基于海水电解与静电喷雾的船用发动机尾气高效净化系统的制作方法

本实用新型属于船舶防污染技术领域，尤其涉及基于海水电解与静电喷雾的船用发动机尾气高效净化系统。

背景技术：

在世界货物运输中，水路运输因具有运量大、安全、经济等优势而备受青睐，据统计，世界上80％的货物是通过船舶运输的。然而随着海洋航运业的发展，产生了严重的污染和海洋破坏的问题，其中以大气污染问题最为严重，据统计，仅2012年船用柴油机nox排放量约为1900万吨，so2排放量约为1024万吨，分别占全球nox、so2总排放量的15％和13％。

国际海事组织(imo)制定了一系列的船舶防污染公约，以限制船舶尾气的排放，加强对海洋生态环境的保护。2010年7月1日国际防止船舶污染公约(marpol)附则vi修正案(见附录6.1)正式生效。目前，tierii及针对氮氧化物的tieriii已投入实施，针对硫化物的tieriii将在2020年投入使用。相比tierii标准，tieriii标准对硫化物和氮氧化物的控制限制值同比下降了89％和80％，给相关行业提出了更加严格的要求。

传统的船舶尾气脱硫技术有碱液法、石灰石-石膏法，在此基础上又衍生出镁法和氨法等。传统的尾气脱硝方法为选择性催化还原技术(scr)。

目前国外最新的尾气处理净化技术是利用等离子体辅助mno2过滤器对船舶尾气净化。等离子体辅助的mno2紧凑型过滤器被提出作为运输中的零排放过滤器，例如车辆和船舶。研究发现mno2不仅可以同时吸收so2，还可以吸收no2。在该项技术中为了提高so2和no2的吸收性能，在废气中添加了臭氧。结果表明，添加臭氧可以保持so2和no2吸收率达到90％以上。通过添加臭氧，no2吸收量显着增加。然而，mno2的利用率超过理论吸收量。该技术也尚未完全成熟,无法保证广泛应用于船舶运输中。

在水雾除尘的基础上，采用某种方式使液滴荷电，液滴颗粒之间的静电力作用下有助于高效去除细颗粒物。理论分析表明，液滴荷电有利于湿式洗涤对细颗粒物的捕集，对颗粒物的分级除尘效率达到70％以上。国内外学者开展了大量荷电液滴除尘的实验研究,结果表明荷电液滴可以更高效地去除细颗粒物。

荷电喷雾具有增效脱硫的优势,荷电水雾可以增效捕集亚微米粉尘，在湿法脱硫中兼有增效消除so2气体的功能。众多学者试验研究了荷电喷雾烟气脱硫技术，使之提高烟气脱硫效率。研究表明在滴落模式下荷电脱硫浆液使so2的吸收率提高了50％。同时,试验研究了荷电喷雾对烟气脱硫的影响，试验系统指出液滴荷电后降低了液滴的表面张力，改善了液体的雾化性能，加剧了化学反应。与未荷电相比，荷电喷雾脱硫效率提高约6％。

因此，水雾荷电后在静电力的作用下能有效捕集含尘气流中的粉尘，降低细颗粒物排放浓度。若采用荷电喷雾技术，有望实现船舶废弃污染物的脱除，实现低量排放的要求。

综上所述，提出一种节能高效的措施以解决船舶尾气污染排放问题具有十分重要的意义。

技术实现要素：

本实用新型根据现有技术中存在的问题，提出了基于海水电解与静电喷雾的船用发动机尾气高效净化系统，采用荷电雾化技术，改变了传统喷淋方式反应效率低、洗涤液消耗量大的弊端。

本实用新型所采用的技术方案如下：

基于海水电解与静电喷雾的船用发动机尾气高效净化系统，包括电解池、洗涤罐和废液废气处理装置；

所述电解池包括海水淡化机和隔膜电解池，将海水淡化机淡化后产生的废液经过隔膜电解池处理产生氧化洗涤液和碱性洗涤液；

所述洗涤罐包括预洗涤罐、氧化反应罐和碱性吸收罐，且在预洗涤罐、氧化反应罐和碱性吸收罐的顶部设有喷淋管道；所述预洗涤罐连接柴油发动机，利用海水对高温尾气进行预处理，除去细颗粒物、硫化物和氮氧化物后将尾气输入到氧化反应罐；所述氧化反应罐利用氧化洗涤液对尾气进行氧化处理，除去co后将尾气输入到碱性吸收罐；所述碱性吸收罐利用碱性洗涤液对尾气进行处理，除去so2和no2；

所述废液废气处理装置包括除雾室和废液池，所述除雾室设于碱性吸收罐之后，用于去除尾气水雾；所述废液池分别连接预洗涤罐、氧化反应罐和碱性吸收罐。

进一步，所述氧化反应罐还连接压载水系统，利用废液中的有效氯对压载水进行消毒。

进一步，所述氧化反应罐内设有扰流挡片，扰流挡片与壁面的夹角为90°，能够在流场中形成大范围的涡旋，强化了混合与传质，提高了净化效率。

进一步，所述喷淋管道上的喷头采用静电雾化喷头，能够使液滴雾化粒径更细小更均匀，反应更加充分，同时荷电液滴具有吸引细小颗粒的特性，能够协同去除烟气中的细小颗粒。

进一步，所述预洗涤罐、氧化反应罐和碱性吸收罐之间由耐腐蚀材料制成的金属板隔开。

进一步，所述隔膜电解池由隔膜、阴极腔和阳极腔组成，隔膜采用阳离子交换膜，阴极电解电极采用钛涂层金属板，阳极采用表面为ruo2/iro2金属氧化物涂层金属板。

进一步，所述废液池的排出部还设有过滤器。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型在洗涤罐中采用静电喷雾技术，让所产生的雾滴能够更好地与洗涤罐内各层的尾气充分的接触，实现液滴的吸附作用，沉降作用和化学反应作用，使得整个洗涤罐部部分净化效率高；

2、本实用新型的尾气净化过程中所使用的所有治理原料都是采用的都是废气废液，成本低廉，经济效益好，且在处理之后，所有废弃物均可入海无二次污染，实现了“以废治废”。

3、本实用新型实现了船用发动机尾气的一体化处理，占用的空间小，使用安全；

4、在洗涤罐中加入扰流挡板，形成涡流，强化了混合与传质，提高了净化效率。

附图说明

图1本实用新型基于海水电解与静电喷雾的船用发动机尾气高效净化系统框图；

图2本实用新型基于海水电解与静电喷雾的船用发动机尾气高效净化的工作原理图；

图3是扰流挡片在氧化反应罐内的安装示意图；

图中，1.海水淡化机，2.储液池，3.隔膜电解池，4.阳极液池，5.阴极液池，6.潜水泵，7.柴油发动机，8.阀门，9.输送泵，10.洗涤罐，11.风机，12.烟囱，13.废液池，14.过滤器，15.排水管，16.压载水系统。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

基于海水电解与静电喷雾的船用发动机尾气高效净化系统，包括电解池、洗涤罐10和废液废气处理装置；

电解池包括海水淡化机1、储液池2和隔膜电解池3，海水淡化机1连接储液池2，将淡化后的高盐度废液输入储液池2中进行储存备用，储液池2还连接潜水泵6，通过潜水泵6向储液池2内部泵入海水，储液池2的出口连接隔膜电解池3，将储液池2内集中的高盐度海水输入隔膜电解池3，隔膜电解池3分为阳极液池4和阴极液池5，阳极液池4产生氧化洗涤液，阴极液池5产生碱性洗涤液。

洗涤罐10分为三层，自下往上依次为预洗涤罐、氧化反应罐和碱性吸收罐，预洗涤罐、氧化反应罐和碱性吸收罐相邻两个罐体之间通过烟道连通；预洗涤罐底部连接船用柴油发动机，通过将风机将柴油机排出的高温尾气泵入洗涤罐，在预洗涤罐的顶部设有预洗涤喷淋管道，该喷淋管道连接潜水泵6，使用海水对高温尾气进行预洗涤；经过预洗涤后的尾气通过烟道进入氧化反应罐，预洗涤后产生的含杂质废液通过管道输入到废液池13。

氧化反应罐的顶部设有氧化反应喷淋管道，该喷淋管道连接阳极液池4，使用氧化洗涤液对尾气进行处理，经过处理后的尾气通过烟道进入碱性吸收罐，氧化反应罐内喷淋后所产生的碱性废液一部分通过管路输入到压载水系统16，另一部分输入通过管道输入到废液池13。

碱性吸收罐的顶部设有碱性吸收喷淋管道，该喷淋管道链接阴极液池5，使用碱性洗涤液对尾气进行处理，经过处理后的洁净尾气经风机11鼓入烟囱12排出去；碱性吸收罐内喷淋后所产生的碱性废液通过管道输入到废液池13。

在本实施例中，预洗涤罐、氧化反应罐和碱性吸收罐上部的喷淋管道采用静电雾化喷头，在碱性吸收罐的上部设有除雾室，用于除去尾气中的水雾使得尾气达标，最后洁净的尾气排入大气。且预洗涤罐、氧化反应罐和碱性吸收罐之间由耐腐蚀材料制成的金属板隔开，如图3，在氧化反应罐加装扰流挡片，其与壁面的夹角为90°，设置扰流挡片能在流场中形成大范围的涡旋，强化了混合与传质，提高了净化效率。

隔膜电解池3由隔膜、阴极腔和阳极腔组成，在阴极腔和阳极腔内分别固定阴、阳催化电极。阴极腔与阳极腔由隔膜分开，隔膜采用阳离子交换膜，阴极电解电极采用钛涂层金属板，阳极采用表面为ruo2/iro2金属氧化物涂层金属板。

为了更清楚的解释本实用新型的技术方案，以下结合本实用新型的工作原理作进一步解释，如图2所示：

海水淡化机1将淡化后的高盐度废液输入储液池2，与此同时潜水泵6将海水泵入储液池2，储液池2中的高盐度海水流入隔膜电解池3，在隔膜电解池3的阳极表面生成cl2，发生反应2cl^-(aq)-2e^-→cl2；阴极表面生成oh^-，发生反应2h2o(l)+2e^-→2oh^-(aq)+h2(g)。cl2在阳极室内溶解发生反应：

cl2(g)→cl2(aq),cl2(aq)+h2o(l)→hclo(aq)+hcl(aq),hclo(aq)→h⁺(aq)+clo^-(aq)，

由于阳离子交换膜的阻隔分离，只有na⁺可以自由通过，阴离子无法透过，因此改性后阳极室生成酸性溶液，氧化性成分以hclo为主要存在形态，阴极室生成碱性溶液，碱性成分以naoh为主。经隔膜电解池3电解生成的氧化液和碱性液分别存于阳极液池4和阴极液池5内，然后两种液体分别经荷电雾化喷嘴喷淋进入洗涤罐10中的氧化洗涤罐和碱液吸收罐，在罐内与尾气充分接触。

将由柴油发动机7中产生的高温尾气在预洗涤罐中初步除去其中的细颗粒物、硫化物和氮氧化物，接着进入氧化反应罐，在氧化反应罐中由于扰流挡片，使得气液充分混合，尾气中难溶于水的一氧化氮在含氯洗涤液喷淋作用下被氧化成易溶于水的二氧化氮，接着进入碱性吸收段，尾气中的酸性气体二氧化硫和二氧化氮被碱性洗涤液吸收，接着气体从洗涤罐10顶部的除雾室除去水雾使得尾气达标，最后洁净的尾气排入大气，完成尾气的处理；净化完成后，氧化反应段的洗涤废液一部分进入压载水系统16，利用其中的残留有效氯对压载水进行消毒，另一部分与预洗涤罐和碱性吸收罐内产生的废液一起进入废液池13，经过滤器14过滤后通过排水管15直接排入海水中。实现了对船用发动机尾气高效净化且产物可以直接排入大海，不对自然环境造成破坏。

以上实施例仅用于说明本实用新型的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，本实用新型的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本实用新型所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本实用新型的保护范围之内。