船机排气多污染物协同治理的装置及其工作方法与流程

本发明涉及一种船机排气(即：船舶发动机排气)多污染物协同治理的装置,属于船舶大气污染物治理的
技术领域：
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背景技术：
：中国是一个内河航运资源比较丰富的国家。截至2013年底，中国拥有水上运输船舶17.26万艘，净载重量2.44亿吨。全球十大港口，中国占据八席，吞吐量约占全球四分之一。船舶运输所带来的环境污染问题日益突出。据测算，2013年全国船舶二氧化硫排放量约占全国排放总量的8.4％，氮氧化物排放量占11.3％。受船舶污染影响最大的是港口城市，其次是江河沿岸城市。根据上海2012年的研究结果，船舶排放产生的二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)和细颗粒物(PM2.5)分别占到上海市排放总量的12.4％、11.6％以及5.6％。在香港，2012年的数据显示，船舶废气排放是全市可吸入颗粒物(PM10)、NOx和SO2的最大排放源，其中前两者占到约30％，SO2则达到50％。船舶燃用含硫量高的劣质燃油是造成污染物排放的最大影响因素。目前，中国船用燃料消耗中有60-65％为船用燃料油，少量用轻柴油(普通柴油)。根据《船用燃料油》(GB/T17411-2012)标准，目前，中国的船用燃料油含硫量在1-3.5％(10000-35000ppm)，是国四柴油(含硫量50ppm)的200-700倍。使用高硫油的船舶如同燃烧劣质煤、没有尾气处理装置的\\移动火电厂”。根据标准要求，船舶大气污染物排放控制将分两个阶段实施：第一阶段，与中国船舶排放现状相比，PM排放将削减70％左右，NOx排放将削减20％以上；第二阶段，PM和NOx将在第一阶段基础上，分别进一步降低40％和20％。因此，研究和开发治理船机排气污染物的技术和装置是十分重要的。目前，对于船机排气污染物的治理还没有系统的装置或方法，仅仅通过提高船用燃油品质的办法效果不佳，而且会显著推高船东的成本，如果提供一种装置，能够系统的去除或降低船机排气中各项污染物的含量，达到环保要求的排放标准，是本领域急需解决的技术难题。技术实现要素：本发明的目的是，针对船机排气提供一种装置，能够系统的去除或降低各项污染物的含量，达到环保要求的排放标准；同时降低对船舶燃油品质的要求，降低船东的成本。本发明采取以下技术方案：一种船机排气多污染物协同治理的装置，包括直立的筒状吸收塔，所述吸收塔下部设有与船机排气连通的进气口，顶部设有对外排放的出气口；所述吸收塔自下而上依次设有扰流氧化区、填料区、海水分布系统、除雾区；所述吸收塔底部还设有海水排放口；所述扰流氧化区位于吸收塔底部且位于液面以下，扰流氧化区内设置多层水平的错列或顺列布置的扰流管，各扰流管相互平行；所述海水分布系统与外部的海水供水管路连通，海水供水管路上设有碱液添加系统与氧化剂添加系统，海水分布系统将添加了碱液与氧化剂的海水向下喷淋；所述填料区呈蜂窝状结构，用于提升喷淋液体与气体接触的范围。进一步的，所述扰流氧化区的顶部位置设有液位传感器，所述海水排放口设有电控阀门，所述电控阀门根据液位自动调节开度，从而控制吸收塔内部的液面高度。进一步的，所述海水供水管路上设有海水泵。进一步的，还包括排气驰放系统，所述排气驰放系统两端分别与吸收塔中部及海水排放管路连通。进一步的，所述海水分布系统上均匀分布多个向下喷射海水的喷头。一种船机排气多污染物协同治理装置的工作方法，包括以下步骤：S1、船机排气自进气口进入扰流氧化区，在扰流氧化区内进行充分的氧化脱硝，同时去除大部分PM颗粒物；S2、船机排气离开扰流氧化区向上在填料区接受海水分布系统的喷淋，利用海水自身的弱碱性以及添加的碱液对气体进行脱硫，同时进一步去除PM颗粒物；S3、海水脱硫后，在扰流氧化区内对脱硫后的海水进行氧化和曝气，使外排至海洋的海水满足溶解氧DO和化学需氧量COD的要求。进一步的，步骤S1中：氧化脱硝发生如下反应：2NO+O2＝2NO2，3NO2+H2O＝2HNO3+NO；NO和NO2能够做到1:1的脱除，即NOX的脱除效率能达到50％以上。进一步的，步骤S2中，脱硫发生如下反应：SO2的吸收：SO2(气)+H2O(液)＝H2SO3(液)，H2SO3＝H++HSO3-，HSO3-＝H++SO32-；与海水的反应：H++HCO3-＝H2O+CO2，HSO3-+HCO3-＝H2O+SO32-+CO2；与碱液的反应：H++OH-＝H2O，HSO3-+OH-＝H2O+SO32-。进一步的，步骤S3中，氧化和曝气发生如下反应：氧化：SO32-+1/2O2＝SO42-；气提：CO2(溶解)＝CO2(气态)。本发明的有益效果在于：1)能够系统的去除或降低船机排放的各项污染物的含量，达到环保要求的排放标准；2)降低对船舶燃油品质的要求，降低船东的成本；3)结合海水+碱液脱硫工艺，可以适用船舶在不同水域的航行，均能满足船机排气的排放要求。4)采用压舱水消毒剂作为海水脱硫的氧化剂和湿法脱硝的氧化剂，既能起到脱硫过程的海水恢复功能，又能起到脱硝过程的氧化和脱硝作用，一举两得。5)巧妙的利用具有天然弱碱性的海水，有利于脱硫的效果。6)设置液位传感器和电控阀门，控制吸收塔内的液位高度。7)海水排放管路上设置排气驰放系统，将被外排海水携带的船机排气重新送回吸收塔，避免污染泄露，更加安全可靠。附图说明图1是本发明船机排气多污染物协同治理装置的结构示意图。图2是海水中添加碱液和氧化剂的工艺流程示意图。图3是图1中扰流管栅模块的a-a向、b-b向剖视图。图4是海水分布系统的平面图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。一、海水+碱液脱硫海水法烟气脱硫技术是利用海水的天然碱性来吸收烟气中SO2的一种脱硫工艺。天然海水通常呈碱性，PH值一般大于7，其主要成分是氯化物、硫酸盐和一部分可溶性碳酸盐，以重碳酸盐(HCO3-)计，自然碱度约为1.2～2.5mmol/L，这使得海水具有天然的酸碱缓冲能力及吸收SO2的能力。当船舶航行在海洋或近海时，海水可作为脱除船机排气中SO2等酸性污染物的天然吸收剂；当船舶航行在内河时，如果内河水的碱性不强，不足以作为SO2等酸性污染物的吸收剂时，可以添加部分碱液(氢氧化钠溶液)作为补充的吸收剂。反应原理如下：SO2的吸收：SO2(气)+H2O(液)＝H2SO3(液)H2SO3＝H++HSO3-HSO3-＝H++SO32-与海水的反应：H++HCO3-＝H2O+CO2HSO3-+HCO3-＝H2O+SO32-+CO2与碱液的反应：H++OH-＝H2OHSO3-+OH-＝H2O+SO32-本装置结合海水+碱液脱硫工艺，可以适用船舶在不同水域的航行，均能满足船机排气的排放要求。二、氧化剂氧化海水脱硫后，外排至海洋的海水要满足溶解氧DO和化学需氧量COD的要求，需对脱硫后的海水进行氧化和曝气。发生如下反应：氧化SO32-+1/2O2＝SO42-；气提CO2(溶解)＝CO2(气态)；如果采用常规的空气氧化和曝气，需要采用曝气风机和曝气池，电耗较多，占地面积较大，不适合船舶的实际情况。本装置采用压舱水消毒剂作为脱硫后海水的氧化剂，结合图3的扰流氧化曝气系统，满足外排海水的溶解氧DO和化学需氧量COD的要求。三、氧化剂湿法脱硝压舱水消毒剂不仅作为海水脱硫的氧化剂，同时还是湿法脱硝的氧化剂。主要发生如下反应：2NO+O2＝2NO2(3-1)3NO2+H2O＝2HNO3+NO(3-2)NOX中NO约占95％，NO2约占5％，反应式(3-1)和(3-2)在常温下均能快速发生反应，当海水介质中含有足够的氧化剂时，NO和NO2能够做到1:1的脱除，即NOX的脱除效率能达到50％以上。本装置采用压舱水消毒剂作为海水脱硫的氧化剂和湿法脱硝的氧化剂，既能起到脱硫过程的海水恢复功能，又能起到脱硝过程的氧化和脱硝作用。四、填料塔脱硫和除尘作为海水脱硫，既可采用喷淋塔又可采用填料塔，本装置采用填料塔，填料可以采用不锈钢材质，主要优点有：1、填料区的气液接触面积远比喷淋区大，脱硫效率比喷淋塔高；2、填料区可以除尘；3、填料塔的烟气流速只有喷淋塔的一半左右，塔体阻力小，节约能源；4、上方海水分布系统采用常压喷淋，海水泵的扬程较低，节约能源。五、扰流氧化系统参见图1、3，未经处理的船机排气经过海水液相时，高温烟气和海水进行激烈的热交换，产生大量的水汽和气泡，通过扰流氧化曝气装置(三组管排)，与海水、氧化剂等充分接触，一方面起到50％以上的脱硝作用，另一方面亚硫酸盐被氧化为硫酸盐等，同时降低海水中的CO2，使脱硫脱硝后的海水达到排放要求。下面具体介绍实施的效果，以10000Nm3/h，160℃的船机排气为例：船机排气的主要污染物成分如下：NOXSOXPMppmppmppm<800<1000<200经过协同治理装置后，排放指标如下：项目NOXSOXPM单位ppmppmppm治理前<800<1000<200治理后<400<50<50当前第1页1 2 3