CN109876635A

CN109876635A - 船用柴油机排气脱硫卧式洗涤塔

Info

Publication number: CN109876635A
Application number: CN201910323396.6A
Authority: CN
Inventors: 杜军; 郑喜洋; 赵航
Original assignee: Jiangsu University of Science and Technology
Current assignee: Jiangsu University of Science and Technology
Priority date: 2019-04-22
Filing date: 2019-04-22
Publication date: 2019-06-14

Abstract

本发明公开了一种船用柴油机排气脱硫卧式洗涤塔，包括塔体，所述的塔体一侧连接维修区，塔体上设有烟气入口、烟气出口、清洗液入口、上喷淋层洗涤液入口和下喷淋层洗涤液入口；塔体内包括除雾器清洗区、化学反应吸收区、气液双膜接触区、急冷降温区和洗涤液排放区，所述的除雾器清洗区为烟气出口与清洗液入口之间的区域；所述的化学反应吸收区为上喷淋层洗涤液入口至塔底之间的区域；所述的气液双膜接触区位于塔体中部；所述的急冷降温区为下喷淋层洗涤液入口至塔底之间的区域；所述的洗涤液排放区位于塔体底部。本发明采用卧式设计，占地空间小，结构稳定可靠，内部填料层相对立式结构接触面积更大，气液接触更加充分。

Description

船用柴油机排气脱硫卧式洗涤塔

技术领域

本发明涉及船用柴油机排气脱硫应用技术领域，尤其涉及一种船用柴油机排气脱硫卧式洗涤塔。

背景技术

由国际海事组织(IMO)推行的限制硫排放相关法规实将于2020年1月1日准时实施，该法规要求实现全球0.5％限硫，排放控制区(ECA)实现0.1％限硫。其中排气洗涤脱硫成为船用柴油机废气SOX后处理的主流技术，该技术通过柴油机排气与碱性洗涤液的逆向接触、酸碱中和化学反应吸收而实现将SOX脱除。而洗涤塔作为该项技术的核心设备，是实现排气中SOX在洗涤液中物理溶解和化学吸收的关键场所，洗涤塔结构设计对塔内柴油机排气与洗涤液的气液两相流厂分布、温度场的分布、酸碱中和化学反应效率等均具有重要影响，是实现柴油机排气脱硫效率最关键的设备。

目前，关于船用脱硫洗涤塔的设计是2008年前后欧美国家研制试验成功，并经过大量的实船试验后改进而成。国内对船用脱硫洗涤塔的设计可公开获得的技术主要源于陆用锅炉电站脱硫***领域，然而船用柴油机排气因其燃烧所用燃料与陆用锅炉电站差异较大，再加上应用在船体环境的特殊性，因此在洗涤塔设计时需重点考虑根据船用柴油机排气的特性。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种处理效果好、结构稳定可靠、耐腐蚀性能好、尤其适用于旧船改造、纵向布置空间不足的情况，适合船用柴油机排气脱硫的卧式洗涤塔。

技术方案：本发明包括塔体，所述的塔体一侧连接维修区，塔体上设有烟气入口、烟气出口、清洗液入口、上喷淋层洗涤液入口和下喷淋层洗涤液入口；塔体内包括除雾器清洗区、化学反应吸收区、气液双膜接触区、急冷降温区和洗涤液排放区，所述的除雾器清洗区为烟气出口与清洗液入口之间的区域；所述的化学反应吸收区为上喷淋层洗涤液入口至塔底之间的区域；所述的气液双膜接触区位于塔体中部；所述的急冷降温区为下喷淋层洗涤液入口至塔底之间的区域；所述的洗涤液排放区位于塔体底部。

所述的烟气出口设置有除雾器，所述的除雾器呈网状结构，除雾器在长时间工作后，会有油污附着，压力损失增大，需检测洗涤塔压差变化，适时进行喷淋清洗，保证其清洁。

所述气液双膜接触区的上下均采用格栅式结构，内部充满金属填料，金属填料增加了气液接触的比表面积，使得排气与洗涤液的传热传质更加充分。

所述的洗涤液排放区设有循环水出口、泄放口、液位计接口、pH传感器接口和密度传感器接口。

所述的液位计接口包括第一液位计接口和第二液位计接口，其中，第一液位计接口位于塔体底部，第二液位计接口位于塔体顶部。

所述的塔体顶部设有吊耳，塔体底部采用鞍式支座，结构稳定。

所述的维修区与塔体之间采用法兰连接，用于设备安装、维修、维护时使用，其顶部固定有吊环，方便拆卸、吊装。

有益效果：本发明具有以下优势：

1、采用卧式设计，占地空间小，结构稳定可靠，尤其适合对旧船改造，纵向布置空间不足的情况，改造工作量小，现实可行；

2、采用卧式结构，填料层相对立式结构接触面积更大，气液接触更加充分，形成液膜层，使雾化液体分布更均匀，气液混合更充分，对SOx脱除效果可达98％以上；

3.、排气出口设置除雾器，将排气中携带的水分聚集回收，减少了水汽中颗粒物(PM)的排放，同时减少了水分丢失及相应的补给，降低了污染物的排放，也降低了能耗，除雾器下方除雾器清洗区的设置，保证其清洁度，降低了压力损失。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1至图3所示，本发明包括维修区和塔体两部分，塔体左侧为维修区，中间采用法兰连接，维修区和塔体共同组成卧式洗涤塔。维修区用于内部设备安装、维修、维护时使用，顶部焊有吊环14，方便拆卸和吊装。塔体采用桶状结构，其表面设有烟气入口1、烟气出口2、清洗液入口3、上喷淋层洗涤液入口4和下喷淋层洗涤液入口5。如图1所示，塔体上部的左侧位置设有烟气入口1，塔体顶部的右侧连接有烟气出口2，烟气出口2下方设有清洗液入口3，清洗液入口3下方的左侧设有上喷淋层洗涤液入口4，上喷淋层洗涤液入口4的正下方设有下喷淋层洗涤液入口5。

塔体是设备主体，其内部共分为除雾器清洗区、化学反应吸收区、气液双膜接触区、急冷降温区和洗涤液排放区五个区域。塔体顶部固定有吊耳13，起到将设备移动至指定位置的作用，塔底采用鞍式支座，结构稳定。

除雾器清洗区为烟气出口2与清洗液入口3之间的区域，烟气出口2设置有除雾器11，如图3所示，除雾器11呈网状结构，除雾器11在长时间工作后，会有油污附着，压力损失增大，因此，需检测洗涤塔压差变化，适时进行喷淋清洗，保证其清洁。

化学反应吸收区为上喷淋层洗涤液入口4至塔底之间的区域，排气与洗涤液在这个空间内实现接触混合，化学中和吸收的过程。

气液双膜接触区位于塔体中部，如图3所示，气液双膜接触区的上下均采用格栅式结构，内部充满金属填料，金属填料增加了气液接触的比表面积，使得排气与洗涤液的传热传质更加充分。

急冷降温区为下喷淋层洗涤液入口5至塔底之间的区域，排气从烟气入口1进入洗涤塔后，与下喷淋层洗涤液入口5处的喷嘴喷出的雾化洗涤液直接接触，排气迅速降温。

洗涤液排放区位于塔体底部，洗涤液排放区设有循环水出口6、泄放口7、液位计接口、pH传感器接口9和密度传感器接口10，塔内的液体汇聚在底部由循环水出口6流出，设置泄放口7是由于长时间停机需将塔内所有液体排处，泄放口7位于设备最低点，可将全部液体排除。液位计接口包括第一液位计接口8和第二液位计接口12，其中，第一液位计接口8位于塔体底部，第二液位计接口12位于塔体顶部。pH传感器用于测量洗涤液的pH值，并根据洗涤液pH值来控制洗涤效率及引流出的洗涤废液流量，密度传感器用于测量洗涤液的密度，便于控制***监测。船用柴油机排气通过上述结构的洗涤塔后，通过塔内排气降温、导流均布、酸碱中和反应吸收等作用，完成了排气降温、SOx脱除的目的，同时对排气中颗粒物(PM)和油污也有一定的脱除作用，确保排放的SOx满足IMO对船舶柴油机排放的控制要求。

工作原理：

本发明采用吸收法进行洗涤脱硫。吸收法是指采用适当的液体作为吸收剂，使含硫废气与吸收剂进行气液两相接触，废气中的二氧化硫及部分柴油机燃烧产物(PM等)被吸收于吸收剂中，达到净化气体的目的。

吸收液通过喷嘴雾化喷入吸收塔，分散成细小的液滴并覆盖吸收塔的整个断面。这些液滴中的碱液与塔内烟气逆流接触，发生传质与吸收反应，烟气中的SO₂、SO₃及HCl、HF被吸收进入循环液，在循环池中进行强制氧化和中和反应。

碱液处理含硫废气，由于烟气中还含有大量的CO₂，用NaOH溶液洗涤气体时，首先发生的CO₂与NaOH的反应，导致了吸收液pH的降低，且脱硫效率很低。随时间的延长，pH降至7.5以下时，发生吸收SO₂的反应。随主要吸收剂Na₂SO₃的不断生成，SO₂的脱出效率也不断提高。当吸收液中的Na₂SO₃全部转变成NaHSO₃时，吸收反应将不再发生，此时pH值降至4.5。但随SO₂的通入，pH值仍继续下降，此时pH值的下降原因仅仅由于SO₂在溶液中进行了物理溶解所致。因此，吸收液有效吸收SO₂的pH范围为4.5～7.5。在实际用吸收液进行处理时，吸收液的pH值应控制在此范围内。

脱硫***采用NaOH作起始吸收剂吸收废气中的SO₂，其吸收反应如式(1～4)所示。随反应不断进行，最终会得到NaHSO₃溶液，用NaOH中和，使NaHSO₃转变为Na₂SO₃。该过程的主要副反应为生成Na₂SO₄的氧化反应。

SO₂+2NaOH→Na₂SO₃ (1)

Na₂SO₃+SO₂+H₂O→2NaHSO₃ (2)

NaHSO₃+NaOH→Na₂SO₃+H₂O (3)

2Na₂SO₃+O₂→2Na₂SO₄ (4)

在一般情况下，根据洗涤液pH值来控制洗涤效率及引流出的洗涤废液流量。

某船舶主推动力为额定功率为2205KW，额定转速169rpm，燃油含硫量3.5％，额定功率排气流量15770kg/h的船用柴油机，使用了直径1600mm长度为3100mm的卧式脱硫洗涤塔脱硫后，SOx脱除效果良好，效率可达98％，排放的SOx满足IMO对船舶柴油机排放的控制要求。

Claims

1.一种船用柴油机排气脱硫卧式洗涤塔，包括塔体，其特征在于，所述的塔体一侧连接维修区，塔体上设有烟气入口、烟气出口、清洗液入口、上喷淋层洗涤液入口和下喷淋层洗涤液入口；塔体内包括除雾器清洗区、化学反应吸收区、气液双膜接触区、急冷降温区和洗涤液排放区，所述的除雾器清洗区为烟气出口与清洗液入口之间的区域；所述的化学反应吸收区为上喷淋层洗涤液入口至塔底之间的区域；所述的气液双膜接触区位于塔体中部；所述的急冷降温区为下喷淋层洗涤液入口至塔底之间的区域；所述的洗涤液排放区位于塔体底部。

2.根据权利要求1所述的船用柴油机排气脱硫卧式洗涤塔，其特征在于，所述的烟气出口设置有除雾器，所述的除雾器呈网状结构。

3.根据权利要求1所述的船用柴油机排气脱硫卧式洗涤塔，其特征在于，所述气液双膜接触区的上下均采用格栅式结构，内部充满金属填料。

4.根据权利要求1所述的船用柴油机排气脱硫卧式洗涤塔，其特征在于，所述的洗涤液排放区设有循环水出口、泄放口、液位计接口、pH传感器接口和密度传感器接口。

5.根据权利要求4所述的船用柴油机排气脱硫卧式洗涤塔，其特征在于，所述的液位计接口包括第一液位计接口和第二液位计接口，其中，第一液位计接口位于塔体底部，第二液位计接口位于塔体顶部。

6.根据权利要求1所述的船用柴油机排气脱硫卧式洗涤塔，其特征在于，所述的塔体顶部设有吊耳，塔体底部采用鞍式支座。

7.根据权利要求1所述的船用柴油机排气脱硫卧式洗涤塔，其特征在于，所述的维修区与塔体之间采用法兰连接，其顶部固定有吊环。