一種船舶廢氣混合式脫硫裝置及其工作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及船舶節(jié)能減排領域，特別是一種船舶廢氣混合式脫硫裝置及其工作方法。
【背景技術】
[0002]遠洋船舶多采用重油或渣油作為燃料，這些燃料中含有大量硫分，勢必造成排放尾氣中含有大量污染性氣體SOx。據(jù)統(tǒng)計，由船舶造成的SOx的排放量占全球認為SOx排放總量的5%以上，并且這一數(shù)據(jù)正在逐年增加，嚴重影響了生態(tài)環(huán)境和人們身體健康。為此，MARPOL公約(國際防止船舶造成污染公約)附則VI中對船舶硫氧化物的排放進行了明確規(guī)定。目前全球燃油含硫量限制在3.5%以內，該標準于2012年I月I日生效，到2020年I月I日，這一標準將降低至0.5%;對于硫氧化物排放控制區(qū)，目前的排放標準是1.0%，到2015年I月I日開始實施0.1%的排放標準。面對即將實施的更為嚴格的船舶尾氣硫氧化物排放限制，國內外展開了船舶尾氣處理技術的進一步研宄。
[0003]由于船舶的實際運行情況并結合陸地成熟脫硫技術，海水濕法脫硫這一方法成為了國內外眾多專家、學者的重點研宄對象。經(jīng)研宄表明:采用濕法洗滌來進行船舶尾氣脫硫，其脫硫效率與廢氣溫度有較大關系。有實驗數(shù)據(jù)表明廢氣溫度在60°C左右時海水對廢氣中硫氧化物的吸收效果最佳，而廢氣經(jīng)過廢氣鍋爐后其溫度仍有180°C左右，為提高脫硫效率，目前的措施多是采用海水降溫，海水溫度升高后直接排放入海，對于尾氣中蘊含的如此巨大的能量無疑是一種浪費。因此，考慮如何利用經(jīng)過廢氣鍋爐后廢氣中的余熱就顯得很有必要。
[0004]IMO(國際海事組織)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，海水法脫硫所消耗的功率約占船舶主機功率的1% -2%，例如對于一臺額定功率為5000kW的主機來說，海水法脫硫所消耗的功率約50-100kW，這對于船舶發(fā)電機來說，這部分功率是比較大的，給船舶電網(wǎng)帶來壓力。而由主機排煙帶走的廢熱能量約占主機額定功率的35% _40%，對于一臺額定功率為5000kW的船舶主機來說，排煙帶走的廢熱能量為1750-2000kW。如果能把主機排煙中這一部分能量利用上的話，可大大降低電網(wǎng)壓力。
[0005]船舶航行于大海，海水取之不盡且取之方便，非常適合用來對船舶尾氣脫硫，然而海水法脫硫僅適用于船舶在航的條件下，當船舶靠港或航行至特殊海域時，由于港內海水污染情況嚴重或者海水堿度不足以吸收尾氣中硫氧化物時，海水法就不適于船舶尾氣的脫硫使用，因此，急需一種針對船舶在港或特殊海域時的尾氣脫硫方法。
[0006]經(jīng)凈化后的尾氣其溫度很低，可到達35°C左右，為防止煙囪出口處出現(xiàn)白霧并抬高廢氣升空力，必須設置尾氣再加熱系統(tǒng)。現(xiàn)有的加熱方式多是采用未經(jīng)凈化處理的尾氣去加熱凈化后尾氣或者采用鍋爐產(chǎn)生的過熱蒸汽來加熱凈化后尾氣。前者由于采用未凈化處理的尾氣，其中硫氧化物含量較高，這很容易造成換熱器的腐蝕問題。后者采用鍋爐產(chǎn)生的過熱蒸汽，從船舶設計的角度考慮其蒸汽產(chǎn)量還不能滿足船舶主機排煙加熱所需要的熱量。因此，考慮采用何種方式加熱凈化后的尾氣至關重要。

【發(fā)明內容】

[0007]為解決現(xiàn)有技術存在的上述問題，本發(fā)明要設計一種既實船應用性強又脫硫效率高且節(jié)能環(huán)保的船舶廢氣混合式脫硫裝置及其工作方法。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下:
[0009]一種船舶廢氣混合式脫硫裝置，包括廢氣發(fā)電系統(tǒng)、廢氣脫硫系統(tǒng)、廢氣排放系統(tǒng)以及自動監(jiān)測和控制系統(tǒng)；所述的廢氣發(fā)電系統(tǒng)包括缸套水換熱器、蒸發(fā)器、膨脹機、冷凝器、工質泵、發(fā)電機和儲電裝置；所述的缸套水換熱器上設置有煙氣進口和煙氣出口 ；所述的缸套水換熱器左端連接缸套水循環(huán)系統(tǒng)出口、右端連接蒸發(fā)器的高溫側進口，所述的蒸發(fā)器的高溫側出口連接缸套水循環(huán)系統(tǒng)進口，構成高溫側閉環(huán)；所述的蒸發(fā)器低溫側出口依次連接膨脹機、冷凝器、工質泵和蒸發(fā)器低溫側進口，構成低溫側閉環(huán)；膨脹機與發(fā)電機之間通過法蘭連接；發(fā)電機與儲電裝置通過導線連接；
[0010]所述的廢氣脫硫系統(tǒng)采用混合式脫硫系統(tǒng)，具有開式脫硫和閉式脫硫的功能，包括海水濾器、海水泵、變頻泵、可控三通轉換閥、增壓泵、主洗滌塔、副洗滌塔、NaOH溶液循環(huán)柜、泥漿柜和曝氣池，所述的海水濾器連接海水泵入口，所述的海水泵出口有兩路，一路連接冷卻器、另一路連接可控三通轉換閥的一個入口，可控三通轉換閥的另一個入口與NaOH溶液循環(huán)柜連接，可控三通轉換閥的的出口經(jīng)變頻泵連接到冷卻器；冷卻器還與兩個增壓泵連接，其中一個增壓泵連接副洗滌塔、另一個增壓泵連接主洗滌塔；所述的主洗滌塔上端安裝有電加熱器并連接廢氣出口，主洗滌塔側面的入口與副洗滌塔出口連接，主洗滌塔下端分別連接曝氣池和NaOH溶液循環(huán)柜；所述的副洗滌塔側面經(jīng)可控電磁閥B后分兩路，一路經(jīng)可控電磁閥A連接廢氣出口，另一路經(jīng)電磁閥分別連接廢氣發(fā)電系統(tǒng)和廢氣進口，副洗滌塔下端分別連接曝氣池和NaOH溶液循環(huán)柜；所述的NaOH溶液循環(huán)柜連接泥漿柜；副洗滌塔和可控電磁閥B之間安裝有廢氣流量計；所述的曝氣池出口分兩路，一路經(jīng)可控電磁閥D接弦外、另一路經(jīng)可控電磁閥C和可控電磁閥D接弦外，在曝氣池出口和可控電磁閥D之間安裝有海水水質檢測裝置；
[0011]所述的廢氣排放系統(tǒng)包括主洗滌塔、電加熱器，所述的主洗滌塔和電加熱器二者通過管道連接；
[0012]所述的自動監(jiān)測和控制系統(tǒng)包括控制器、可控三通轉換閥、四個可控電磁閥、海水檢測裝置和廢氣流量計，所述的控制器左端連接四個輸入信號，自下而上分別是海水水質檢測信號、廢氣流量信號、混合式脫硫模式選擇信號和脫硫系統(tǒng)工作信號；右端自下而上分別連接可控電磁閥C、可控電磁閥D、變頻泵、可控三通轉換閥、可控電磁閥A和可控電磁閥B。
[0013]一種船舶廢氣混合式脫硫裝置的工作方法，包括以下步驟:
[0014]A、廢氣發(fā)電；
[0015]來自船舶主機的高溫煙氣流經(jīng)缸套水換熱器時加熱缸套水，溫度升高的缸套水進入蒸發(fā)器，其中的有機工質使其相變成過熱氣體進入膨脹機，在膨脹機內過熱氣體的壓力能轉變?yōu)閯幽?，通過法蘭帶動發(fā)電機旋轉進行發(fā)電。發(fā)出的電能儲存在儲電裝置內以供給脫硫系統(tǒng)中的各泵系、電加熱器和控制器。
[0016]B、廢氣脫硫；
[0017]船舶在公海航行時采用海水脫硫，海水泵由舷外抽吸經(jīng)過海水濾器的海水，控制器根據(jù)廢氣流量計傳來的信號調節(jié)流經(jīng)變頻泵的海水流量，經(jīng)增壓泵增壓后泵送到主洗滌塔和副洗滌塔內進行噴淋，實現(xiàn)船舶廢氣脫硫。洗滌后的海水由于含有大量亞硫酸根離子，它很容易重新分解為SO2氣體，因此，需經(jīng)過曝氣池，在曝氣池中通入過量空氣氧化亞硫酸根離子，使其變成穩(wěn)定的硫酸根離子。海水水質監(jiān)測裝置取樣分析曝氣池內海水成分，并把該數(shù)據(jù)傳輸至控制器，通過可控電磁閥C和可控電磁閥D的轉換控制洗滌后海水直接排放入海或是重新進入曝氣池；當船舶在港口時，采用NaOH溶液脫硫，在NaOH溶液循環(huán)柜中加入NaOH和淡水進行配制NaOH溶液，NaOH溶液流經(jīng)冷卻器，由舷外海水對其冷卻降溫后經(jīng)變頻泵調節(jié)流量，然后由增壓泵增壓后泵送到主洗滌塔和副洗滌塔內進行噴淋脫硫。
[0018]C、廢氣排放；
[0019]廢氣經(jīng)過主洗滌塔和副洗滌塔洗滌后流經(jīng)排氣煙道上的電加熱器進行加熱，使廢氣溫度升高后再排放升空。其中電加熱器的電能來自廢氣發(fā)電系統(tǒng)的儲電裝置。加熱的目的是提高廢氣升空力、減少硫氧化物對廢氣道的腐蝕以及減少白霧的產(chǎn)生。
[0020]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0021]1、由于本發(fā)明采用了有機朗肯循環(huán)進行發(fā)電，充分利用船舶主機的廢氣余熱，并利用主機缸套水作為有機工質的加熱源，發(fā)出的電能用于該脫硫系統(tǒng)，實現(xiàn)了船舶系統(tǒng)能量的綜合利用。
[0022]2、由于本發(fā)明采用混合式脫硫系統(tǒng)，即當船舶在公海航行時采用