 一种钒基液相催化剂及其制备方法
CN102628412A (zh) * 2012-04-20 2012-08-08 江苏科技大学 基于有机朗肯循环的船用柴油机余热发电***
CN104265427A (zh) * 2014-08-07 2015-01-07 哈尔滨工程大学 船舶中速柴油机废气脱硫与废热回收联合循环***
CN105797553A (zh) * 2016-05-06 2016-07-27 哈尔滨工程大学 一种船舶柴油机尾气脱硫脱硝联合处理装置
CN107035477B (zh) * 2017-05-12 2020-01-17 哈尔滨工程大学 一种低速柴油机匹配高压scr***的中、低负荷能量回收装置及回收方法

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