本發(fā)明涉及船舶廢氣處理的技術(shù)領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種用于同時去除硫氧化物和氮氧化物的船舶廢氣處理裝置。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟全球化的發(fā)展，國際貿(mào)易和船舶運輸業(yè)發(fā)展迅速，船舶噸位不斷增加，隨之而來的是船舶柴油機廢氣排放量的迅速增加，船舶廢氣排放造成的環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，其中以氮氧化物(nox)和硫氧化物(sox)的排放對環(huán)境和人類造成的危害最為直接。為了減少船舶廢氣排放造成的大氣污染，國際海事組織(imo)及其海上環(huán)境保護委員會(mepc)對船舶柴油機氮氧化物和硫氧化物的排放標(biāo)準(zhǔn)進行了嚴(yán)格的限制。

目前，imo認可的能夠滿足tierⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)的氮氧化物減排技術(shù)主要有兩種：選擇性催化還原(selectivecatalyticreduction，scr)技術(shù)和廢氣再循環(huán)(exhaustgasrecirculation，egr)技術(shù)。其中，scr技術(shù)采用還原劑在催化劑的作用下將廢氣中的nox轉(zhuǎn)化為對環(huán)境無害的氮氣和水，該技術(shù)相對成熟，減排效果好，但處理裝置體積龐大，運行和維護成本也較高，而egr技術(shù)的原理是將發(fā)動機部分排氣處理后重新引入氣缸，增大氣缸內(nèi)混合氣的比熱容，降低缸內(nèi)壓縮終點溫度和最高燃燒溫度，從而達到減小氮氧化物生成的目的，該系統(tǒng)安裝費用和運行費用遠小于scr系統(tǒng)，但是需要對船舶發(fā)動機進行改造，系統(tǒng)運行過程中還會產(chǎn)生洗滌廢水，加裝廢水處理裝置也會占用船舶的有效空間。

船舶sox減排技術(shù)主要包括采用低硫燃油和廢氣清洗技術(shù)兩種。其中，采用低硫燃油是最直接滿足imo排放要求的方法，不用對船舶進行較大改動，但船用低硫燃油價格昂貴，使用低硫燃油成本太高，同時低硫燃油粘度低、潤滑差等缺點會對發(fā)動機造成一定的損害。作為imo認可的另一種除去船舶廢氣中sox的有效方法，廢氣清洗技術(shù)主要是通過對燃用低質(zhì)高硫重油產(chǎn)生的廢氣進行清洗，除去其中的sox，滿足imo有關(guān)燃油硫含量的要求，廢氣清洗技術(shù)主要分為兩大類：濕法脫硫和干法脫硫，其中，濕法脫硫技術(shù)又包括：開環(huán)法(openloop)、閉環(huán)法(closedloop)以及復(fù)合型(hybrid)濕法脫硫，脫硫效率高，技術(shù)成熟穩(wěn)定，但洗滌裝置也存在體積較大，運行和維護需一定費用的問題，而干法脫硫系統(tǒng)的優(yōu)點是：能耗低、不需要水處理設(shè)備，適用于任何對排放水敏感的區(qū)域，能與scr脫硝很好地結(jié)合。

基于上述處理方式，目前通常都是直接采用兩套設(shè)備甚至多套設(shè)備分別對nox和sox進行先后處理，通過廢氣串聯(lián)的方式先脫硝后脫硫，然而，廢氣串聯(lián)處理方法設(shè)備體積巨大，占用大量船舶有效空間，背壓高，對發(fā)動機正常工作影響較大，設(shè)備投資和運行費用都很高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于同時去除硫氧化物和氮氧化物的船舶廢氣處理裝置，占用空間小、安裝成本低。

本發(fā)明提供一種用于同時去除硫氧化物和氮氧化物的船舶廢氣處理裝置，所述船舶廢氣處理裝置包括第一廢氣管路、混合器及反應(yīng)塔，所述第一廢氣管路與柴油機的排氣口連接，所述混合器和所述反應(yīng)塔沿廢氣的流動方向依次設(shè)置在所述第一廢氣管路中，所述混合器中設(shè)有尿素溶液噴槍，所述反應(yīng)塔包括內(nèi)層腔體與外層腔體，所述內(nèi)層腔體的進氣端與所述反應(yīng)塔的進口連通，所述內(nèi)層腔體的排氣端與所述外層腔體的進氣端連通，所述外層腔體的排氣端與所述反應(yīng)塔的出口連通，所述內(nèi)層腔體沿廢氣的流動方向依次設(shè)有預(yù)氧化部與脫硫部，所述外層腔體設(shè)有脫硝部。

進一步地，所述預(yù)氧化部為雙電極針對針高壓電暈放電單元，包括高壓電極板與接地電極板，所述高壓電極板與所述接地電極板大小相同，所述高壓電極板和所述接地電極板上設(shè)有多排鋼針，所述高壓電極板上的鋼針尖端與所述接地電極板上的鋼針尖端之間一一相對。

進一步地，所述高壓電極板與所述接地電極板的面積均為500mm×1000mm，每個電極板上焊接有50-100排鋼針，每排鋼針的個數(shù)為10-50根，相鄰鋼針之間的距離為10-50mm，每根鋼針的長度為20-50mm，每根鋼針的直徑為1mm，所述高壓電極板上的鋼針尖端和與之相對應(yīng)的接地電極板上的鋼針尖端之間的距離為50-80mm，所述鋼針為316鋼針。

進一步地，所述脫硫部為脫硫劑填料層，所述脫硫劑填料層包括活性組分由氫氧化鈣、氫氧化鎂和焦炭構(gòu)成的脫硫劑，所述脫硫劑的飽和硫容為60％-70％。

進一步地，所述脫硝部內(nèi)沿廢氣的流動方向依次設(shè)有三層脫硝催化劑，所述脫硝催化劑為波紋狀、多孔狀的纖維鈦結(jié)構(gòu)。

進一步地，所述內(nèi)層腔體的排氣端與所述外層腔體的進氣端之間設(shè)有廢氣導(dǎo)流板。

進一步地，還包括第二廢氣管路、第一閥門及第二閥門，所述第一廢氣管路通過所述第一閥門與所述柴油機的排氣口連接，所述第二廢氣管路通過所述第二閥門與所述柴油機的排氣口連接，所述第一閥門與所述第二閥門由電動執(zhí)行器控制，所述第一閥門在所述第二閥門開啟時關(guān)閉并在所述第二閥門關(guān)閉時開啟。

進一步地，所述反應(yīng)塔的進口位于所述反應(yīng)塔的頂端，所述反應(yīng)塔的出口位于所述反應(yīng)塔靠近頂端一側(cè)的側(cè)壁上，所述內(nèi)層腔體為柱形腔體，所述內(nèi)層腔體的頂端為進氣端，所述內(nèi)層腔體的底端為排氣端，所述外層腔體為與所述內(nèi)層腔體同軸的環(huán)形腔體，所述外層腔體的底部為進氣端，所述外層腔體的頂部為排氣端，所述內(nèi)層腔體與所述外層腔體的連通處呈環(huán)形。

進一步地，所述反應(yīng)塔中設(shè)有吹灰器，所述反應(yīng)塔的底部設(shè)有收集罐，所述收集罐的進口處設(shè)有閥門。

進一步地，所述第一廢氣管路還設(shè)有第三閥門與第四閥門，所述第三閥門位于所述混合器與所述反應(yīng)塔之間，所述第四閥門位于所述第一廢氣管路的排氣端，所述反應(yīng)塔與所述第四閥門之間設(shè)有引風(fēng)機。

本發(fā)明實施例的用于同時去除硫氧化物和氮氧化物的船舶廢氣處理裝置中，反應(yīng)塔設(shè)有內(nèi)層腔體與外層腔體，內(nèi)層腔體沿廢氣的流動方向依次設(shè)有預(yù)氧化部與脫硫部，外層腔體設(shè)有脫硝部，使整個廢氣處理過程集中在一個反應(yīng)塔中進行，裝置整體占用空間小、安裝成本低、安裝方便，預(yù)氧化后的氣體依次進行脫硫脫硝處理，氮氧化物和硫氧化物的去除效率高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一個實施例中用于同時去除硫氧化物和氮氧化物的船舶廢氣處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為更進一步闡述本發(fā)明為達成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對本發(fā)明的具體實施方式、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細說明如后。

首先需要說明的是，本說明書中“之前”與“之后”是以廢氣在管路中的流動方向作為參考方向，“之后”即指位于廢氣流動方向的下游。

圖1為本發(fā)明一個實施例中用于同時去除硫氧化物和氮氧化物的船舶廢氣處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明的用于同時去除硫氧化物和氮氧化物的船舶廢氣處理裝置(以下簡稱“處理裝置”)包括第一廢氣管路2、混合器3及反應(yīng)塔6，第一廢氣管路2與柴油機1的排氣口連接，混合器3和反應(yīng)塔6沿廢氣的流動方向依次設(shè)置在第一廢氣管路2中，混合器3中設(shè)有尿素溶液噴槍31，反應(yīng)塔6包括內(nèi)層腔體621與外層腔體622，內(nèi)層腔體621的進氣端與反應(yīng)塔6的進口61連通，內(nèi)層腔體621的排氣端與外層腔體622的進氣端連通，外層腔體622的排氣端與反應(yīng)塔6的出口610連通，內(nèi)層腔體621內(nèi)沿廢氣的流動方向依次設(shè)有預(yù)氧化部63與脫硫部64，外層腔體622內(nèi)設(shè)有脫硝部65。如此，從柴油機1排出的廢氣在混合器3中與氨氣混合均勻后進入反應(yīng)塔6，并依次經(jīng)過反應(yīng)塔6中的預(yù)氧化部63、脫硫部64與脫硝部65除去氮氧化物和硫氧化物，處理后的廢氣排至大氣中，通過將反應(yīng)塔6分隔為內(nèi)層腔體621與外層腔體622，使整個廢氣處理過程集中在一個反應(yīng)塔中進行，裝置整體占用空間小、安裝成本低、安裝方便，且氮氧化物和硫氧化物的去除效率高。

具體地，反應(yīng)塔6的進口61位于反應(yīng)塔6的頂端，反應(yīng)塔6的出口610位于反應(yīng)塔6靠近頂端一側(cè)的側(cè)壁上，內(nèi)層腔體621為柱形腔體，內(nèi)層腔體621的頂端為進氣端，內(nèi)層腔體621的底端為排氣端，預(yù)氧化部63位于內(nèi)層腔體621的頂部，脫硫部64位于內(nèi)層腔體621的底部，外層腔體622為與內(nèi)層腔體621同軸的環(huán)形腔體，外層腔體622的底部為進氣端，外層腔體622的頂部為排氣端，內(nèi)層腔體621與外層腔體622的連通處呈環(huán)形。

尿素溶液噴槍31為雙流體噴槍。具體地，采用雙流體噴槍可充分將40％尿素溶液霧化，保證尿素溶液的霧化粒徑控制在40μm，霧化后的尿素溶液在混合器3內(nèi)被分解為氨氣，并與廢氣進行充分混合，優(yōu)選的，混合器3選用316不銹鋼材質(zhì)，直徑為φ700-φ1000。

預(yù)氧化部63為雙電極針對針高壓電暈放電單元，該雙電極針對針高壓電暈放電單元包括高壓電極板631與接地電極板632，高壓電極板631與接地電極板632大小相同，高壓電極板631和接地電極板632上設(shè)有多排鋼針，高壓電極板631上的鋼針尖端與接地電極板632上的鋼針尖端之間一一相對。優(yōu)選的，高壓電極板631與接地電極板632的面積均為500mm×1000mm，每個電極板上焊接有50-100排鋼針，每排鋼針的個數(shù)為10-50根，相鄰鋼針之間的距離為10-50mm，每根鋼針的長度為20-50mm，每根鋼針的直徑為1mm，高壓電極板631上的鋼針尖端和與之相對應(yīng)的接地電極板632上的鋼針尖端之間的距離為50-80mm，鋼針為316鋼針。使用時，將高壓電極板631與高壓直流電源連接通電，使兩塊極板上鋼針尖端之間發(fā)生電暈放電，該過程會產(chǎn)生大量的o、n、oh、o2、ho2等自由基，這些自由基可以將廢氣中95％的no氧化為no2，同時將廢氣中的so2氧化為so3，這些反應(yīng)過程可增強后續(xù)反應(yīng)的吸收效率，提高廢氣中氮氧化物和硫氧化物的去除效率。

脫硫部64為脫硫劑填料層。在本實施例中，脫硫劑填料層包括活性組分由氫氧化鈣、氫氧化鎂和焦炭構(gòu)成的脫硫劑，脫硫劑的飽和硫容為60％-70％，廢氣經(jīng)過預(yù)氧化部63預(yù)氧化后，進入位于反應(yīng)塔6內(nèi)層腔體621下部(即氣體流動方向的下游)的脫硫部64中與脫硫劑填料層進行作用，由于脫硫劑富含毛細孔、比表面積大、有效成分活性高、硫容高，因而脫硫效率高。此外，脫硫劑吸收廢氣中的硫氧化物的過程為放熱反應(yīng)，釋放出的大量熱量使廢氣的溫度升高，有效保證后續(xù)在外層腔體622中進行脫硝反應(yīng)的最適溫度。

脫硝部65內(nèi)設(shè)有脫硝催化劑。在本實施例中，脫硝部65內(nèi)沿廢氣的流動方向依次設(shè)有三層脫硝催化劑，脫硝催化劑為波紋狀、多孔狀的纖維鈦結(jié)構(gòu)，具有高達99％的脫硝效率，使用壽命可以達到10000小時。

在本發(fā)明一實施方式中，內(nèi)層腔體621的排氣端與外層腔體622的進氣端之間設(shè)有廢氣導(dǎo)流板67，廢氣導(dǎo)流板67為位于內(nèi)層腔體621的底部且向內(nèi)層腔體621拱起的半球形板或錐形板，由內(nèi)層腔體621排出的廢氣在廢氣導(dǎo)流板67的導(dǎo)流下可充分進入外層腔體622中。

在本發(fā)明一實施方式中，反應(yīng)塔6中設(shè)有吹灰器69，反應(yīng)塔6的底部設(shè)有收集罐8，收集罐8的進口處設(shè)有閥門7。具體地，吹灰器69采用高壓激波吹灰對位于外層腔體622中的脫硝催化劑的表面及孔道內(nèi)的灰塵、油泥進行吹掃，防止煙灰在脫硝催化劑表面附著導(dǎo)致脫硝催化劑活性降低，吹掃下來的灰分和雜質(zhì)通過閥門7進入收集罐8，閥門7優(yōu)選為電動閥門。此外，反應(yīng)塔6中還進一步設(shè)有壓力傳感器66與溫度傳感器68，用來監(jiān)測反應(yīng)過程中的壓力變化和溫度變化，保證整個反應(yīng)過程在合適的溫度和壓力范圍內(nèi)。

在本發(fā)明一實施方式中，第一廢氣管路2還設(shè)有第三閥門5與第四閥門10，第三閥門5位于混合器3與反應(yīng)塔6之間，第四閥門10位于第一廢氣管路2的排氣端，優(yōu)選的，第三閥門5和第四閥門10均為電動閥門。

進一步地，反應(yīng)塔6與第四閥門10之間設(shè)有引風(fēng)機9，加裝引風(fēng)機9可保證整個處理裝置的排煙背壓，不增加柴油機1的運行負荷。

在本發(fā)明一實施方式中，處理裝置還可進一步包括第二廢氣管路4、第一閥門21及第二閥門41，第一廢氣管路2通過第一閥門21與柴油機1的排氣口連接，第二廢氣管路4通過第二閥門41與柴油機1的排氣口連接，第一廢氣管路2的排氣端與第二廢氣管路4的排氣端均與排煙囪11連接，第一閥門21與第二閥門41由電動執(zhí)行器(圖未示)進行聯(lián)動控制，從而使第一閥門21在第二閥門41開啟時關(guān)閉并在第二閥門41關(guān)閉時開啟，優(yōu)選的，第一閥門21與第二閥門41為旁通閥門。通過設(shè)置第二廢氣管路4、第一閥門21及第二閥門41，可在船舶在eca(emissioncontrolarea，eca)區(qū)域運行時，開啟第一閥門21、關(guān)閉第二閥門41，對廢氣進行處理后排出以滿足排放要求，而在非eca區(qū)域運行時，關(guān)閉第一閥門21、開啟第二閥門41，將廢氣通過第二廢氣管路4直接排至大氣中，降低船舶能耗。

接下來，對本發(fā)明的處理裝置的工作過程詳細說明如下。

當(dāng)船舶在eca區(qū)域內(nèi)運行時，關(guān)閉第二閥門41，開啟第一閥門21、第三閥門5、第四閥門10，柴油機1運行產(chǎn)生的廢氣通過第一閥門21進入混合器3，在混合器3中與尿素分解的氨氣進行充分混合，混合后的氣體通過第三閥門5進入反應(yīng)塔6，進入反應(yīng)塔6的氣體首先與位于反應(yīng)塔6內(nèi)層腔體621上部的預(yù)氧化部63產(chǎn)生的o、n、oh、o2、ho2等自由基作用，廢氣中的no被氧化為no2，廢氣中的so2被氧化為so3，預(yù)氧化后的氣體進入位于反應(yīng)塔6內(nèi)層腔體621下部的脫硫部64中與脫硫劑填料層進行作用，除去廢氣中的硫氧化物，同時廢氣在脫硫過程中溫度升高，接著，脫硫后且溫度升高的氣體在廢氣導(dǎo)流板67的導(dǎo)向下進入外層腔體622，與位于外層腔體622的脫硝部65中的脫硝催化劑反應(yīng)，除去廢氣中的氮氧化物，脫硝后的氣體滿足imo法規(guī)排放標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)反應(yīng)塔6的出口610、引風(fēng)機9、第四閥門10由排煙囪11排放到大氣中。

當(dāng)船舶在非eca區(qū)域內(nèi)運行時，開啟第二閥門41、關(guān)閉第一閥門21，柴油機1運行產(chǎn)生的廢氣經(jīng)第二閥門41、第二廢氣管路4由排煙囪11排放到大氣中。

綜上所述，本發(fā)明的處理裝置至少包括如下優(yōu)點：

(1)反應(yīng)塔設(shè)有內(nèi)層腔體與外層腔體，內(nèi)層腔體沿廢氣的流動方向依次設(shè)有預(yù)氧化部與脫硫部，外層腔體設(shè)有脫硝部，使整個廢氣處理過程集中在一個反應(yīng)塔中進行，裝置整體占用空間小、安裝成本低、安裝方便，預(yù)氧化后的氣體依次進行脫硫脫硝處理，氮氧化物和硫氧化物的去除效率高；

(2)內(nèi)層腔體的排氣端與外層腔體的進氣端之間設(shè)有廢氣導(dǎo)流板，廢氣導(dǎo)流板為位于內(nèi)層腔體的底部且向內(nèi)層腔體拱起的半球形板或錐形板，由內(nèi)層腔體排出的廢氣在廢氣導(dǎo)流板的導(dǎo)流下可充分進入外層腔體中。

最后，本發(fā)明以具體的實施例來說明其所達到的效果：

實施例一：

在一臺功率為9786kw的柴油機主機上配套本發(fā)明的處理裝置進行臺架實驗。

在處理裝置運行過程中，啟動第一閥門21，尿素溶液噴槍31，與氨氣充分混合的廢氣進入反應(yīng)塔6，首先通過內(nèi)層腔體621的放電單元進行預(yù)氧化，之后和脫硫劑填料層進行反應(yīng)，脫除廢氣中的sox，反應(yīng)過程中產(chǎn)生的能量提高了廢氣溫度，之后廢氣進入位于外層腔體622的脫硝部65，在脫硝催化劑的作用下，去除廢氣中的nox，反應(yīng)塔6上布置的壓力傳感器66和溫度傳感器68實時監(jiān)測塔內(nèi)的運行工況條件保證系統(tǒng)的正常運行，吹灰器69根據(jù)壓力傳感器66的反饋信號，通過壓差控制啟動對脫硝催化劑層進行吹掃，保證催化劑高效運行。

在臺架實驗測試過程中，處理裝置運行500個小時，nox和sox的排放數(shù)值完全達到了imo規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)運行過程中的總壓降小于2000pa，氨逃逸值小于10ppm。

實施例二：

在一艘160000dwt的散貨船上配套本發(fā)明的處理裝置進行實船試驗。

在處理裝置運行過程中，啟動第一閥門21，尿素溶液噴槍31，與氨氣充分混合的廢氣進入反應(yīng)塔6，首先通過內(nèi)層腔體621的放電單元進行預(yù)氧化，之后和脫硫劑填料層進行反應(yīng)，脫除廢氣中的sox，反應(yīng)過程中產(chǎn)生的能量提高了廢氣溫度，之后廢氣進入位于外層腔體622的脫硝部65，在脫硝催化劑的作用下，去除廢氣中的nox，反應(yīng)塔6上布置的壓力傳感器66和溫度傳感器68實時監(jiān)測塔內(nèi)的運行工況條件保證系統(tǒng)的正常運行，吹灰器69根據(jù)壓力傳感器66的反饋信號，通過壓差控制啟動對脫硝催化劑層進行吹掃，保證催化劑高效運行。

在排放控制區(qū)域內(nèi)，實船試驗測試的處理裝置運行300個小時，nox和sox的排放數(shù)值完全達到了imo規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)運行過程中的總壓降小于2000pa，氨逃逸值小10ppm。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。