海运排放物控制系统的制作方法

专利名称：海运排放物控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及减少海轮的排放物，尤其涉及用于收集和处理港口附近的来自海轮的排放物的系统。
背景技术：
通过燃烧在海轮中的燃料产生大量污染物。当发动机燃烧船用燃料和/或柴油燃料时产生的污染物是几千种气体和微粒的多元混合物，通常称为煤烟，其包含超过40种有毒空气污染物。这些污染物包括砷、苯、以及甲醛，伴随有为雾和酸雨的成分的其他臭氧形成污染物，诸如二氧化碳(CO2)、二氧化硫(SO2)、以及氧化氮(NOx)。一艘海轮可产生和排放相当于12,500辆汽车或一个石油精炼厂排出的NOx，因而对于港口工人和周围社区的居民而言，是很大的健康风险，且可对建筑物和设备构成物理损害。

发明内容
本发明通过提供一种高级海运排放物控制系统(AdvancedMaritime Emissions Control System，AMECS)实现了上述或其他要求，该系统包括各种废气入口烟囱帽(Exhaust Intake Bonnets，EIB)；排放物收集系统(Emissions Capture System，ECS)，其包括塔架以及关节式臂；高级海运排放物控制装置(Advanced MaritimeEmissions Control Unit，AMECU)；以及管道，其将烟囱帽连接至AMECU。AMECS优选地安装在无动力海驳(Unpowered SeagoingBarge，USB)上。
当海轮(Ocean Going Vessel，OGV)在海上时使用AMECS，例如，当海轮接近3英里限制时。承载该AMECS的无动力海驳通过拖船(tug)协助以在离开海岸的地方与海轮会合。当无动力海驳靠近海轮时，拖船沿着与将海轮卸下侧相反的海轮侧定位无动力海驳。一旦处于海轮的侧面，就将无动力海驳固定至海轮，优选地，稳定臂延伸于塔架与海轮之间，以吸收冲撞和提供ECS的稳定性。然后启动ECS，将从各种烟囱帽中选择的一种烟囱帽固定至该烟囱上，烟囱帽形成容纳特定船的烟囱的结构。然后启动烟囱帽连接机构(优选地包括软带，其可由拉动绳索来围绕烟囱将其缚紧)以创建烟囱帽和船的烟囱之间的软连接。一旦将无动力海驳固定至海轮，并且烟囱帽被合适地连接至烟囱，就开启AMECU，从而在管道中形成压降。由此开始将烟囱废气引导至位于无动力海驳上的AMECU的过程。然后将覆盖物从烟囱帽的上端放下(在烟囱帽外面)，从而形成包围烟囱的密封。然后收回关节式臂的端部件，而留下连接至烟囱帽的管道的柔性端部。如此连接，则部件可在无动力海驳相对于海轮的约垂直5英尺以及约水平5英尺之间持续移动，而不会对烟囱帽的连接产生不利影响或在烟囱上施加太大的压力。
然后将海轮和连接的无动力海驳引导至港口并停泊。AMECS系统可保持与海轮并排，确保排出的排放物被减少至与现有技术所能提供的量相同。可选地，当海轮停泊时，可将基于海岸的AMECS连接至烟囱。当海轮已经启航时，其被引导出海港并且出海距离为例如约3英里，在该处将烟囱帽拆下并且将海轮释放，使得其前往下一目的地。为了松开烟囱帽，将鼓风机关闭，收起覆盖物，将关节式臂重新连接，并消除绳索上的张力以使带松弛，从而允许烟囱帽取掉。然后AMECS返回至其服务的码头，在该处清除掉任何存放的固体污染物，然后系统为下一艘海轮的到来做好准备。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于海轮(OGV)的高级海运排放物控制系统(AMECS)，其包括驳船；塔架，安装于驳船上；关节式臂，安装于塔架上；废气入口烟囱帽(EIB)，连接至关节式臂的末节；高级海运排放物控制装置(AMECU)；以及管道，用于将排放物从烟囱帽传送至AMECU。烟囱帽收集来自海轮烟囱的废气，且AMECU处理废气。烟囱帽是从一组具有各种尺寸和/或形状的烟囱帽中选择的一种。
典型的AMECU22包括两个基本处理系统。第一系统，其基本目的在于减少氧化氮(NOx)，第二系统主要目的在于减少颗粒物质(PM)。各系统均具有副效益，即减少其他空气污染物。
典型的第一系统包括四阶段微粒/NOx/SO2涤气系统(scrubbersystem)。第一系统包括预调节室(PCC)冷却装置(quench vessel)第一阶段(级)；氧化柱第二阶段；还原柱第三阶段；以及碱洗(或后处理，polishing)柱第四阶段。典型的第二系统为湿式静电沉淀系统(wet electrostatic precipitation system)，以进一步减小PM浓度。
多数量阶段、各种阶段的功能、阶段的次序、或在任何或所有阶段中的污染减小处理都可用来构成AMECS。可选的典型第一系统可包括，但不限于，可选择的催化反应器(SCR)和各种新兴技术，例如热学或等离子体加强的催化或非催化NOx消除或NOx转化系统，以及其他用于将NOx还原或将NOx转化成多个无害化合物的技术。
可选地典型第二系统可包括，但不限于，涤气器、电离湿式涤气器、湿式涤气器、填充柱涤气器、旋风涤气器、撞击式涤气器、喷射式涤气器、涡流式涤气器、文丘里涤气器、以及其他，以及各种类型的过滤器，被动的以及主动的。这些装置中的一些还可用作多阶段系统的第一阶段。包括这些、或类似装置的任何组合的AMECS都包含在本发明的范围之内。
根据本发明的另一方面，提供了一种排放物控制方法，该方法包括将烟囱帽固定在海轮(OGV)的烟囱之上，将来自烟囱的废气通过管道抽出至AMECU，以及通过排放物控制系统处理废气。将烟囱帽固定在烟囱之上包括将笼罩定位在烟囱之上，围绕烟囱将笼罩缚紧，以及将覆盖物降低在烟囱之上。通过排放物控制系统处理废气优选地包括两个基本处理系统。第一系统基本目的在于减少氧化氮(NOx)，第二系统主要目的在于减少颗粒物质(PM)。


结合附图，本发明的上述和其它的目的、特点以及其它优点可通过下述详细描述得到更好的理解，其中图1是根据本发明的高级海运排放物控制系统(AMECS)；图2A示出了在海轮烟囱之上采用烟囱帽的AMECS；图2B示出了在烟囱之上的烟囱帽，关节式臂的端节从烟囱帽收回；图3A示出了位于烟囱上方的烟囱帽；图3B示出了位于烟囱上的烟囱帽的笼罩；图3C示出了围绕烟囱拖曳的笼罩的下边缘；图3D示出了覆盖物在笼罩之上部分被放下；
图3E示出了覆盖物在笼罩上被全部放下；图3F示出了拆下关节式臂之后的烟囱帽；图4示出了在烟囱之上的烟囱帽的详细视图；图4A示出了笼罩的肋的下端的更详细的视图；图5A是高级海运排放物控制装置(AMECU)及相关设备的侧视图；图5B是AMECU及相关设备的顶视图；图6说明了根据本发明使用AMECS的排放物控制方法；图6A说明了处理排放物的步骤。
在所有附图中，相同或相似的部件使用相同的参考标号。
具体实施例方式
以下描述是用于执行本发明的最佳模式。该说明不用于限制本发明，仅用于描述本发明的一个或多个优选实施例。将参考权利要求确定本发明的范围。
图1整体示出了根据本发明的高级海运排放物控制系统(AMECS)10。AMECS10包括至少一个废气入口罩(EIB，烟囱帽)14、排放物收集系统(ECS)、以及高级海运排放物控制装置(AMECU)22。AMECS10优选地安装在无动力海驳12上。ECS包括塔架16、以及关节式臂。关节式臂包括4节18a、18b、18c、以及18d，其由连接头17连接。
烟囱帽14优选地是各种定形的烟囱帽中的一种，更优选地是一组四种定形的烟囱帽中的一种，形成每种定形的烟囱帽是为了与不同尺寸和/或形状的烟囱配合。关节式臂节18a-18d通过多个连接头17连接，并且端节18d利用有效载荷夹27可拆卸地连接至烟囱帽14。将第一摄像机连接至关节式臂，优选地在有效载荷夹27之上或其附近，以便在连接至烟囱帽14的过程中有助于引导有效载荷夹27。烟囱帽14通过管道19与AMECU22连接(可传递流体)。最接近烟囱帽14的管道19的端部是柔性管道部19a。管道19连接至AMECU22，其处理由箭头15所指的物流以减少有害排放物。当使用时，该流从烟囱帽14传输至AMECU22。当不使用时，烟囱帽14可与关节式臂分离，并摆放于烟囱帽台14a上。
关节式臂18a-18d长度优选地为50英尺至120英尺之间，更优选地约为100英尺长。管道19直径优选地为12英寸至36英寸之间，直径更优选地约为18英寸，并且优选地用不锈钢制成。烟囱帽14的对径优选地在15英尺至40英尺之间，并且适于与各种形状的对径达到25英尺或更大的烟囱相配合。塔架16高度优选地为50英尺至120英尺之间，更优选地约为100英尺高。
本发明的关节式臂类似于用于混凝土泵车的已知的四节式悬臂，例如明尼苏达州，圣保罗的Schwing America Inc.所造的KVM32。KVM 32的悬臂可达到纵向106英尺，或横向93英尺。美国专利第5,460,301号中描述了类似用于“混凝土泵车”(“ConcretePump Vehicle”)的如KVM 32的悬臂的悬臂，美国专利第6,463,958号中描述了用于“用于稠材料，特别是混凝土的分配装置”(“Distributing Dvice for Thick Substance，Especially Concrete”)的悬臂所用的管道连接头几何形状。该’301和’958专利结合于此以供参考。
如图2A所示，AMECS10具有位于海轮24的烟囱26之上的烟囱帽14。关节式臂的端节18d保持连接至烟囱帽14。烟囱帽14连接至烟囱26后(如图3A-3F所示)，端节18d从烟囱帽14分离并旋转至图2B中所示的备用位置，而留下管道的柔性管部19a、以及铠装管线70连接至烟囱帽14。管道19由管道支架25支持，该管支架连接至关节式臂，提供了足够的运动自由度以容许无动力海驳12与海轮24之间一定程度的相对运动。优选地，提供了约5英尺的横向和纵向运动。
无动力海驳12相对于海轮24的位置由连接于塔架16与海轮24之间的稳定臂11来稳定。臂11优选地连接至塔架16的略低于塔架16的中点位置，并且臂11大致水平地延伸至海轮24。臂11包括减震器，用于最小化海轮24船体上的负载，并用于稳定ECS。塔架16和关节式臂18a-18d优选地提供足够的高度以将烟囱帽14放在普通海轮24的烟囱之上，更优选地，具有足够的高度以将烟囱帽14放在最大海轮的烟囱之上。
图3A至图3F示出了将烟囱帽14连接至烟囱26的一组步骤的实例。图3A示出了烟囱帽14包括肋28，形成笼罩式结构(或框架)；顶部33，在覆盖物30上方；以及带32，接近肋28的底部，以上所示在烟囱26上方。图3B示出了烟囱帽14在烟囱26之上被放下。图3C中，烟囱帽14的向下端被拖曳以靠近烟囱26周围。图3D中，覆盖物30在肋28上被部分放下。图3E中，覆盖物30在肋28上被全部放下。图3F中，关节式臂被拆下，完成了烟囱帽14到烟囱26的连接。上述步骤并非唯一的，例如，关节式臂可在肋28上在将覆盖物30放下之前拆下。烟囱帽14优选地包括8至24根肋28，更优选地，为16根肋28。
图4示出了烟囱帽14的详细视图。顶部33位于覆盖物30之上，优选地包括在烟囱帽14顶部的收集环装置(capture ringassembly)34，该收集环装置34用于将烟囱帽14连接至有效载荷夹(the payload grip)27(见图1)。收集环装置34可被轻易的连接并从有效载荷夹27拆下(见图1)。收集环装置34的上开口具有大孔径，具有用于啮合载荷夹27的自对准锁紧机构。优选地，有效载荷夹27包括弹簧闭锁机构，当有效载荷夹27处于合适位置时，其将把闭锁件释放至收集环装置34。
至少一个电机36连接至毂(hub)40，电机36和毂40优选地位于顶部33内，并在图4中用虚线示出。电机36优选地为恒定转矩电机，当启动时，将绳索42缚紧从而压住肋28，并为摩擦封口提供恒压。绳索42的绳索端部42a和42b围绕毂40卷绕。绳索42向下延伸至皮带轮45，然后通过导向装置43围绕肋28的外部以围绕烟囱26拉动烟囱帽14。从而烟囱帽14可通过将绳索端部42a、42b卷绕至毂40上来围绕烟囱26而封闭(或压住)。电机36控制绳索42的拉伸，用于提供烟囱帽14与烟囱26之间的空气密封，用于将烟囱帽14稳固地固定在烟囱26上，并用于防止在AMECS10的操作过程中损坏烟囱帽14或烟囱26。
覆盖物绳索44在边框上端部和下端部之间垂直环绕烟囱帽14的外边，并连接至靠近该覆盖物30的下边缘52处的覆盖物30，以便在肋28上面升高和放下覆盖物30。导向装置43中的覆盖物凹口41提供了当用于覆盖物30完全降下时的基座(seat)。将第二摄像机和激光引导的定位系统优选地连接至烟囱帽14以有助于将烟囱帽14引导在烟囱26上。例如，摄像机可安装于顶部33中并朝下。来自摄像机的视频用于帮助操作者将烟囱帽14定位在船的烟囱26上。一旦烟囱帽14在烟囱26上，激光定位系统就将引导烟囱帽14进入围绕烟囱26的最终位置。可选地，用于控制悬臂的系统，例如美国专利第5,823,218号中描述的用于“大型操纵器，特别是用于自推进混凝土泵，及其操作方法”(“Large Manipulator，Especiallyfor Self-Propelled Concrete Pumps，and Method for Operating it”)可用于自动定位烟囱帽14。在’218专利中描述的系统还可用于保持关节式臂在AMECS10的操作过程中相对于烟囱26的位置，并用于当将烟囱帽14从烟囱26拆下时将关节式臂重连接至烟囱帽14。’218专利结合于此供参考。
烟囱帽14还优选地包括压力传感器，更优选地包括两个压力传感器(基本传感器和备用传感器)以将反馈提供给系统操作控制装置(SOCU)，其进而调节管道19中维持恒定负压的塔架鼓风机装置的速度，其中鼓风机优选地为离心式鼓风机。维持恒定压力确保了几乎所有废气都被收集，并集中到用于处理的AMECU22，而不对发动机性能产生不利影响并同时补偿主辅发动机开启及启动，并补偿AMECU22中的背压。
图4A中示出了肋28下部的更详细视图。肋28优选地为弹性(即，释放时可恢复原来的形状)弯曲管，优选地由不锈钢或玻璃纤维制成，并具有下端54。肋28需要保持足够的记忆以当释放绳索42时可“弹”回至打开位置。覆盖物滑轮46位于由靠近下端54的支架50支撑的轮轴48上。覆盖物绳索44围绕覆盖物滑轮46延伸并穿过肋28。覆盖物绳索44优选地由位于肋28上方的电机拉动。在另一实施例中，具有毂的电机靠近各肋28的下端54，并且覆盖物绳索44围绕毂卷绕。截面图中所示的带32，以及所示的绳索42通过导向装置43延伸。尽管图4A中所示的支架50和导向装置43为两个不同的部件，但其可为单个支架/导向装置。
覆盖物30优选地由耐热不透气的耐用材料制成，例如，kevlar纤维或kapton聚酰亚胺薄膜，并且覆盖物30优选地能抵挡海轮24废气中已发现的化学物质的损害，以及达到350摄氏度的温度。带32优选的厚度为6英寸至14英寸之间，高度为10英寸至14英寸之间，更优选地约为10英寸厚，约为12英寸高。带32优选地由柔性的或海绵类(即，泡沫)材料制成，其在烟囱帽14与烟囱26之间提供了一定程度的空气密封，并还通过表面摩擦将烟囱帽14保持于烟囱26上，且不会损伤烟囱。例如，带可由氯丁橡胶或类似材料制成。可选地，该带可为可充气带。绳索42、44优选地由非UV敏感材料制成，更优选地由尼龙制成。
图5A以侧视方式，且图5B以顶视方式示出了典型的AMECU22轮廓及相关设备的详细视图。典型的AMECU22包括两个基本处理系统。第一系统，其基本目的在于减少氧化氮(NOx)，第二系统的主要目的在于减少颗粒物质(PM)。每个系统均具有副效益，即减少其他空气污染物。
第一系统包括四个阶段。第一阶段包括预调节室(PCC)冷却装置22a。第二阶段包括氧化柱22b。第三阶段包括还原柱22c。第四阶段包括碱洗(或后处理)柱22d。第二系统包括单个阶段，其为湿式静电沉淀系统22e，其可进一步降低PM浓度。
尽管此处描述的是五阶段AMECU22，AMECS10还可包括具有不同数量的阶段、多阶段的不同次序、不同布置、和/或、不同处理以减少其他排放物的排放物控制装置，以及包括这些用于处理海轮废气的不同排放物控制装置中的任何一种的任何AMECS都包含在本发明的范围之内。箭头15表示穿过AMECU22的废气流的方向。
继续参照图5A、图5B，AMECU22位于最接近废物槽60、存储槽61、电源64以及用作控制室的船舱13的地方。
图6中描述了使用用于排放物控制的AMECS10的方法。该方法包括步骤100，将烟囱帽14定位在烟囱26之上；步骤102，围绕烟囱缚紧笼罩；步骤104，将覆盖物放下在笼罩上；步骤106，收回端节22d；步骤108，将穿过管19的废气抽出至AMECU22；步骤110，处理该废气；步骤112，释放处理过的废气。
在步骤110处理废气优选地包括在步骤114，预调节废气；在步骤116，氧化；在步骤118，还原；在步骤120，后处理；以及在步骤122，沉淀。
本发明还可以采用陆基结构代替无动力海驳12，以便当海轮24停泊于码头时使用，或用于控制来自陆基装置的排放物。除了塔架16、AMECU22、以及有关装置将被支撑在陆地上而不是无动力海驳12上以外，基于陆地的结构将支撑与基于无动力海驳12的AMECS10相同的部件。例如，该系统可安装于卡车、拖车、或轨道车。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种高级海运排放物控制系统，包括塔架，具有从所述塔架中延伸的关节式臂；烟囱帽，用于收集从船的烟囱排放的废气，所述烟囱帽通过所述关节式臂定位在所述烟囱上；排放物控制装置，用于处理来自所述烟囱的所述废气；以及管道，用于将所述废气从所述烟囱帽传送至所述排放物控制装置，所述管道通过所述关节式臂支撑。
2.根据权利要求1所述的高级海运排放物控制系统，其中，所述烟囱帽包括顶部、从所述顶部延伸的笼罩、以及在所述笼罩之上可放下的覆盖物。
3.根据权利要求1所述的高级海运排放物控制系统，其中，所述塔架被固定至海驳上。
4.一种排放物控制方法，所述方法包括将烟囱帽固定在海轮的烟囱之上以收集废气；将通过烟囱帽收集的所述废气通过管道抽出至排放物控制装置；以及通过所述排放物控制装置处理所述废气。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述烟囱帽包括笼罩和覆盖物，以及其中，将所述烟囱帽固定在所述烟囱之上包括将所述笼罩定位在烟囱之上；将所述笼罩围绕所述烟囱缚紧；以及将在所述笼罩上的所述覆盖物放下。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，通过所述排放物控制系统处理所述废气包括利用预调节室(PCC)冷却装置处理所述废气；利用氧化柱处理所述废气；利用还原柱处理所述废气；利用碱洗或后处理柱处理所述废气；利用湿式静电沉淀系统处理所述废气。
7.一种用于收集来自烟囱的废气的烟囱帽，所述烟囱帽包括框架，具有向上端、向外侧、向内侧、以及向下端；覆盖物，其在所述向外侧上，用于包围所述框架；带，连接至靠近所述向下端的所述向内侧；以及用于将围绕所述烟囱的所述向下端缚紧的装置。
8.根据权利要求7所述的烟囱帽，其中，所述烟囱帽是多个具有不同尺寸和形状的烟囱帽中的一个，所述具有不同尺寸和形状的烟囱帽用于与具有不同尺寸和形状的海轮的烟囱配合。
9.根据权利要求7所述的烟囱帽，还包括在所述框架向上端的收集环装置，所述收集环包括向上的开口，具有用于与关节式臂配合的自对准锁紧机构。
10.根据权利要求7所述的烟囱帽，还包括摄像机和激光引导的定位系统，其中，将来自所述摄像机的视频提供给操作者，以用于将所述烟囱帽定位在所述烟囱之上，以及其中，当所述烟囱帽在所述烟囱之上时，所述激光引导的定位系统自动地将所述烟囱帽引导至围绕所述烟囱的位置。
全文摘要
本发明公开了一种高级海运排放物控制系统，其包括多个不同尺寸和/或形状的废气入口烟囱帽；排放物收集系统；以及高级海运排放物控制装置，其安装在无动力海驳上。废气入口烟囱帽包括由向下弯曲的肋形成的笼罩；覆盖物，其可放下以覆盖肋；带，靠近废气入口烟囱帽的下边缘，用于将废气入口烟囱帽固定并密封至烟囱；以及用于围绕烟囱缚紧废气入口烟囱帽的下边缘(以及带也如此)的装置。排放物收集系统将多个烟囱帽中的一个升高至海轮的烟囱上。来自烟囱的废气通过大直径管道被抽出至排放物控制装置。排放物控制装置通过多个处理阶段处理废气。多个阶段包括预调节废气、氧化、还原、后处理、以及沉淀。
文档编号F23J15/02GK1693138SQ200510069049
公开日2005年11月9日 申请日期2005年4月29日 优先权日2004年4月29日
发明者萨尔瓦多·卡罗, 亨宁·奥特申, 约翰·G·鲍威尔 申请人:超洁技术有限公司