本发明涉及大气污染防治技术领域，特别是关于一种同时减少bog和黄色烟羽排放的装置及方法。
背景技术：
bog(boil-offgas，蒸发气体)是指气体在其临界温度以下经加压被液化后的低温液体，因难以与环境绝对绝热，吸收外界热量而蒸发出的气体。在船舶领域，常见的bog一般为lng(liquidnaturalgas，液化天然气)，其主要组分为甲烷，其温室效应比二氧化碳强72倍。国际海事组织(简称imo)要求，装载量为125000m3的lng运输船，标准蒸发率为每天0.12％，也就是说，对于该等级lng船，每天约有150m3的lng要变成90000nm3天然气。随着保温技术的进步，lng运输船的日蒸发率最低可降至0.05％，但仍然需要对bog进行处理。
船舶bog处理方法一般包括放空、再液化和燃烧。放空是指lng蒸发量因某些原因突然增大，超出了再液化和燃烧的处理能力，且货舱安全释放阀压力超出设定值时，所采用的紧急手段。此时bog通过透气桅直接释放至大气中。再液化是指将bog引出后，经过压缩机增压，进而由冷凝器冷却，将bog再次液化。bog再液化装置一般分为全部再液化装置、自持式再液化装置和部分再液化装置，然而无论那种液化方式，在实际运行中，都会有少量的bog泄露。燃烧是指在lng船远洋运输过程中，bog作为燃料，带动动力设备驱动lng船航行和提供能源。所涉及的燃烧设备包括双燃料柴油机、燃气轮机以及气体燃烧装置。燃烧与液化方法相互配合，可最大程度的优化能耗。然而由于外燃烧设备的特性仍会导致有少量bog再次被排放到大气中。因此，如何进一步减少bog气体的排放成为一个令人关注的问题。
双燃料柴油机和燃气轮机在使用甲烷为燃料时，会产生黄色烟羽(yellowplume)。这是由二者在燃烧过程中生成了较多的no2，当no2在废气中的浓度超过15ppm时，废气的颜色就会明显呈黄色，其颜色会使周围的人群产生担忧，从而导致环境监管部门的介入。在陆源燃气轮机项目中，多采用scr法来使黄色烟羽脱色，但在船舶上，由于催化剂体积及效率的影响，容易使得仍有一部分no2被排放到大气中。因此，如何进一步黄色烟羽的排放也十分令人关注。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种同时减少bog和黄色烟羽排放的装置及方法，能够同时对bog和废气中未完全除去的no2进行处理，有效减少bog和黄色烟羽排放。
本发明提供一种同时减少bog和黄色烟羽排放的装置，包括废气集管、bog集管、催化反应器、换热器及控制器，所述废气集管的进气端与柴油机连接，所述bog集管的排气端接入所述废气集管，所述换热器设置在所述废气集管中且位于所述bog集管的排气端之前，所述换热器设有废气旁路，所述废气旁路中设有开关阀，所述催化反应器设置在所述废气集管中且位于所述bog集管的排气端之后，bog与废气中的no2在所述催化反应器中发生反应，所述废气集管在所述催化反应器之后设有用于检测no2浓度的传感器，所述bog集管中设有用于检测bog流量及bog浓度的传感器，所述控制器分别与所述开关阀及各传感器电性连接，用于根据各传感器测得的数据控制所述开关阀进行工作。
其中，所述催化反应器采用铝基铂催化剂。
其中，所述控制器，还用于根据所述bog集管中的bog流量及浓度确定bog集气量，并分别判断no2浓度是否大于第一阈值以及bog集气量是否大于第二阈值，以及，当bog集气量不大于第二阈值且no2浓度大于第一阈值时，控制所述开关阀关闭，当no2浓度不大于第一阈值时，控制所述开关阀打开，当no2浓度与bog集气量均大于对应阈值时，根据bog与no2的处理优先级控制所述开关阀进行工作。
其中，所述装置还包括bog支管与脱硝反应器，所述脱硝反应器设置在所述废气集管中且位于所述换热器之前，所述bog支管的进气端与所述bog集管连通，所述bog支管的排气端接入所述废气集管且位于所述脱硝反应器之前，所述bog集管在所述bog集管的排气端与所述bog支管的进气端之间设有第一比例阀，所述bog支管中设有第二比例阀，所述bog集管在所述第一比例阀之前及之后均设有用于检测bog流量及bog浓度的传感器，所述废气集管在所述催化反应器之后设有用于检测bog流量及bog浓度的传感器，所述控制器还用于根据各传感器测得的数据控制所述开关阀、所述第一比例阀及所述第二比例阀进行工作。
其中，所述控制器，还用于根据各传感器测得的bog流量及浓度分别确定bog集气量、bog分流量及bog排放量，并分别判断no2浓度是否大于第一阈值以及bog集气量是否大于第二阈值，以及，当no2浓度大于第一阈值且bog集气量不大于第二阈值时，控制所述开关阀关闭并根据bog集气量、bog分流量、bog排放量及no2浓度控制所述第一比例阀与所述第二比例阀开启对应的开度，当no2浓度大于第一阈值且bog集气量大于第二阈值时，控制所述开关阀打开并根据bog集气量、bog分流量、bog排放量及no2浓度控制所述第一比例阀与所述第二比例阀开启对应的开度，当no2浓度不大于第一阈值且bog集气量不大于第二阈值时，控制所述开关阀关闭、所述第一比例阀开度为零、所述第二比例阀开度为100％，当no2浓度不大于第一阈值且bog集气量大于第二阈值，控制所述开关阀打开、所述第一比例阀开度为零、所述第二比例阀开度为100％。
本发明还提供一种同时减少bog和黄色烟羽排放的方法，包括：
利用废气集管将柴油机的废气输送至催化反应器；
在废气进入所述催化反应器之前，利用设置在所述废气集管中的换热器及所述换热器的废气旁路调节废气温度，所述废气旁路中设有开关阀；
利用bog集管将bog输送至所述催化反应器中以与废气中的no2反应，所述bog集管的排气端接入所述废气集管且位于所述换热器之后；
利用设置在所述催化反应器之后的传感器检测no2浓度，以及利用设置在所述bog集管中的传感器检测bog流量及bog浓度；
利用控制器根据各传感器测得的数据控制所述开关阀进行工作。
其中，所述废气进入所述换热器之前的温度为200-500℃，所述废气进入所述换热器之后的温度小于200℃。
其中，所述根据各传感器测得的数据控制所述开关阀进行工作，包括：
根据所述bog集管中的bog流量及浓度确定bog集气量；
分别判断no2浓度是否大于第一阈值以及bog集气量是否大于第二阈值；
当bog集气量不大于第二阈值且no2浓度大于第一阈值时，控制所述开关阀关闭；
当no2浓度不大于第一阈值时，控制所述开关阀打开；
当no2浓度与bog集气量均大于对应阈值时，根据bog与no2的处理优先级控制所述开关阀进行工作。
其中，所述方法还包括：
在废气进入所述换热器之前，利用设置在所述废气集管中的脱硝反应器进行脱硝；
利用连通所述废气集管与所述bog集管的bog支管将bog引流至所述脱硝反应器的进气端，以与废气发生脱硝反应；
利用设置在所述bog集管的位于所述bog集管的排气端与所述bog支管的进气端之间的管路中的第一比例阀，以及设置在所述bog支管中的第二比例阀控制bog的分流比例；
利用分别设置在所述bog集管上的位于所述第一比例阀之前及之后的传感器检测bog流量及bog浓度，以及利用设置在所述催化反应器之后的传感器检测bog流量及bog浓度；
利用控制器根据各传感器测得的数据控制所述开关阀、所述第一比例阀及所述第二比例阀进行工作。
其中，所述根据各传感器测得的数据控制所述开关阀、所述第一比例阀及所述第二比例阀进行工作，包括：
根据各传感器测得的bog流量及浓度分别确定bog集气量、bog分流量及bog排放量；
分别判断no2浓度是否大于第一阈值以及bog集气量是否大于第二阈值；
当no2浓度大于第一阈值且bog集气量不大于第二阈值时，控制所述开关阀关闭并根据bog集气量、bog分流量、bog排放量及no2浓度控制所述第一比例阀与所述第二比例阀开启对应的开度；
当no2浓度大于第一阈值且bog集气量大于第二阈值时，控制所述开关阀打开并根据bog集气量、bog分流量、bog排放量及no2浓度控制所述第一比例阀与所述第二比例阀开启对应的开度；
当no2浓度不大于第一阈值且bog集气量不大于第二阈值时，控制所述开关阀关闭、所述第一比例阀开度为零、所述第二比例阀开度为100％；
当no2浓度不大于第一阈值且bog集气量大于第二阈值，控制所述开关阀打开、所述第一比例阀开度为零、所述第二比例阀开度为100％。
本发明的同时减少bog和黄色烟羽排放的装置及方法，利用换热器及废气旁路调节废气的温度，使得进入催化反应器的bog和废气中的no2在不同温度下发生不同的反应，无需额外配置化学物质即可适用于去除再液化及燃烧供气后的残余bog、放空产生bog，bog处理量范围较大且可充分去除废气中残余的no2，实现同时实现脱色及脱硝，有效减少bog和黄色烟羽排放。
附图说明
图1为本发明一个实施例中同时减少bog和黄色烟羽排放的装置的结构示意图。
图2为本发明另一个实施例中同时减少bog和黄色烟羽排放的装置的结构示意图。
图3为本发明一个实施例中同时减少bog和黄色烟羽排放的方法的流程示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
首先需要说明的是，本文所述的“之前”和“之后”均以气体在管道中的流动方向作为参考，“之前”表示位置位于气体流动方向的上游位置，“之后”表示位置位于气体流动方向的下游位置。
图1为本发明一个实施例中同时减少bog和黄色烟羽排放的装置的结构示意图。如图1所示，本实施例的同时减少bog和黄色烟羽排放的装置，包括废气集管5、bog集管8、催化反应器4、换热器3及控制器(图未示)。
废气集管5的进气端与柴油机1连接，bog集管8的排气端接入废气集管5，换热器3设置在废气集管5中且位于bog集管8的排气端之前，换热器3设有废气旁路11，废气旁路11中设有开关阀12，催化反应器4设置在废气集管5中且位于bog集管8的排气端之后，bog与废气中的no2在催化反应器4中发生反应，废气集管5在催化反应器4之后设有用于检测no2浓度的传感器，bog集管8中设有用于检测bog流量及bog浓度的传感器。
在一实施方式中，催化反应器4采用铝基铂催化剂，在该催化剂的作用下，如果温度在200℃以下，仅会有no2转化为no的反应，且转化率最高可达96％，如果温度大于200℃，则还会有nox转化为n2以及ch4氧化为co2和水的反应。
具体而言，废气进入换热器3之前的温度为200-500℃，废气进入换热器3之后的温度小于200℃，当废气旁路11中的开关阀12打开时，进入催化反应器4的废气温度较高，bog的处理量较大但对黄色烟羽的处理量则相对减小，反之，当废气旁路11中的开关阀12关闭时，进入催化反应器4的废气温度较低，满足对黄色烟羽的处理需求但bog的处理量则较小。如此，当进入bog集管8中的bog来源为再液化或燃烧后的bog或放空的bog时，根据bog集气量的大小可以对废气的温度进行调整以利用bog作为还原剂在催化剂的作用下与废气中的no2发生反应，一方面可以减少黄色烟羽的发生，另一方面可以进一步减少bog的排放量，适用于lng运输船，或者备有双燃料柴油机和燃气内燃机的船舶。
在一实施方式中，控制器用于，根据bog集管8中的bog流量及浓度确定bog集气量，并分别判断no2浓度是否大于第一阈值以及bog集气量是否大于第二阈值，以及，当bog集气量不大于第二阈值且no2浓度大于第一阈值时，控制开关阀12关闭，当no2浓度不大于第一阈值时，控制开关阀12打开，当no2浓度与bog集气量均大于对应阈值时，根据bog与no2的处理优先级控制开关阀12进行工作。
具体而言，控制器的上述控制过程可包括以下四个部分：
(1)bog集管8收集到再液化及燃烧供气后的残余bog且有黄色烟羽排出，此时bog集气量不大于第二阈值且no2浓度大于第一阈值，控制开关阀12关闭，以保证不产生黄色烟羽；
(2)bog集管8收集到再液化及燃烧供气后的残余bog且没有黄色烟羽排出，此时bog集气量不大于第二阈值且no2浓度不大于第一阈值，控制开关阀12打开，以保证最大的bog处理量；
(3)bog集管8收集到放空的bog且没有黄色烟羽排出，此时bog集气量大于第二阈值且no2浓度不大于第一阈值，控制开关阀12打开，以保证最大的bog处理量；
(4)bog集管8收集到放空的bog且有黄色烟羽排出，此时bog集气量大于第二阈值且no2浓度大于第一阈值，此时根据bog与no2的处理优先级控制开关阀12进行工作，当bog的处理优先级高于no2时，控制开关阀12打开以保证最大的bog处理量，反之，则控制开关阀12关闭以保证不产生黄色烟羽。
本发明的同时减少bog和黄色烟羽排放的装置，利用换热器及废气旁路调节废气的温度，使得进入催化反应器的bog和废气中的no2在不同温度下发生不同的反应，以适用于去除再液化及燃烧供气后的残余bog、放空产生bog，bog处理量范围较大且可充分去除废气中残余的no2，增加了bog再液化和燃烧的设计裕度，也为放空所导致的bog无控制排放提供了解决方案，实现同时实现脱色及脱硝，有效减少bog和黄色烟羽排放。此外，利用船舶运行过程中自源产生nox和bog气体作为氧化剂和还原剂，在催化剂的作用下即可同时消除两种污染源，无需额外配置化学物质。
图2为本发明另一个实施例中同时减少bog和黄色烟羽排放的装置的结构示意图。如图2所示，本实施例的同时减少bog和黄色烟羽排放的装置与上一实施例的主要区别在于，还包括bog支管81与脱硝反应器2。
脱硝反应器2设置在废气集管5中且位于换热器3之前，bog支管81的进气端与bog支管8连通，bog支管81的排气端接入废气集管5且位于脱硝反应器2之前，bog集管8在bog支管8的排气端与bog支管81的进气端之间设有第一比例阀6，bog支管81中设有第二比例阀7，bog集管8在第一比例阀6之前及之后均设有用于检测bog流量及bog浓度的传感器，废气集管5在催化反应器4之后设有用于检测bog流量及bog浓度的传感器，控制器还用于根据各传感器测得的数据控制开关阀12、第一比例阀6及第二比例阀7进行工作。
具体而言，在脱硝反应器2中，所采用的催化剂为钒基催化剂，还原剂的选择范围可由氨气扩大到多种简单有机物质，其中包括甲烷，如此，将bog引入脱硝反应器2中与废气中的nox进行催化反应，即可利用船舶运行过程中自源产生nox和bog气体作为氧化剂和还原剂，同时消除两种污染源，无需额外配置氨水或尿素等化学物质，减少船舶负载，在需要使用脱硝反应器2的船舶中尤其适用。
在一实施方式中，控制器用于，根据各传感器测得的bog流量及浓度分别确定bog集气量、bog分流量及bog排放量，并分别判断no2浓度是否大于第一阈值以及bog集气量是否大于第二阈值，以及，当no2浓度大于第一阈值且bog集气量不大于第二阈值时，控制开关阀12关闭并根据bog集气量、bog分流量、bog排放量及no2浓度控制第一比例阀6与第二比例阀7开启对应的开度，当no2浓度大于第一阈值且bog集气量大于第二阈值时，控制开关阀12打开并根据bog集气量、bog分流量、bog排放量及no2浓度控制第一比例阀6与第二比例阀7开启对应的开度，当no2浓度不大于第一阈值且bog集气量不大于第二阈值时，控制开关阀12关闭、第一比例阀6开度为零、第二比例阀7开度为100％，当no2浓度不大于第一阈值且bog集气量大于第二阈值，控制开关阀12打开、第一比例阀6开度为零、第二比例阀7开度为100％。
具体而言，bog集气量为bog集管8中的bog量、bog分流量为bog支管81中的bog量，bog排放量为从催化反应器4排出的bog量，控制器的上述控制过程可包括以下四个部分：
(1)bog集管8收集到再液化及燃烧供气后的残余bog且有黄色烟羽排出，此时bog集气量不大于第二阈值且no2浓度大于第一阈值，控制开关阀12关闭并根据bog集气量、bog分流量、bog排放量及no2浓度控制第一比例阀6与第二比例阀7开启对应的开度，黄色烟羽消失且bog排放值降低；
(2)bog集管8收集到再液化及燃烧供气后的残余bog且没有黄色烟羽排出，此时bog集气量不大于第二阈值且no2浓度不大于第一阈值，控制开关阀12关闭、第一比例阀6开度为零、第二比例阀7开度为100％，bog排放值降低；
(3)bog集管8收集到放空的bog且没有黄色烟羽排出，此时bog集气量大于第二阈值且no2浓度不大于第一阈值，控制开关阀12打开、第一比例阀6开度为零、第二比例阀7开度为100％，bog排放值降低；
(4)bog集管8收集到放空的bog且有黄色烟羽排出，此时bog集气量大于第二阈值且no2浓度大于第一阈值，控制开关阀12打开并根据bog集气量、bog分流量、bog排放量及no2浓度控制第一比例阀6与第二比例阀7开启对应的开度，黄色烟羽消失且bog排放值降低。
本发明的同时减少bog和黄色烟羽排放的装置，利用换热器及废气旁路调节废气的温度，使得进入催化反应器的bog和废气中的no2在不同温度下发生不同的反应，以适用于去除再液化及燃烧供气后的残余bog、放空产生bog，bog处理量范围较大且可充分去除废气中残余的no2，增加了bog再液化和燃烧的设计裕度，也为放空所导致的bog无控制排放提供了解决方案，实现同时实现脱色及脱硝，有效减少bog和黄色烟羽排放。利用船舶运营过程中自源产生nox和bog气体作为氧化剂和还原剂，在催化剂的作用下，同时消除两种污染源，无需额外配置化学物质。
图3为本发明一个实施例中同时减少bog和黄色烟羽排放的方法的流程示意图。如图3所示，本实施例的同时减少bog和黄色烟羽排放的方法，包括但不限于以下步骤：
步骤310，利用废气集管将柴油机的废气输送至催化反应器；
步骤320，在废气进入催化反应器之前，利用设置在废气集管中的换热器及换热器的废气旁路调节废气温度，废气旁路中设有开关阀；
步骤330，利用bog集管将bog输送至催化反应器中以与废气中的no2反应，bog集管的排气端接入废气集管且位于换热器之后；
步骤340，利用设置在催化反应器之后的传感器检测no2浓度，以及利用设置在bog集管中的传感器检测bog流量及bog浓度；
步骤350，利用控制器根据各传感器测得的数据控制开关阀进行工作。
应理解，上述各步骤的执行先后顺序并不以上述描述顺序为限，部分步骤可以同时进行。
在一实施方式中，废气进入换热器之前的温度为200-500℃，废气进入换热器之后的温度小于200℃。
在一实施方式中，根据各传感器测得的数据控制开关阀进行工作，包括：
根据bog集管中的bog流量及浓度确定bog集气量；
分别判断no2浓度是否大于第一阈值以及bog集气量是否大于第二阈值；
当bog集气量不大于第二阈值且no2浓度大于第一阈值时，控制开关阀关闭；
当no2浓度不大于第一阈值时，控制开关阀打开；
当no2浓度与bog集气量均大于对应阈值时，根据bog与no2的处理优先级控制开关阀进行工作。
在另一实施例中，本发明的方法还包括：
在废气进入换热器之前，利用设置在废气集管中的脱硝反应器进行脱硝；
利用连通废气集管与bog集管的bog支管将bog引流至脱硝反应器的进气端，以与废气发生脱硝反应；
利用设置在bog集管的位于bog集管的排气端与bog支管的进气端之间的管路中的第一比例阀，以及设置在bog支管中的第二比例阀控制bog的分流比例；
利用分别设置在bog集管上的位于第一比例阀之前及之后的传感器检测bog流量及bog浓度，以及利用设置在催化反应器之后的传感器检测bog流量及bog浓度；
利用控制器根据各传感器测得的数据控制开关阀、第一比例阀及第二比例阀进行工作。
应理解，上述各步骤的执行先后顺序并不以上述描述顺序为限，部分步骤可以同时进行。
在一实施方式中，根据各传感器测得的数据控制开关阀、第一比例阀及第二比例阀进行工作，包括：
根据各传感器测得的bog流量及浓度分别确定bog集气量、bog分流量及bog排放量；
分别判断no2浓度是否大于第一阈值以及bog集气量是否大于第二阈值；
当no2浓度大于第一阈值且bog集气量不大于第二阈值时，控制开关阀关闭并根据bog集气量、bog分流量、bog排放量及no2浓度控制第一比例阀与第二比例阀开启对应的开度；
当no2浓度大于第一阈值且bog集气量大于第二阈值时，控制开关阀打开并根据bog集气量、bog分流量、bog排放量及no2浓度控制第一比例阀与第二比例阀开启对应的开度；
当no2浓度不大于第一阈值且bog集气量不大于第二阈值时，控制开关阀关闭、第一比例阀开度为零、第二比例阀开度为100％；
当no2浓度不大于第一阈值且bog集气量大于第二阈值，控制开关阀打开、第一比例阀开度为零、第二比例阀开度为100％。
本实施例的同时减少bog和黄色烟羽排放的方法的具体步骤过程请参考图1至图2对应实施例的具体描述，在此不再赘述。
本发明的同时减少bog和黄色烟羽排放的方法，利用换热器及废气旁路调节废气的温度，使得进入催化反应器的bog和废气中的no2在不同温度下发生不同的反应，以适用于去除再液化及燃烧供气后的残余bog、放空产生bog，bog处理量范围较大且可充分去除废气中残余的no2，增加了bog再液化和燃烧的设计裕度，也为放空所导致的bog无控制排放提供了解决方案，实现同时实现脱色及脱硝，有效减少bog和黄色烟羽排放。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。