船機排氣多污染物協同治理的裝置及其工作方法與流程

本發明涉及一種船機排氣(即：船舶發動機排氣)多污染物協同治理的裝置,屬于船舶大氣污染物治理的
技術領域：
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背景技術：
：中國是一個內河航運資源比較豐富的國家。截至2013年底，中國擁有水上運輸船舶17.26萬艘，凈載重量2.44億噸。全球十大港口，中國占據八席，吞吐量約占全球四分之一。船舶運輸所帶來的環境污染問題日益突出。據測算，2013年全國船舶二氧化硫排放量約占全國排放總量的8.4％，氮氧化物排放量占11.3％。受船舶污染影響最大的是港口城市，其次是江河沿岸城市。根據上海2012年的研究結果，船舶排放產生的二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)和細顆粒物(PM2.5)分別占到上海市排放總量的12.4％、11.6％以及5.6％。在香港，2012年的數據顯示，船舶廢氣排放是全市可吸入顆粒物(PM10)、NOx和SO2的最大排放源，其中前兩者占到約30％，SO2則達到50％。船舶燃用含硫量高的劣質燃油是造成污染物排放的最大影響因素。目前，中國船用燃料消耗中有60-65％為船用燃料油，少量用輕柴油(普通柴油)。根據《船用燃料油》(GB/T17411-2012)標準，目前，中國的船用燃料油含硫量在1-3.5％(10000-35000ppm)，是國四柴油(含硫量50ppm)的200-700倍。使用高硫油的船舶如同燃燒劣質煤、沒有尾氣處理裝置的\\移動火電廠”。根據標準要求，船舶大氣污染物排放控制將分兩個階段實施：第一階段，與中國船舶排放現狀相比，PM排放將削減70％左右，NOx排放將削減20％以上；第二階段，PM和NOx將在第一階段基礎上，分別進一步降低40％和20％。因此，研究和開發治理船機排氣污染物的技術和裝置是十分重要的。目前，對于船機排氣污染物的治理還沒有系統的裝置或方法，僅僅通過提高船用燃油品質的辦法效果不佳，而且會顯著推高船東的成本，如果提供一種裝置，能夠系統的去除或降低船機排氣中各項污染物的含量，達到環保要求的排放標準，是本領域急需解決的技術難題。技術實現要素：本發明的目的是，針對船機排氣提供一種裝置，能夠系統的去除或降低各項污染物的含量，達到環保要求的排放標準；同時降低對船舶燃油品質的要求，降低船東的成本。本發明采取以下技術方案：一種船機排氣多污染物協同治理的裝置，包括直立的筒狀吸收塔，所述吸收塔下部設有與船機排氣連通的進氣口，頂部設有對外排放的出氣口；所述吸收塔自下而上依次設有擾流氧化區、填料區、海水分布系統、除霧區；所述吸收塔底部還設有海水排放口；所述擾流氧化區位于吸收塔底部且位于液面以下，擾流氧化區內設置多層水平的錯列或順列布置的擾流管，各擾流管相互平行；所述海水分布系統與外部的海水供水管路連通，海水供水管路上設有堿液添加系統與氧化劑添加系統，海水分布系統將添加了堿液與氧化劑的海水向下噴淋；所述填料區呈蜂窩狀結構，用于提升噴淋液體與氣體接觸的范圍。進一步的，所述擾流氧化區的頂部位置設有液位傳感器，所述海水排放口設有電控閥門，所述電控閥門根據液位自動調節開度，從而控制吸收塔內部的液面高度。進一步的，所述海水供水管路上設有海水泵。進一步的，還包括排氣馳放系統，所述排氣馳放系統兩端分別與吸收塔中部及海水排放管路連通。進一步的，所述海水分布系統上均勻分布多個向下噴射海水的噴頭。一種船機排氣多污染物協同治理裝置的工作方法，包括以下步驟：S1、船機排氣自進氣口進入擾流氧化區，在擾流氧化區內進行充分的氧化脫硝，同時去除大部分PM顆粒物；S2、船機排氣離開擾流氧化區向上在填料區接受海水分布系統的噴淋，利用海水自身的弱堿性以及添加的堿液對氣體進行脫硫，同時進一步去除PM顆粒物；S3、海水脫硫后，在擾流氧化區內對脫硫后的海水進行氧化和曝氣，使外排至海洋的海水滿足溶解氧DO和化學需氧量COD的要求。進一步的，步驟S1中：氧化脫硝發生如下反應：2NO+O2＝2NO2，3NO2+H2O＝2HNO3+NO；NO和NO2能夠做到1:1的脫除，即NOX的脫除效率能達到50％以上。進一步的，步驟S2中，脫硫發生如下反應：SO2的吸收：SO2(氣)+H2O(液)＝H2SO3(液)，H2SO3＝H++HSO3-，HSO3-＝H++SO32-；與海水的反應：H++HCO3-＝H2O+CO2，HSO3-+HCO3-＝H2O+SO32-+CO2；與堿液的反應：H++OH-＝H2O，HSO3-+OH-＝H2O+SO32-。進一步的，步驟S3中，氧化和曝氣發生如下反應：氧化：SO32-+1/2O2＝SO42-；氣提：CO2(溶解)＝CO2(氣態)。本發明的有益效果在于：1)能夠系統的去除或降低船機排放的各項污染物的含量，達到環保要求的排放標準；2)降低對船舶燃油品質的要求，降低船東的成本；3)結合海水+堿液脫硫工藝，可以適用船舶在不同水域的航行，均能滿足船機排氣的排放要求。4)采用壓艙水消毒劑作為海水脫硫的氧化劑和濕法脫硝的氧化劑，既能起到脫硫過程的海水恢復功能，又能起到脫硝過程的氧化和脫硝作用，一舉兩得。5)巧妙的利用具有天然弱堿性的海水，有利于脫硫的效果。6)設置液位傳感器和電控閥門，控制吸收塔內的液位高度。7)海水排放管路上設置排氣馳放系統，將被外排海水攜帶的船機排氣重新送回吸收塔，避免污染泄露，更加安全可靠。附圖說明圖1是本發明船機排氣多污染物協同治理裝置的結構示意圖。圖2是海水中添加堿液和氧化劑的工藝流程示意圖。圖3是圖1中擾流管柵模塊的a-a向、b-b向剖視圖。圖4是海水分布系統的平面圖。具體實施方式下面結合附圖和具體實施例對本發明進一步說明。一、海水+堿液脫硫海水法煙氣脫硫技術是利用海水的天然堿性來吸收煙氣中SO2的一種脫硫工藝。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。當船舶航行在海洋或近海時，海水可作為脫除船機排氣中SO2等酸性污染物的天然吸收劑；當船舶航行在內河時，如果內河水的堿性不強，不足以作為SO2等酸性污染物的吸收劑時，可以添加部分堿液(氫氧化鈉溶液)作為補充的吸收劑。反應原理如下：SO2的吸收：SO2(氣)+H2O(液)＝H2SO3(液)H2SO3＝H++HSO3-HSO3-＝H++SO32-與海水的反應：H++HCO3-＝H2O+CO2HSO3-+HCO3-＝H2O+SO32-+CO2與堿液的反應：H++OH-＝H2OHSO3-+OH-＝H2O+SO32-本裝置結合海水+堿液脫硫工藝，可以適用船舶在不同水域的航行，均能滿足船機排氣的排放要求。二、氧化劑氧化海水脫硫后，外排至海洋的海水要滿足溶解氧DO和化學需氧量COD的要求，需對脫硫后的海水進行氧化和曝氣。發生如下反應：氧化SO32-+1/2O2＝SO42-；氣提CO2(溶解)＝CO2(氣態)；如果采用常規的空氣氧化和曝氣，需要采用曝氣風機和曝氣池，電耗較多，占地面積較大，不適合船舶的實際情況。本裝置采用壓艙水消毒劑作為脫硫后海水的氧化劑，結合圖3的擾流氧化曝氣系統，滿足外排海水的溶解氧DO和化學需氧量COD的要求。三、氧化劑濕法脫硝壓艙水消毒劑不僅作為海水脫硫的氧化劑，同時還是濕法脫硝的氧化劑。主要發生如下反應：2NO+O2＝2NO2(3-1)3NO2+H2O＝2HNO3+NO(3-2)NOX中NO約占95％，NO2約占5％，反應式(3-1)和(3-2)在常溫下均能快速發生反應，當海水介質中含有足夠的氧化劑時，NO和NO2能夠做到1:1的脫除，即NOX的脫除效率能達到50％以上。本裝置采用壓艙水消毒劑作為海水脫硫的氧化劑和濕法脫硝的氧化劑，既能起到脫硫過程的海水恢復功能，又能起到脫硝過程的氧化和脫硝作用。四、填料塔脫硫和除塵作為海水脫硫，既可采用噴淋塔又可采用填料塔，本裝置采用填料塔，填料可以采用不銹鋼材質，主要優點有：1、填料區的氣液接觸面積遠比噴淋區大，脫硫效率比噴淋塔高；2、填料區可以除塵；3、填料塔的煙氣流速只有噴淋塔的一半左右，塔體阻力小，節約能源；4、上方海水分布系統采用常壓噴淋，海水泵的揚程較低，節約能源。五、擾流氧化系統參見圖1、3，未經處理的船機排氣經過海水液相時，高溫煙氣和海水進行激烈的熱交換，產生大量的水汽和氣泡，通過擾流氧化曝氣裝置(三組管排)，與海水、氧化劑等充分接觸，一方面起到50％以上的脫硝作用，另一方面亞硫酸鹽被氧化為硫酸鹽等，同時降低海水中的CO2，使脫硫脫硝后的海水達到排放要求。下面具體介紹實施的效果，以10000Nm3/h，160℃的船機排氣為例：船機排氣的主要污染物成分如下：NOXSOXPMppmppmppm<800<1000<200經過協同治理裝置后，排放指標如下：項目NOXSOXPM單位ppmppmppm治理前<800<1000<200治理后<400<50<50當前第1頁1 2 3