用于海上發動機廢氣排放的處理設備的制作方法

本實用新型涉及船舶內燃機燃氣排放的控制。本實用新型尤其涉及用于海上發動機廢氣排放的處理設備和使用該海上發動機廢氣排放的處理設備處理廢氣的方法。

背景技術：

隨著全球經濟發展的快速增長，特別是世界貿易的全球化物流事業的迅猛發展，促使海運航行業的突飛猛進，遠洋航線遍布全球各個大小港口，船越造越多，船舶的噸位也越造越大，船舶海運承載了全球貨運總量的 80-90％。

當船舶為世界經濟發展作出重大貢獻的同時，隨之而來的是船舶的內燃機排放污染量的增加。

船舶內燃機采用以柴油機動力為主(也有燃氣輪機等)，但都是以石化燃料為主燃料，尤其隨著石油資源的緊缺，燃料價格飛漲，船用柴油機都已改用價格較低的重柴油甚至渣油來平衡費效比。但是重油和渣油含硫量是普通柴油的幾倍，同時由于燃燒速度慢和雜質多，因此形成的積炭和排放的顆粒成倍增加，另外船用柴油發動機的動力(馬力)都是在幾千匹至幾萬匹之間的大功率，這種大功率發動機產生的氮氧化合物(NOX)、碳氫(HC)和一氧化碳(COX)都是車用發動機的幾十倍，這樣就造成了空氣的重污染，同時也污染了大海和河流。

而要控制船用柴油機的排放，可行的做法有是(A)設計新型低排放柴油機和(B)選用低污染燃料。但是這對于已經在應用的大量船用柴油機來說已經于事無補。

目前在船舶內燃機廢氣的脫硫處理中，采用海水煙氣脫硫和噴霧干燥法。

在海水煙氣脫硫方法中，海水煙氣脫硫是利用海水的天然堿性吸收煙氣中SO₂的一種脫硫工藝。由于雨水將陸地上巖層的堿性物質(碳酸鹽)帶到海中，天然海水通常呈堿性，PH值一般大于7，其主要成分是氯化物、硫酸鹽和一部分可溶性碳酸鹽，以重碳酸鹽(HCO₃^-)計，自然堿度約為1.2～ 2.5mmol/L，這使得海水具有天然的酸堿緩沖能力及吸收SO₂的能力。海水脫硫的一個基本理論依據就是自然界的硫大部分存在于海洋中，硫酸鹽是海水的主要成份之一，脫硫處理后的二氧化硫絕大部分最終以硫酸鹽的形式排入大海。

煙氣中SO₂與海水接觸發生以下主要反應：

SO₂(氣態)+H₂O→H₂SO₃→H⁺+HSO₃^-

HSO₃^-→H⁺+SO₃^2-

SO₃^2-+1/2O₂→SO₄^2-

例如，如圖1所示，除污構件包括：除污容器4，在除污容器4內的從下到上順序設置的氣體整流器5、噴霧裝置6、氣水分離器7，設置在除污容器4上的排氣管8，將海水輸送到噴霧裝置6的輸送泵9，與除污容器4 內部連通的顆粒集濾器10。

從發動機或柴油機1的排氣口排出的廢氣通過廢氣渦輪增壓器2增壓而進入引出的排氣管3，排氣管3延伸進入除污容器4的底部，使從柴油機1排出的廢氣在排氣管3形成高速噴出的廢氣流進入除污容器4，進入除污容器4底部的廢氣流得到擴容減速并上升至氣體整流器5，使廢氣均勻地分布至除污容器內，并通過氣體整流器5繼續上升。輸送泵9將海水輸送到在氣體整流器5上方的噴霧裝置6，海水經過噴霧裝置6噴射形成高密度霧化海水，與經過氣體整流器5上升的廢氣流發生多相位接觸和碰撞，廢氣流中的顆粒(PM)和二氧化硫(SOX)及其他有害氣體被霧狀海水捕捉、中和，噴霧裝置6可以多層的方式布置，例如，噴霧裝置6包括第一層噴霧器6a和第二層噴霧器6b，甚至視情況還可設置第三層、第四層噴霧器，每個噴霧器包括多個噴射頭。通過第一層噴霧器6a噴射出的霧狀海水吸收和捕捉廢氣流中的顆粒和有害氣體后，廢氣流繼續上升至第二層噴霧器6b，其中的少量漏網的顆粒和有害氣體被第二層噴霧器6b噴射出的霧狀海水繼續捕捉和吸收，這樣可以使有害氣體的吸收率達到95％。以上兩層噴霧器 6a和6b的顆粒的捕捉率使廢氣經過如上處理后其細微顆粒達到PM2.5或以下，這時的廢氣達到了排放標準，變成了可排放氣體。排放氣體中含有一定水量，氣體繼續上升，直至進入設置在噴霧裝置6上方的氣水分離器7，以將其中的水量，即水滴，除掉，而除掉水滴的氣體通過排氣管8排入大氣中。噴射出的霧狀海水經過與廢氣接觸和碰撞后，由于重力作用通過沉降下落到除污容器4的底部，而后從排出口流入到顆粒集濾器10，被收集后進行廢物處理，對海水進行充氧處理，使溶入海水的SO₂經充氧后轉化為硫酸鹽，而硫酸鹽是海水的組成部分，海水經過如此處理后排出。

輸送泵9連接于電腦自動控制裝置D，上述的整個運作過程都通過電腦自動控制裝置D中的順序自動控制裝置SCS由電腦自動控制裝置D中的電腦綜合自動控制裝置DCS自動控制。

如圖2所示，圖2中示意性地示出了氣體整流器5的大致的結構，在氣體整流器5中設置了篩網，通過該篩網的廢氣流均勻地分布至除污容器的內部。

如圖3所示，圖3中示意性地示出噴霧裝置6的結構，在該噴霧裝置6 中排列了多個噴射頭，使輸送泵9輸入的海水從多個噴射頭中噴射出，形成霧狀海水。

如圖4所示，圖4中示意性地示出氣水分離器7的結構，經過廢氣處理的排放氣體經過氣水分離器7使其中的水分被去除。

該技術采用海水作為吸收劑，因此運行成本極低，容易推廣使用不受資源限制，沒有二次污染。但對于大型船舶來講，其脫硫的效率還有改進的空間。

在噴霧干燥法中，以石灰水為脫硫劑的噴霧干燥法脫硫工藝過程：石灰水漿)經霧化器霧化成霧滴20～60um，在吸收器內與含硫熱煙氣混合接觸，SO2 和Ca(OH)2發生強烈的化學反應，生成CaSO3和CaSO4，煙氣中的熱量將霧滴水分逐漸蒸發，最終得到CaSO3和CaSO4干粉，其中大部分經脫硫塔下部排除，隨氣流排除的小部分細粉經除塵器收集。

但是，該方法用于船舶內燃機具有局限性，用于舊船的改造不經濟。

技術實現要素：

為了克服現有技術的中的上述缺陷，本實用新型提供一種用于海上發動機廢氣排放的處理設備，所述設備包括：

脫硫裝置，所述脫硫裝置包括：

容器；

上容腔，中容腔和下容腔，其中，所述下容腔用于容納流體，所述中容腔進行脫硫處理，所述上容腔進行氣液分離處理；

第一入口和第二入口，分別與所述中容腔流體連通，所述第一入口輸入要處理的廢氣，所述第二入口能夠與海水流體連通；

第一出口和第二出口，所述第一出口與所述上容腔流體連通以排放被脫硫的廢氣，所述第二出口與所述下容腔流體連通；

存放氧化鎂的氧化鎂儲倉；

氫氧化鎂制備罐，所述氫氧化鎂制備罐能夠與所述脫硫裝置的所述第二入口、所述氧化鎂儲倉和所述海水流體連通；

氧化柜，所述氧化柜與所述脫硫裝置的所述第二出口流體連通以接納在所述脫硫裝置的所述下容腔中的脫硫流體，還與空氣連通以接納所述空氣，所述氧化柜包括流體出口以排放其中的充氣流體；

排液處理器，所述排液處理器與所述氧化柜的所述流體出口流體連通以接納所述氧化柜中的所述充氣流體，所述排液處理器包括：

固液分離器以收集所述充氣流體中的液體并分離所述充氣流體中的固體；和

廢固體收集器以收集所述充氣流體中的固體；

其中，所述固液分離器包括排放所述液體的液體出口。

在一較佳實施方案中，所述脫硫裝置還包括：第三入口，所述第三入口能夠與所述脫硫裝置的所述下容腔流體連通，以在所述氫氧化鎂制備罐與所述下容腔之間形成流體連通；第三出口，所述第三出口能夠與所述脫硫裝置的所述下容腔流體連通，以在所述第二入口與所述下容腔之間形成流體連通。

在一較佳實施方案中，所述脫硫裝置還包括：第四入口，所述第四入口能夠與所述脫硫裝置的所述下容腔流體連通，以在所述排液處理器的所述固液分離器與所述下容腔之間形成液體連通。

在一較佳實施方案中，所述脫硫裝置還包括：第五入口，所述第五入口能夠與所述脫硫裝置的所述上容腔流體連通，以在所述第二入口與所述上容腔之間形成流體連通。

在一較佳實施方案中，所述處理設備還包括PAH處理器，所述PAH處理器與所述排液處理器的所述固液分離器的液體出口流體連通，以接納所述固液分離器中的所述液體并吸附所述液體中的PAH，所述PAH處理器包括排放其中的被處理液體的液體排放口。

根據上述的一種用于海上發動機廢氣排放的處理設備，本實用新型還提供使用上述的用于海上發動機廢氣排放的處理設備處理廢氣的第一方法，所述方法包括如下步驟：

制備脫硫液：提供氧化鎂，用海水制成氫氧化鎂液體；

提供所述脫硫液：將所述氫氧化鎂液體提供到所述脫硫裝置的中容腔；

脫硫廢氣：在所述脫硫裝置的所述中容腔對輸入的廢氣進行脫硫處理。

在一較佳實施方案中，提供所述脫硫液的步驟還包括：將所述氫氧化鎂液體輸入到所述脫硫裝置的下容腔，與所述下容腔中的流體混合；將混合后的流體提供到所述脫硫裝置的中容腔。

根據使用上述的用于海上發動機廢氣排放的處理設備處理廢氣的第一方法，如果上述第一方法中的所述氧化鎂用完，所述方法包括還包括第二方法，所述第二方法包括如下步驟：

制備脫硫液：提供海水，用海水作為脫硫液；

提供所述脫硫液：將所述海水提供到所述脫硫裝置的中容腔；

脫硫廢氣：在所述脫硫裝置的所述中容腔對輸入的廢氣進行脫硫處理。

根據上述的一種用于海上發動機廢氣排放的處理設備，本實用新型還提供使用上述的用于海上發動機廢氣排放的處理設備處理廢氣的第三方法，所述第三方法包括如下步驟：

制備脫硫液：提供海水，用海水作為脫硫液；

提供所述脫硫液：將所述海水提供到所述脫硫裝置的中容腔；

脫硫廢氣：在所述脫硫裝置的所述中容腔對輸入的廢氣進行脫硫處理。

在上述的第二方法和第三方法中，提供所述脫硫液的步驟還包括：將所述海水輸入到所述脫硫裝置的下容腔，與所述下容腔中的流體混合；將混合后的流體提供到所述脫硫裝置的中容腔。

在上述的第二方法和第三方法中，提供所述脫硫液的步驟還包括：將所述脫硫液提供到所述脫硫裝置的上容腔。

本實用新型的改進方面在于，把海水脫硫法和海水·鎂基脫硫法兩種技術合二為一。用一套船用柴油機脫硫裝置實施兩種脫硫法，發揮兩種不同技術的優勢，通過優勢互補解決船用柴油機廢氣排放凈化問題，這是船舶特定環境下脫硫技術的新發展，以適應船舶空間狹小、淡水資源匱乏的情況。充分利用海水資源是船舶親水平臺最佳選擇，船舶遠洋航行針對不同的國家海域環保要求選擇不同的脫硫法，可用海水脫硫法，也可選擇海水·鎂基脫硫法。這樣，既可以大大降低遠航運輸成本，提高船舶航行經濟性，同時又能夠執行國際海事組織對船舶柴油機排放的環保要求。

附圖說明

圖1是現有技術的船舶內燃機廢氣處理裝置的示意圖；

圖2是圖1中的氣體整流器的構造的仰視示意圖；

圖3是圖1中的噴霧裝置的構造的仰視示意圖；

圖4是圖1中的氣水分離器的構造的仰視示意圖；

圖5是根據本實用新型的用于船舶發動機廢氣排放的處理設備，其基于海水和鎂的雙基法進行工作。

具體實施方式

原理說明

氧化鎂脫硫法的技術已成熟，僅次于鈣法的脫硫工藝，多用于火力發電廠。氧化鎂作為脫硫劑是因為氧化鎂具有堿性氧化物的通性，其無臭、無味、無毒，是典型的堿土金屬氧化物，當與水結合在一定條件下生成氫氧化鎂，呈微堿性反應，飽和水溶液的PH為10.3－11。氧化鎂脫硫化學反應如下：

MgO+H₂O＝Ma(OH)₂

Mg(OH)₂+SO₂＝MgSO₃十H₂O

MgSO₃十H₂O+SO₂＝Mg(HSO₃)₂

MgSO₃+1/2O₂＝MgSO₄

氧化鎂還具有高度耐火絕緣性能，氧化鎂的這些特性加上和海水中和后反應成氫氧化鎂，制成脫硫劑解決了船舶缺乏淡水的問題。采用海水和氧化鎂來脫硫同時發揮了海水具有自然的1.2-2.5mg當量的堿性物質和PH為 7.8-8.3的酸性緩沖能力，兩者共同吸收柴油機排放煙氣中的S02，海水可作為氧化鎂脫硫劑中的倍增劑，同時氧化鎂難溶于水卻容易溶于海水，因此海水、鎂的雙基組合法應用于船舶柴油機親海水平臺的脫硫顯得相得益彰，使整個系統結構更簡單，運行成本比鈣基脫硫更經濟。

本實用新型的一個實施例是對船舶柴油機排出的廢氣進行技術處理，稱之為后處理技術。

本實用新型的技術不僅能夠應用在船舶內燃機燃氣排放的控制，還可應用于類似的具有廢氣污染情況的海水其它交通工具及機械工程中，例如，海上石油、礦產開采鉆井平臺，海上、海岸柴油機發電機組及柴油機動力源。因此，本實用新型的保護范圍不限于說明書的實施例。

如圖5所示，示出了根據本實用新型的用于海上發動機廢氣排放的處理設備，該設備包括脫硫裝置60、氧化鎂儲倉50、氫氧化鎂制備罐40、氧化柜30、排液處理器20和PAH處理器70。

脫硫裝置60包括容器67、上容腔68a、中容腔68b和下容腔68c，其中，下容腔68c用于容納流體，中容腔68b進行脫硫處理，上容腔68a進行氣液分離處理。脫硫裝置60還包括第一入口61、第二入口62、第三入口63，第四入口64和第五入口65以及第一出口61a、第二出口62a和第三出口63a。

第一入口61和第二入口62分別與中容腔68b流體連通，第一入口61 輸入要處理的廢氣，第二入口62能夠與海水流體連通從而能夠輸入海水。第一出口61a與上容腔68a流體連通以排放被脫硫的廢氣，第二出口62a 與下容腔68c流體連通。

第三入口63能夠與脫硫裝置60的下容腔68c流體連通，以在氫氧化鎂制備罐40與下容腔68c之間形成流體連通管道，以將氫氧化鎂制備罐40 中的氫氧化鎂脫硫液通過第三入口63輸送到下容腔68c。第三出口63a能夠與脫硫裝置60的下容腔68c流體連通，以在第二入口62與下容腔68c 之間形成流體連通管道，以將下容腔68c中的流體通過第三出口63a輸送到中容腔68b。

第四入口64能夠與脫硫裝置60的下容腔68c流體連通，以在排液處理器20的固液分離器21與下容腔68c之間形成液體連通管道，從而將固液分離器21的至少部分液體回送到下容腔68c中。第五入口65能夠與脫硫裝置60的上容腔68a流體連通，以在第二入口62與上容腔68a之間形成流體連通管道，從而將輸入脫硫裝置60的中容腔68b中以對廢氣進行脫硫的海水的一部分輸送到脫硫裝置60的上容腔68a，以用于氣液分離的操作中，以清洗進行氣液分離操作的裝置。

如圖5所示，氫氧化鎂制備罐40能夠與脫硫裝置60的第二入口62、氧化鎂儲倉50和海水分別流體連通。氧化鎂儲倉50用于存放氧化鎂，氧化鎂儲倉50中的氧化鎂和海水分別輸送到氫氧化鎂制備罐40中，從而在氫氧化鎂制備罐40內產生氫氧化鎂液體。氫氧化鎂制備罐40中的氫氧化鎂液體可以直接通過第二入口62輸入到脫硫裝置60的中容腔68b。在一較佳實施例中，氫氧化鎂制備罐40中的氫氧化鎂液體也可以通過第三入口63輸入到脫硫裝置60的下容腔68c中，與留存在脫硫裝置60的下容腔68c中的流體混合，而后一起通過第三出口63a經第二入口62輸送到脫硫裝置60的中容腔68b進行脫硫處理。

如圖5所示，氧化柜30與脫硫裝置60的第二出口62a流體連通以接納在脫硫裝置60的下容腔68c中的脫硫流體，氧化柜30還與空氣連通以輸入空氣，氧化柜30包括流體出口以排放其中的充氣流體。

如圖5所示，排液處理器20與氧化柜30的流體出口流體連通以接納氧化柜30中的充氣流體，排液處理器20包括固液分離器21以收集充氣流體并分離充氣流體中的固體、和廢固體收集器22以收集充氣流體中的固體，固液分離器21包括排放液體的液體出口。

脫硫裝置60中的下容腔68c中的脫硫流體中的例如低于PH6-6.5的廢脫硫劑可以通過第二出口62a進入氧化柜30，用空氣泵打入空氣強制對其中的廢脫硫劑進行氧化，催化廢脫硫劑中的亞硫酸鎂MgSO₃反應生成硫酸鎂MgSO₄，然后進入排液處理器20的固液分離器21，固液分離器21 內的上面的清的液體通過第四入口64返回脫硫裝置60繼續參于循環以進行脫硫處理，其它液體在PH、PAH濁度檢測達標后排放。分離出的固體廢料裝入廢固體收集器22的密封容器后回岸統一處理。

如圖5所示，處理設備還包括PAH處理器70，PAH處理器70與排液處理器20的固液分離器21的液體出口流體連通，以接納固液分離器21中的液體并吸附液體中的PAH，PAH處理器70包括排放其中的被處理液體的液體排放口。如果從固液分離器21排出的液體其PAH(多環芳烴)、濁度和硝酸鹽檢測不達標，則使該液體經過PAH處理器70處理后再排放。

使用本實用新型的用于海上發動機廢氣排放的處理設備可以高效地低成本地處理廢氣。例如，在船舶具有氧化鎂的情況下，用海水制成氫氧化鎂液體；將制成的氫氧化鎂液體作為脫硫劑提供到脫硫裝置60的中容腔 68b；在脫硫裝置的中容腔68b對輸入的廢氣進行脫硫處理。

進一步地，還可將氫氧化鎂液體通過第三入口63輸入到脫硫裝置的下容腔68c，與下容腔68c中的脫硫流體混合；將混合后的流體通過第三出口 63a和第二入口62提供到脫硫裝置的中容腔68b以進行脫硫處理。

如果氧化鎂用完，在還不能補充氧化鎂的情況下，用海水作為脫硫液；將海水直接提供到脫硫裝置的中容腔68b；在脫硫裝置的中容腔68b對輸入的廢氣進行脫硫處理。

進一步地，還可將海水通過第三入口63輸入到脫硫裝置的下容腔68c，與下容腔68c中的脫硫流體混合；將混合后的流體通過第三出口63a和第二入口62提供到脫硫裝置的中容腔68b以進行脫硫處理。

在一較佳實施例中，還可將脫硫液提供到脫硫裝置的上容腔68a中，以有助于在上容腔68a中的氣液分離處理中清洗進行氣液分離操作的裝置。

海上的船舶是流動平臺，一旦氧化鎂得不到及時補充，可直接運用海水脫硫，不影響柴油機排放凈化治理。海水、氧化鎂組合式廢氣處理既可以用海水單獨治理柴油機廢氣排放，又可海水和氧化鎂組合后治理柴油機廢氣排放,實現了脫硫高效率和低成本，而且該技術適用于舊船改造，以提升廢氣處理的效果。

上述示例性的實施例示出了解決本實用新型要解決的技術問題的技術方案中的兩個實施例。在該實施例的示例下，其它符合本實用新型原理的等效和類似的手段都屬于本實用新型保護的范圍中。本實用新型的基本實用新型原理是，用一套船用柴油機脫硫裝置實施兩種脫硫法，可采用海水脫硫法，也可采用海水·鎂基脫硫法，以適應船舶空間狹小、淡水資源匱乏的情況，適用于舊船改造，可避免使用淡水，尤其適用于遠洋航行，提高了廢氣排放的凈化處理效果，同時又提升了廢氣排放凈化處理的經濟性。

以上實施例中的各個特征還可以根據本實用新型原理在合理范圍內作任意組合，這種組合也落入本實用新型的保護范圍內。