一種船舶柴油機(jī)廢氣處理和利用裝置及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種船舶廢氣余熱利用技術(shù)，特別是一種船舶柴油機(jī)廢氣處理和利用裝置及其工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]IMO (國際海事組織)資料表明，船舶每年排放的302達(dá)634萬噸，約占世界排放量的4%。船舶造成的大氣污染已到了不可忽視的地步，在某些港口、海峽密集的地方，船舶廢氣已成為當(dāng)?shù)卮髿馕廴镜闹饕廴驹础?997年9月國際海事組織通過了 MARRP0L公約(防止船舶造成污染國際公約)附則VI，該附則于2006年8月23日在我國生效，對船舶廢氣中的SO2的排放做出了嚴(yán)格限制。2011年MPEC (海洋環(huán)境和保護(hù)委員會)58次會議通過了 MARPOL公約附則VI修正案，修正案對船舶大氣污染物的排放提出了進(jìn)一步的要求。修正案要求從2012年I月I日開始，全球重質(zhì)燃油的硫含量從現(xiàn)在的4.5%降低到3.5%;并在2018年之前做出可行性評估，若評估通過，到2020年I月I日，將要求全球船用重油的硫含量降低到0.5%。對于硫排放控制區(qū)，從2010年7月I日開始，該區(qū)域船用重油硫含量不得超過1.0% ;從2015年I月I日起不得超過0.1%。
[0003]目前船舶減少SO2排放量的主要方法有:1.使用低硫燃油；2.替代燃料；3.煙氣后處理。煙氣后處理由于工藝簡單，脫硫效率高、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，將是今后研宄的主要方向。就船舶自身特點(diǎn)而言，在所有的船舶煙氣后處理方法中海水脫硫被認(rèn)為是一種非常合適、非常有前景的方法，但此方法需要消耗大量的海水作為吸收劑，因此要配置大功率的海水泵來維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行；此外脫硫后的海水呈酸性，不但腐蝕設(shè)備，還需要添加堿性物質(zhì)處理后才可排放。采用電解海水法處理尾氣可避免這些問題，但電解海水需要消耗大量的電能，這為船舶電網(wǎng)帶來了巨大的壓力。
[0004]目前而言，節(jié)能減排已經(jīng)成為船舶設(shè)計和制造所倡導(dǎo)的主旋律，就船舶現(xiàn)狀而言，船舶柴油機(jī)廢氣中含有大量的余熱沒被利用。燃油在柴油機(jī)氣缸中燃燒后并不能全部轉(zhuǎn)化為軸功率，一般情況下，只有30% -55%的熱量轉(zhuǎn)化為有效功，其余45% -70%的熱量以各種形式損失掉。對大型船舶而言，船舶柴油機(jī)廢氣中含有的能量約占燃油總熱量的25.5%,其中可以被利用的熱量約為12%左右，約占柴油機(jī)有效功率的1/4。在節(jié)能減排實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的大前提下，如何提高能源利用率，減少船舶廢氣的排放，這將成為航運(yùn)業(yè)面臨的一個重大挑戰(zhàn)。目前船舶柴油機(jī)廢氣余熱利用設(shè)備僅限于廢氣渦輪增壓器和廢氣鍋爐。廢氣渦輪增壓器將廢氣中的能量轉(zhuǎn)化成進(jìn)氣空氣的壓力來提高柴油機(jī)的功率和效率；廢氣鍋爐利用廢氣能量產(chǎn)生0.5MPa左右的飽和蒸汽來滿足船員的日常生活用水及油艙的加熱保溫等。但隨著船舶向著大型化、高速化、自動化方向的發(fā)展，船員生活用蒸汽越來越少，這使得船舶柴油機(jī)廢氣余熱利用愈加不充分，不合理。除此之外船舶柴油機(jī)缸套水(溫度約為80-90°C )中的能量也沒有被有效利用，這造成很大的能量浪費(fèi)。如何更加有效的利用船舶柴油機(jī)廢氣余熱，無論從環(huán)保角度還是從經(jīng)濟(jì)角度都具有重大價值，這也是目前面臨的一個重大難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明設(shè)計一種既可以降低廢氣處理的能耗，又可以更多利用廢氣余熱的船舶柴油機(jī)廢氣處理和利用裝置及其工作方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]一種船舶柴油機(jī)廢氣處理和利用裝置，包括廢氣處理系統(tǒng)、廢氣余熱發(fā)電系統(tǒng)和電解系統(tǒng)，所述的廢氣余熱發(fā)電系統(tǒng)包括有機(jī)朗肯循環(huán)單元、發(fā)電機(jī)和蓄電池，所述的有機(jī)朗肯循環(huán)單元通過煙氣管道與柴油機(jī)增壓器連接；所述的有機(jī)朗肯循環(huán)單元包括循環(huán)泵、蒸發(fā)器、膨脹機(jī)、冷凝器以及缸套水換熱器；所述的缸套水換熱器的高溫側(cè)與柴油機(jī)廢氣相接，低溫側(cè)與柴油機(jī)缸套水相接，所述的循環(huán)泵依次與蒸發(fā)器、膨脹機(jī)、冷凝器通過管路連接構(gòu)成循環(huán)；所述的膨脹機(jī)和發(fā)電機(jī)之間通過法蘭連接；所述的發(fā)電機(jī)通過電纜經(jīng)蓄電池與電解單元連接；所述的電解系統(tǒng)包括電解單元、堿液柜、混合柜和堿液供給泵；所述的電解單元陰極出口和堿液柜通過管路連接；堿液柜出口和海水混合柜通過管路連接；混合柜通過管路經(jīng)堿液供給泵與洗滌塔連接；所述的電解單元包括船舶海水淡化系統(tǒng)、加液泵、電加熱器、緩沖柜、海水供給泵、海水補(bǔ)給泵和電解槽；海水淡化系統(tǒng)、加液泵、緩沖柜、海水供給泵和電解槽通過管路依次連接；海水補(bǔ)給泵通過閥和緩沖柜連接；電加熱器均勻布置在緩沖柜底部；所述的廢氣處理系統(tǒng)包括煙氣換熱器、洗滌塔、海水噴淋裝置和曝氣池；煙氣換熱器和洗滌塔之間、煙氣換熱器和海水噴淋裝置之間均通過煙氣管道相連，海水噴淋裝置和洗滌塔通過管路和曝氣池相連。
[0008]一種船舶柴油機(jī)廢氣處理和利用裝置的工作方法，包括以下步驟:
[0009]A、船舶柴油機(jī)廢氣由渦輪增壓器排出后，首先經(jīng)過旁通擋板進(jìn)入有機(jī)朗肯循環(huán)單元，在有機(jī)朗肯循環(huán)單元內(nèi)利用柴油機(jī)廢氣的余熱進(jìn)行發(fā)電，并將所發(fā)出的電能儲存在蓄電池中，達(dá)到儲存電能的目的；
[0010]B、有機(jī)朗肯循環(huán)單元首先利用船舶柴油機(jī)廢氣中的熱量將柴油機(jī)缸套水加熱到90-150°C，加熱后的缸套水在蒸發(fā)器中與有機(jī)工質(zhì)進(jìn)行熱交換。熱交換后的柴油機(jī)缸套水循環(huán)回主機(jī)；被加熱的有機(jī)介質(zhì)進(jìn)入到膨脹機(jī)中進(jìn)行膨脹做功，做功后的有機(jī)介質(zhì)在冷凝器中被冷卻，冷卻后的有機(jī)工質(zhì)再次被循環(huán)泵送回蒸發(fā)器中進(jìn)行熱交換，如此反復(fù)循環(huán)；
[0011]C、蓄電池通過導(dǎo)線給電解單元供電，同時蓄電池還給堿液供給泵供電，蓄電池中的剩余電能，則向船舶其他用電設(shè)備供電。
[0012]D、電解單元對船舶海水淡化系統(tǒng)產(chǎn)生的高濃度海水進(jìn)行電解，電解單元陽極產(chǎn)生的氯氣通入船舶壓載艙用于處理船舶壓載水，電解單元陰極產(chǎn)生的堿液輸送并儲存于堿液柜，產(chǎn)生的氫氣輸送到廚房用作燃料；
[0013]E、船舶柴油機(jī)廢氣排出后經(jīng)過有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電的同時，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)廢氣的第一次降溫，其次在煙氣換熱器中與脫硫處理以后的廢氣進(jìn)行熱交換，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)廢氣的第二次降溫；在進(jìn)入到噴淋塔進(jìn)行脫硫處理之前再經(jīng)過一次海水噴淋進(jìn)行第三次降溫；
[0014]F、堿液供給泵將電解單元產(chǎn)生的堿液和海水的混合液泵送到噴淋塔，同時將降溫后的柴油機(jī)廢氣送到噴淋塔，進(jìn)行噴淋處理；
[0015]G、經(jīng)噴淋塔處理以后的廢氣經(jīng)煙氣換熱器進(jìn)行換熱后升溫排放。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0017]1.本發(fā)明基于有機(jī)朗肯循環(huán)，充分利用船舶柴油機(jī)廢氣余熱進(jìn)行發(fā)電，并將產(chǎn)生的電能直接用于船舶柴油機(jī)廢氣脫硫處理。電解單元使用的電能均來自于船舶廢氣余熱產(chǎn)生的電能，無需額外輸入電能，大大節(jié)約了船舶廢氣處理成本，真正達(dá)到了以廢氣本身的余熱來處理廢氣的目的。
[0018]2.本發(fā)明采用柴油機(jī)廢氣自身余熱發(fā)電處理柴油機(jī)廢氣，故可進(jìn)行在線處理。即只要船舶柴油機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生廢氣，本系統(tǒng)就會利用廢氣余熱產(chǎn)生電能對廢氣進(jìn)行處理；當(dāng)柴油機(jī)工況發(fā)生變化時，廢氣量也會發(fā)生變化，導(dǎo)致發(fā)電量和電解槽堿液的產(chǎn)量同時也會發(fā)生變化。
[0019]3.對船舶而言，船舶海水淡化系統(tǒng)產(chǎn)生的鹽分濃度較高的海水也是一種資源，若直接排海也是一種資源浪費(fèi)。本發(fā)明通過對其進(jìn)行電解利用，達(dá)到了以廢治廢的目的，且處理廢氣以后的廢液PH值和海水相近，可直接入海。
[0020]4.本發(fā)明充分利用船舶海水淡化系統(tǒng)產(chǎn)生的濃度較高的海水，提高電解法處理壓載水的產(chǎn)氯量的同時，將電解單元產(chǎn)生的堿液加入到海水廢氣脫硫系統(tǒng)的噴淋海水中，提高了海水堿度，大大減少了海水用量，降低了泵送海水所需要的電能。
【附圖說明】
[0021]本發(fā)明共有附圖3張，其中:
[0022]圖1是船舶柴油機(jī)廢氣處理和利用裝置示意圖；
[0023]圖2是電解單元結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖3是有機(jī)朗肯循環(huán)示意圖；
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