一种船舶尾气脱硫脱硝除尘减碳工艺及装置的制作方法

本发明涉及一种船舶尾气处理装置及工艺，属于尾气处理技术领域。

背景技术：

marpol公约附则vi对船舶尾气sox、nox排放有明确规定，目前船用燃油硫含量限制在3.5％以内，至2020年1月1日降至0.5％以内；nox的排放则针对低速机(n＜130r/min)、中速机(130r/min≤n＜2000r/min)、高速机(n≥2000r/min)分别进行限制，具体见表1。

表1船舶尾气nox排放限制g/(kw·h)

对于减少co2排放，2011年7月5日，mepc第62届会议通过了marpol公约附则vi关于船舶能效的修正案，这个有关船舶温室气体排放的强制性法律文件于2013年1月1日正式生效，此后新建的400总吨及以上的船舶必须满足船舶能效设计指数，将碳排量降低10％，2020年到2024年要再减少10％，2024年后要减排30％，而现有船舶必须符合船舶能效管理计划中准则。按照marpol公约要求，船舶尾气净化迫切需要针对各种船型衍生出的尾气脱硫脱硝减碳技术。目前国内外的船舶尾气净化实施停留在采用低硫燃料油上，对于船舶尾气后净化工艺大都处于工艺研究阶段，零星报道有实船尾气脱硫验证设施启用，如新加坡ecospec公司的csnox三位一体(脱硫脱硝减碳)工艺通过美国船级社认证，并实船验证；国内也有报道修船公司实船验证尾气净化技术，但上述技术实质上是把陆上烟气脱硫脱硝技术搬到船上，与船体结构的结合不够紧密，运行成本高，占据空间过大，影响操船。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种结合船体结构开发的、占地少、风阻小、运行费用低的脱硫、脱硝、减碳三位一体船舶尾气脱硫脱硝除尘减碳工艺及装置。

本发明的技术方案是：一种船舶尾气脱硫脱硝除尘减碳装置，包括与烟气洗涤塔连接的海水改性供给系统、低温臭氧脱硝系统、海水氧化系统以及烟囱。

所述海水改性供给系统包括，用于抽吸海水的海水泵，所述海水泵连接改性入水管和供水管路，所述供水管路末端连接若干位于烟气洗涤塔通道内的双向喷嘴，所述改性入水管连接制浆罐，制浆罐通过改性出水管和浆液泵连接供水管路，所述制浆罐连接mgo浆液添加系统以及蒸汽加热熟化系统。

所述双向喷嘴为海水双向雾化喷嘴，在烟气洗涤塔的通道内呈上下层状排列，所述海水双向雾化喷嘴的喷射角度大于等于140°。

所述海水氧化系统包括，通过若干文氏管与烟气洗涤塔底部液相空间连通的海水氧化罐，所述海水氧化罐内设有防波板，海水氧化罐上设有排水口，所述液相空间中的海水液位与文氏管的高度差大于等于10米，并通过设置文氏管的数量控制海水液位高度。

所述低温臭氧脱硝系统包括，在烟气洗涤塔入口处由外向内依次设置的极冷喷嘴和臭氧喷嘴，所述极冷喷嘴连接冷却水管，所述臭氧喷嘴通过臭氧输送管路连接臭氧发生系统，所述臭氧发生系统采用空气源。

所述烟气洗涤塔和烟囱底部为锥形结构，烟气洗涤塔出口处通过叶片除雾器连接烟囱，所述叶片除雾器为不锈钢材质且竖直设置于烟气洗涤塔与烟囱之间的隔板上，烟气洗涤塔入口端连接余热锅炉。

所述烟气洗涤塔为两个，对称分布于所述烟囱两侧。

本发明还请求保护一种船舶尾气脱硫脱硝除尘减碳工艺，包括依次进行的海水改性步骤、低温臭氧脱硝步骤、脱硫减碳除雾步骤以及海水氧化步骤；

所述海水改性步骤具体包括：通过海水泵抽吸海水，将部分海水经改性入水管注入制浆罐，将氧化镁粉与海水在制浆罐内混合，通入蒸汽加热熟化，制得海水改性浆液，浆液泵将所述海水改性浆液抽出，经改性入水管注入供水管路，使海水具备更高的sox的吸收能力，改性后的海水通过供水管路末端的双向喷嘴喷射到烟气洗涤塔内；

所述低温臭氧脱硝步骤具体包括：臭氧发生系统以空气为原料，通过压缩、除湿、放电电场，将部分氧气转化为臭氧，并通过臭氧输送管路输送至臭氧喷嘴，来自余热锅炉的尾气经极冷喷嘴喷水降温，再与臭氧喷嘴喷出的臭氧气体混合，将尾气中的no氧化为水溶性的高价氮氧化物，在后续脱硫过程脱除；

所述脱硫减碳除雾步骤具体包括：改性后的海水经双向喷嘴雾化喷出到烟气洗涤塔的烟道中，使低温臭氧脱硝后的尾气与改性后的雾化海水充分接触，使尾气中98％以上的sox以及12％以上的co2溶于改性后的海水中，携带水雾的尾气经过叶片除雾器脱除水雾，脱除sox及部分co2的净化尾气经烟囱排空；

所述海水氧化步骤具体包括：吸收sox及部分co2的海水在烟气洗涤塔底部的锥形结构中沉降，自流进入底部的若干文氏管中，高液位的海水压力在文氏管内形成真空，抽吸空气与海水混合，海水喷射进入海水氧化罐，空气中的氧溶于海水，将吸收的亚硫酸根氧化为硫酸根，氧化后海水溢流排海。

在所述的海水改性步骤中，所述改性浆液温度为40℃～65℃，氧化镁的质量纯度为90％；在所述的低温臭氧脱硝步骤中，所述极冷喷嘴将尾气温度降至60～120℃，喷入的o3量与nox的摩尔比为1.1～1.5:1；在所述脱硫减碳除雾步骤中，烟气洗涤塔1脱硫减碳液气比为3～7l/nm³。

所述海水改性浆液中的悬浮物小于20mg/l，mg(oh)2浓度等于或高于1g/l。

本发明的有益效果是：1)占地面积小，仅为现有尾气处理设备占地面积的一半，风阻小，不影响操船；2)脱硫脱硝减碳运行成本低；3)海水经氧化处理排海，无二次污染。

附图说明

图1为本发明的结构原理图。

图中附图标记如下：1、烟气洗涤塔，1.1、叶片除雾器，2、烟囱，3.1、海水泵，3.2、供水管路，3.3、双向喷嘴，3.4、改性入水管，3.5、浆液泵，3.6、制浆罐，3.7、改性出水管，4.1、文氏管，4.2、海水氧化罐，4.3、防波板，4.4、排水口，5.1、极冷喷嘴，5.2、臭氧喷嘴，5.3、臭氧输送管路，5.4、臭氧发生系统，6、余热锅炉。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明做进一步说明：

采用低温臭氧脱硝、开环氧化镁改性海水脱硫、海水吸收减碳工艺及装置，其生产原理为：

mgo+h2o＝mg(oh)2(1)氧化镁熟化

3o2＝2o3(电场)(2)臭氧制备

o3+no＝no2+o2(3)臭氧氧化

mg(oh)2+no2＝mg(no3)2+h2o(4)脱硝

mg(oh)2+so2＝mgso3+h2o(5)脱硫

2oh^-+co2＝co3^2-+h2o(6)减碳

mgso3+1/2o2＝mgso4(7)海水氧化

依据上述原理，实现对船舶尾气的脱硫脱硝除尘减碳处理。

一种船舶尾气脱硫脱硝除尘减碳装置，包括与烟气洗涤塔1连接的海水改性供给系统、低温臭氧脱硝系统、海水氧化系统以及烟囱2，所述烟气洗涤塔1为两个，对称分布于所述烟囱2两侧，烟气洗涤塔1入口端连接余热锅炉6。所述海水改性供给系统包括，用于抽吸海水的海水泵3.1，所述海水泵3.1连接改性入水管3.4和供水管路3.2，所述供水管路3.2末端连接若干位于烟气洗涤塔1通道内的双向喷嘴3.3，所述改性入水管3.4连接制浆罐3.6，制浆罐3.6通过改性出水管3.7和浆液泵3.5连接供水管路3.2，所述制浆罐3.6连接mgo浆液添加系统以及蒸汽加热熟化系统。所述双向喷嘴3.3为海水双向雾化喷嘴，在烟气洗涤塔1的通道内呈上下层状排列，所述海水双向雾化喷嘴的喷射角度大于等于140°。所述海水氧化系统包括，通过若干文氏管4.1与烟气洗涤塔1底部液相空间连通的海水氧化罐4.2，所述海水氧化罐4.2内设有防波板4.3，海水氧化罐4.2上设有排水口4.4，所述液相空间中的海水液位与文氏管4.1的高度差大于等于10米，并通过设置文氏管4.1的数量控制海水液位高度。所述低温臭氧脱硝系统包括，在烟气洗涤塔1入口处由外向内依次设置的极冷喷嘴5.1和臭氧喷嘴5.2，所述极冷喷嘴5.1连接冷却水管，所述臭氧喷嘴5.2通过臭氧输送管路5.3连接臭氧发生系统5.4，所述臭氧发生系统5.4采用空气源。所述烟气洗涤塔1和烟囱2底部为锥形结构，烟气洗涤塔1出口处通过叶片除雾器1.1连接烟囱2，所述叶片除雾器1.1为不锈钢材质且竖直设置于烟气洗涤塔1与烟囱2之间的隔板上，烟气洗涤塔1入口端连接余热锅炉6。

一种船舶尾气脱硫脱硝除尘减碳工艺，包括依次进行的海水改性步骤、低温臭氧脱硝步骤、脱硫减碳除雾步骤以及海水氧化步骤；

所述海水改性步骤具体包括：通过海水泵3.1抽吸海水，将部分海水经改性入水管3.4注入制浆罐3.6，将质量纯度为90％的氧化镁粉与海水在制浆罐3.6内混合，通入蒸汽加热熟化，制得海水改性浆液，所述海水改性浆液中的悬浮物小于20mg/l，mg(oh)2浓度等于或高于1g/l，所述改性浆液温度为40℃～65℃，浆液泵3.5将所述海水改性浆液抽出，经改性入水管3.4注入供水管路3.2，使海水具备更高的sox的吸收能力，改性后的海水通过供水管路3.2末端的双向喷嘴3.3喷射到烟气洗涤塔1内；

所述低温臭氧脱硝步骤具体包括：臭氧发生系统5.4以空气为原料，通过压缩、除湿、放电电场，将部分氧气转化为臭氧，并通过臭氧输送管路5.3输送至臭氧喷嘴5.2，来自余热锅炉6的尾气经极冷喷嘴5.1喷水降温，将尾气温度降至60～120℃，再与臭氧喷嘴5.2喷出的臭氧气体混合，臭氧喷嘴5.2喷入的o3量与nox的摩尔比为1.1～1.5:1，将尾气中的no氧化为水溶性的高价氮氧化物，在后续脱硫过程脱除；

所述脱硫减碳除雾步骤具体包括：改性后的海水经双向喷嘴3.3雾化喷出到烟气洗涤塔1的烟道中，使低温臭氧脱硝后的尾气与改性后的雾化海水充分接触，使尾气中98％以上的sox以及12％以上的co2溶于改性后的海水中，烟气洗涤塔1脱硫减碳液气比为3～7l/nm³，携带水雾的尾气经过叶片除雾器1.1脱除水雾，脱除sox及部分co2的净化尾气经烟囱2排空；

所述海水氧化步骤具体包括：吸收sox及部分co2的海水在烟气洗涤塔1底部的锥形结构中沉降，自流进入底部的若干文氏管4.1中，高液位的海水压力在文氏管4.1内形成真空，抽吸空气与海水混合，海水喷射进入海水氧化罐4.2，空气中的氧溶于海水，将吸收的亚硫酸根氧化为硫酸根，氧化后海水溢流排海。

以30万吨vlcc为例，采用本发明，船用燃料油可采用高硫船燃，价格大为降低，另外高硫船燃含氮量低，有利于后续脱硝；如不采用本发明，则需要清洁柴油作为燃料，二者消耗对比如表2所示。

表2本发明与清洁燃料经济性对比(30万吨vlcc)

由表2可见，本发明的运行费用远远低于清洁燃料的费用，同时实现脱硫(≮98％)、脱硝(≮50％)、减碳(≮10％)的目标，完全符合marpol公约要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。