CN109200819A - 一种船舶尾气处理装置及其双转子超重力反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种船舶尾气处理装置及其双转子超重力反应器，其中一种双转子超重力反应器，包括电机、第一反应室和第二反应室，第一反应室和第二反应室内均设置有转子，电机的电机轴通过空心轴带动转子转动，空心轴与转子接触的部分设置有通孔；第一反应室和第二反应室的外侧设置有第一空腔和第二空腔，空心轴位于第一空腔和第二空腔内的部分设置有通孔。本发明以双转子超重力反应器作为基础，将经过固体颗粒洗涤后的尾气在双转子超重力反应器中获得较高的旋转速度，较高的旋转速度会产生较大的剪切力，使得尾气中的SO2与NaOH溶液、NOX与H2O2溶液的反应更加充分，提高了尾气处理效率，降低了消耗的能源并产生附加产品Na2SO4和HNO3。

Description

一种船舶尾气处理装置及其双转子超重力反应器
技术领域
本发明涉及尾气处理装置，具体涉及一种船舶尾气处理装置及其双转子超重力反应器。
背景技术
近年来，随着国际国内航运的繁荣，船舶柴油机尾气中SO2与NOX对大气环境造成日益严重的影响，直接威胁着人类的健康。为了有效治理大气污染，打赢蓝天保卫战，2015年交通部印发《珠三角、长三角、环渤海(京津冀)水域船舶排放控制区实施方案》，方案规定自2018年1月1日起，船舶在排放控制区内所有港口靠岸停泊期间应使用硫含量≤0.5％的燃油。自2019年1月1日起，船舶进入排放控制区应使用硫含量≤0.5％的燃油。同时，国际海事组织(IMO)于2016年在MEPC70会议上同意全球0.5％燃油硫含量标准2020年1月1日实施，已通过RESOLUTION MEPC.280(70)的形式予以发布。对于0.5％低硫燃油要求，可采用尾气后处理替代，如选择废气清洗***(EGCS)，该方案可使用高硫油(HFO)，具有运营成本低的优点。为了遵守海事组织的全球氮氧化物限制和在排放控制区域内执行更严格的标准，船用柴油机必须研发新的技术减少来自船舶排气***的NOx。考虑到船舶安装空间的限制，采用尾气处理装置同时脱除NOx与SO2成为一种可选方案。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种船舶尾气处理装置及其双转子超重力反应器，解决了常规反应器或单转子反应器对尾气有害物质处理不彻底的问题。
技术方案：本发明一种双转子超重力反应器，包括电机、第一反应室和第二反应室，所述第一反应室和第二反应室内均设置有转子，所述电机的电机轴通过空心轴带动转子转动，所述空心轴与转子接触的部分设置有通孔；所述第一反应室和第二反应室的外侧设置有第一空腔和第二空腔，所述空心轴位于第一空腔和第二空腔内的部分设置有通孔。
进一步的，所述空心轴由两根横截面积相等的不锈钢无缝空心钢管焊接而成，所述不锈钢无缝空心钢管之间的焊接点位于第一空腔内且靠近第二反应室的一端；所述不锈钢无缝空心钢管两端均设置有用于密封的聚四氟乙烯封头，这样形成两个独立的空间分别用于填装NaOH溶液和H2O2溶液。
进一步的，所述第一反应室和第二反应室之间通过U型管连接，用于连通尾气进一步处理。
进一步的，所述空心轴与电机轴之间设置有凸缘联轴器；所述空心轴与第一反应室和第二反应室接触处均设置有V型密封装置；所述空心轴通过固定元件与转子连接。
进一步的，所述V型密封装置包括L型支架，所述L型支架靠近空心轴的一边两侧设置有V型密封圈和O型圈，且V型密封圈与空心轴相接触；所述第一反应室和第二反应室与对应的L型支架远离空心轴的一边均通过紧固螺丝固定连接；所述L型支架靠近空心轴的一边内侧设置有滚动轴承。
一种设置有如上述任一项所述双转子超重力反应器的船舶尾气处理装置，包括文丘里洗涤器和水力旋流器，所述文丘里洗涤器底部的排气口和排液口分别与双转子超重力反应器的第一反应室和水力旋流器液体进口连接，文丘里洗涤器顶部的进气口通过风机与废气进口连接；所述双转子超重力反应器的第二反应室通过除雾器与废气出口连接。
进一步的，所述水力旋流器的排液口通过水泵与文丘里洗涤器的进液口连接，水力旋流器的沉砂口与废渣槽连接；所述水泵还与水槽连接；在文丘里洗涤器中，利用淡水对尾气进行洗涤，洗涤后的废液经水力旋流器分离颗粒后通过水泵送至文丘里洗涤器回用。
进一步的，所述双转子超重力反应器的第一反应室和第二反应室的底部均设置有溶液回收储存罐，双转子超重力反应器的第一空腔和第二空腔均通过防腐蚀隔膜泵与溶液罐连接；NaOH溶液和H2O2溶液分别由防腐蚀隔膜泵泵送至双转子超重力反应器的第一空腔和第二空腔内，再从转子位置的通孔流出。
进一步的，所述废气进口通过风机与废气出口连接；所述风机与文丘里洗涤器顶部的进气口之间、风机与废气出口之间和除雾器与废气出口之间均设置有阀；通过开关阀，可以对船舶尾气处理装置进行检修。
有益效果：本发明以双转子超重力反应器作为基础，将经过固体颗粒洗涤后的尾气在双转子超重力反应器中获得较高的旋转速度，较高的旋转速度会产生较大的剪切力，从而将NaOH溶液和H2O2溶液分解为更加细小的液滴，扩大了气液有效接触面积；此外，由于尾气与NaOH溶液和H2O2溶液之间的碰撞增加，较高的旋转速度也会导致气液相更新速度加快，从而使得尾气中的SO2与NaOH溶液、NOX与H2O2溶液的反应更加充分，提高了尾气处理效率，可以为船舶的污染物控制节省费用；最后净化的尾气排入大气，并生成工业原料硫酸钠与硝酸，实现了“废物利用”，具有优异的经济与环保效益。
附图说明
图1为双转子超重力反应器内部结构示意图；
图2为双转子超重力反应器外部结构示意图；
图3为凸缘联轴器结构示意图；
图4为固定元件结构示意图；
图5为V型密封装置结构示意图。
图6为本发明船舶尾气处理装置结构示意图。
具体实施例
下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述：
如图1所示，本发明船舶尾气处理装置中的双转子超重力反应器，包括电机1、第一反应室2和第二反应室3，第一反应室2和第二反应室3内均设置有转子4，转子4内装载填料，电机1的电机轴11通过空心轴5带动转子4转动，即带动转子4的填料旋转，由旋转产生的离心加速度可达20-500倍的重力加速度，在此离心力场的作用下传质速率可提高1-2个数量级；较高的旋转速度会产生较大的剪切力，从而将液体打散为更加细小的液滴，扩大气液有效接触面积。同时尾气与NaOH溶液或H2O2溶液之间的碰撞增加，较高的旋转速度也会导致气液相更新速度加快，从而使得尾气中的SO2与NaOH溶液、NOX与H2O2溶液的反应更加充分，由此提高了尾气处理效率。
空心轴5与转子4接触的部分设置有通孔51；第一反应室2和第二反应室3的外侧设置有第一空腔6和第二空腔7，空心轴5位于第一空腔6和第二空腔7内的部分也设置有通孔51；其中空心轴5由两根横截面积相等的不锈钢无缝空心钢管52焊接而成，不锈钢无缝空心钢管52之间的焊接点位于第一空腔6内且靠近第二反应室3的一端；不锈钢无缝空心钢管52两端均设置有用于密封的聚四氟乙烯封头53，因此能够形成两个独立的空间分别用于填装NaOH溶液和H2O2溶液；NaOH溶液进入第一空腔6内，通过第一空腔6内的通孔51进入空心轴5中，再通过空心轴5与转子4接触的部分的通孔51流出，进入转子填料，使其与尾气中的SO2充分反应，同理H2O2溶液进入第二空腔7内，通过第二空腔7内的通孔51进入空心轴5中，再通过空心轴5与转子4接触的部分的通孔51流出，进入转子填料，使其与尾气中的NOx充分反应。
如图2所示，在第一反应室2中，脱硫后的尾气经过U型管8进入第二反应室3中，继续对尾气做进一步处理。
如图3所示，空心轴5与电机轴11之间设置有凸缘联轴器9，凸缘联轴器9通过锁紧螺丝91将空心轴5与电机轴11连接，且空心轴5与电机轴11的连接处还有垫圈92用于防止空心轴5与电机轴11碰撞。
如图5所示，由于空心轴5穿过第一反应室2和第二反应室3，因此在空心轴5与第一反应室2和第二反应室3接触的5处均设置有V型密封装置10，V型密封装置10包括L型支架105，L型支架105的两边均与对应的第一反应室2和第二反应室3的墙壁紧密接触，同时L型支架105靠近空心轴5的一边两侧设置有V型密封圈101和O型圈104，且V型密封圈101与空心轴5相接触，V型密封圈101和O型圈104都是嵌入在反应室与空心轴5之间，L型支架105、V型密封圈101和O型圈104增加密封效果，进一步的防止NaOH溶液或H2O2溶液从空心轴5处流出；第一反应室2和第二反应室3与对应的L型支架105远离空心轴5的一边均通过紧固螺丝103固定连接；L型支架105靠近空心轴5的一边内侧设置有滚动轴承102。
如图4所示，空心轴5与转子4之间则通过固定元件12连接，具体的通过固定元件12上的紧固螺栓121将空心轴5与转子4固定连接。
如图6所示，本发明的船舶尾气处理装置具有双转子超重力反应器，还包括文丘里洗涤器13和水力旋流器14，文丘里洗涤器13底部的排气口和排液口分别与双转子超重力反应器的第一反应室2和水力旋流器14液体进口连接，文丘里洗涤器13顶部的进气口通过风机15与废气进口16连接；双转子超重力反应器的第二反应室3通过除雾器17与废气出口18连接；
水力旋流器14的排液口通过水泵19与文丘里洗涤器13的进液口连接，水力旋流器14的沉砂口与废渣槽20连接；在文丘里洗涤器13中，利用淡水对尾气进行洗涤，洗涤后的废液经水力旋流器14分离颗粒后通过水泵19送至文丘里洗涤器13回用，而水泵19还与水槽25连接。
双转子超重力反应器的第一反应室2和第二反应室3的底部均设置有溶液回收储存罐21，其中第一反应室2的底部设置的溶液回收储存罐21为Na2SO4溶液回收储存罐，第二反应室3的底部设置的溶液回收储存罐21为HNO3溶液回收储存罐；双转子超重力反应器的第一空腔6和第二空腔7均通过防腐蚀隔膜泵22与溶液罐23连接，其中与第一空腔6连接的溶液罐23为NaOH溶液罐，而与第二空腔7连接的溶液罐23为H2O2溶液罐，因此NaOH溶液和H2O2溶液分别由防腐蚀隔膜泵22泵送至双转子超重力反应器的第一空腔6和第二空腔7内，再从转子4位置的通孔51流出。
废气进口16通过风机15与废气出口18连接；风机15与文丘里洗涤器13顶部的进气口之间、风机15与废气出口18之间和除雾器17与废气出口18之间均设置有阀24，通过开关阀24，可以对船舶尾气处理装置进行检修。
工作原理：首先打开风机15与文丘里洗涤器13顶部的进气口之间、除雾器17与废气出口18之间的阀24，关闭风机15与废气出口18之间的阀24；然后尾气通过废气进口16进入该船舶尾气处理装置，先经过风机15对其进行加压，再通过文丘里洗涤器13顶部的进气口进入到文丘里洗涤器13中，由于尾气的温度为250-350℃，SO2浓度为600ppm，NOx浓度为1500ppm，颗粒物浓度为120mg/Nm3，O2浓度为13％，因此通过水泵19将水槽25中的水从文丘里洗涤器13的进液口引入进行洗涤与降温，以免尾气中的颗粒堵塞转子填料，洗涤后尾气颗粒物浓度降至20mg/Nm3以下，温度降至50℃左右，同时可吸收部分SO2；尾气进入双转子超重力反应器的第一反应室2；而文丘里洗涤器13底部的排液口将洗涤的废水及颗粒物排放到水力旋流器14中，水力旋流器14将颗粒物通过其沉砂口排放入废渣槽20中，废液经过水泵19送至文丘里洗涤器13回用。
在第一反应室2中，由于第一空腔6连接的溶液罐23为NaOH溶液罐，因此NaOH溶液由防腐蚀隔膜泵22泵送至双转子超重力反应器的第一空腔6内，再从转子4位置的通孔51流出，尾气中的SO2与NaOH溶液反应生成Na2SO4，SO2含量达到IMO的排放限值；脱硫后的尾气经过U型管8进入第二反应室3中，由于第二空腔7连接的溶液罐23为H2O2溶液罐，因此H2O2溶液由防腐蚀隔膜泵22泵送至双转子超重力反应器的第二空腔7内，再从转子4位置的通孔51流出，尾气中的NOx与H2O2溶液进行反应生成HNO3，NOx含量满足规定的排放限值要求，最后经除雾器17除雾后通过废气出口18排入大气。
双转子超重力反应器中的反应方程式如下，
(1)SO2与NaOH的反应方程式：
SO2+1/2O2+2NaOH→Na2SO4+H2O
(2)SO2与水反应方程式：
SO2+H2O＝H2SO3
1/2H2SO3+O2＝H2SO 4(少量)
(3)NOX与H2O2的反应方程式：
2NO2+H2O2→2HNO3
2NO+3H2O2→2HNO 3+2H2O
其中NOX与H2O2的反应比较复杂，分为：NO2与H2O2的反应以及NO与H2O2的反应,NO2与H2O2直接反应生成HNO3,而NO既可以与H2O2直接反应生成HNO3又可以生成亚硝酸HNO2,亚硝酸HNO2可被氧化生成硝酸。
对于在第一反应室2中生成的Na2SO4溶液，通过第一反应室2的底部设置的Na2SO4溶液回收储存罐进行回收；第二反应室3中生成的HNO3溶液，通过第二反应室3的底部设置的HNO3溶液回收储存罐进行回收，收集所得硫酸钠与硝酸可以作为工业原料进行利用。当需要对本装置进行维护时，关闭风机15与文丘里洗涤器13顶部的进气口之间、除雾器17与废气出口18之间的阀24，打开风机15与废气出口18之间的阀24，即可对尾气处理装置进行检修。

Claims (9)

1.一种双转子超重力反应器，其特征在于：包括电机(1)、第一反应室(2)和第二反应室(3)，所述第一反应室(2)和第二反应室(3)内均设置有转子(4)，所述电机(1)的电机轴(11)通过空心轴(5)带动转子(4)转动，所述空心轴(5)与转子(4)接触的部分设置有通孔(51)；所述第一反应室(2)和第二反应室(3)的外侧设置有第一空腔(6)和第二空腔(7)，所述空心轴(5)位于第一空腔(6)和第二空腔(7)内的部分设置有通孔(51)。
2.根据权利要求1所述的一种双转子超重力反应器，其特征在于：所述空心轴(5)由两根横截面积相等的不锈钢无缝空心钢管(52)焊接而成，所述不锈钢无缝空心钢管(52)之间的焊接点位于第一空腔(6)内且靠近第二反应室(3)的一端；所述不锈钢无缝空心钢管(52)两端均设置有用于密封的聚四氟乙烯封头(53)。
3.根据权利要求1所述的一种双转子超重力反应器，其特征在于：所述第一反应室(2)和第二反应室(3)之间通过U型管(8)连接。
4.根据权利要求1所述的一种双转子超重力反应器，其特征在于：所述空心轴(5)与电机轴(11)之间设置有凸缘联轴器(9)；所述空心轴(5)与第一反应室(2)和第二反应室(3)接触处均设置有V型密封装置(10)；所述空心轴(5)通过固定元件(12)与转子(4)连接。
5.根据权利要求4所述的一种双转子超重力反应器，其特征在于：所述V型密封装置(10)包括L型支架(105)，所述L型支架(105)靠近空心轴(5)的一边两侧设置有V型密封圈(101)和O型圈(104)，且V型密封圈(101)与空心轴(5)相接触；所述第一反应室(2)和第二反应室(3)与对应的L型支架(105)远离空心轴(5)的一边均通过紧固螺丝(103)固定连接；所述L型支架(105)靠近空心轴(5)的一边内侧设置有滚动轴承(102)。
6.一种设置有如权利要求1至5任一项所述双转子超重力反应器的船舶尾气处理装置，包括文丘里洗涤器(13)和水力旋流器(14)，其特征在于：所述文丘里洗涤器(13)底部的排气口和排液口分别与双转子超重力反应器的第一反应室(2)和水力旋流器(14)液体进口连接，文丘里洗涤器(13)顶部的进气口通过风机(15)与废气进口(16)连接；所述双转子超重力反应器的第二反应室(3)通过除雾器(17)与废气出口(18)连接。
7.根据权利要求6所述的船舶尾气处理装置，其特征在于：所述水力旋流器(14)的排液口通过水泵(19)与文丘里洗涤器(13)的进液口连接，水力旋流器(14)的沉砂口与废渣槽(20)连接；所述水泵(19)还与水槽(25)连接。
8.根据权利要求6所述的船舶尾气处理装置，其特征在于：所述双转子超重力反应器的第一反应室(2)和第二反应室(3)的底部均设置有溶液回收储存罐(21)，双转子超重力反应器的第一空腔(6)和第二空腔(7)均通过防腐蚀隔膜泵(22)与溶液罐(23)连接。
9.根据权利要求6所述的船舶尾气处理装置，其特征在于：所述废气进口(16)通过风机(15)与废气出口(18)连接；所述风机(15)与文丘里洗涤器(13)顶部的进气口之间、风机(15)与废气出口(18)之间和除雾器(17)与废气出口(18)之间均设置有阀(24)。
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