船舶中速柴油机废气脱硫与废热回收联合循环系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供的是一种船舶中速柴油机废气脱硫与废热回收联合循环系统。主机出口废气经余热锅炉的过热器、蒸发器换热，蒸发器出口蒸汽经汽包汽水分离，饱和蒸汽一部分进入过热器过热、产生过热蒸汽推动汽轮机转动再带动发电机发电，另一部分进入日用蒸汽系统，出汽包的饱和水经循环泵进入余热锅炉，汽轮机的出口蒸汽经凝汽器冷凝与日用蒸汽系统的出口冷却水分别进入热水井，热水井经给水泵进入余热锅炉，余热锅炉的出口烟气经脱硫洗涤塔洗涤去除再循环废气中的硫氧化物SOx及颗粒PM。本发明在有效提高发动机废热能量利用效率的基础上，亦可实现柴油机SOx和PM的超低排放。
【专利说明】船舶中速柴油机废气脱硫与废热回收联合循环系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种船用柴油机废热回收与脱硫联合循环系统。
【背景技术】
[0002]能源问题一直是经济发展中一个头等重要问题。国际海事组织MO新进修改的EEDI (Energy Efficiency Design Index,新船能效设计指数)规则对减少排放、降低船舶运营成本的要求日益提高，船舶低能量利用效率，除了将面对高额的燃料费用外，还将面对额外的罚金，以补偿对环境的破坏。因此，有效的降低船舶能耗和排放刻不容缓。船舶直接耗用燃料的设备是柴油主机、辅机和辅助锅炉等。其中，主机所耗能量比例最多，燃料燃烧所发出的全部热量，只有一部分转变为机械功，其余都是废热，废热回收系统可以有效利用排气能量，并产生相当于主机功率11%的电力输出。如果能够利用主机废气进行发电或作为辅助设备热源提供蒸汽，则可以替代部分辅机和辅助锅炉，同时达到节能和减排的效果。因此充分回收船舶主机的余热，意义重大。
[0003]船舶大功率中速机不仅可用于船舶推进，亦广泛应用于陆用发电，为有效降低使用成本而大量采用高硫的重质燃料油HF0，采用米勒循环并辅以内部EGR措施亦可有效降低NOx排放，但废气中硫氧化物SOx如果不采取机外措施，势必造成环境污染。目前脱硫方法有许多，其中采用钠碱法脱硫效果好、效率高。这是由于钠碱化合物对SO2气体吸收能力强，生成的钠盐溶解度大，具有将吸收化合物保持在溶液内的能力，可避免吸收设备内的结垢和淤塞。废气洗涤脱硫填料塔作为一种吸收分离的传质设备，具有效率高、压降低、持液量小、构造简单、安装容易、等优点已被广泛应用。
[0004]船舶中速柴油机船舶柴油机废气的平均温度排温一般在300°C以上，经锅炉后废气温度一般能降到170°C。研究发现，随着入口废气温度的升高，填料塔脱硫技术的脱硫效率将会降低，当温度达到190°C以上时脱硫效率几乎为零。因此，废气进入废气洗涤脱硫填料塔入口处先经喷淋冷却降温到60?75°C，有利于SO2的吸收，并将废气中的SO2催化转化成SO3，与脱硫填料塔内的吸收液反应后生成稳定的S042_，脱硫效果较高。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提出一种既能够降低柴油机排放又能够达到余热回收效果的船舶中速柴油机废气脱硫与废热回收联合循环系统。
[0006]本发明的目的是这样实现的:
[0007]主机I出口废气经余热锅炉B的过热器7、蒸发器4换热，蒸发器4出口蒸汽经汽包6汽水分离，出汽包6的饱和蒸汽一部分进入过热器7过热、产生过热蒸汽推动汽轮机5转动再带动发电机10发电，出汽包6的饱和蒸汽的另一部分进入日用蒸汽系统C，出汽包6的饱和水经循环泵9进入余热锅炉B，汽轮机5的出口蒸汽经凝汽器11冷凝与日用蒸汽系统的出口冷却水分别进入热水井D，热水井D的作为给水系统的水源、经给水泵12进入余热锅炉B，余热锅炉B的出口烟气经脱硫洗涤塔A洗涤去除再循环废气中的硫氧化物SOx及颗粒PM。
[0008]本发明提出了一种既能够降低柴油机排放又能够达到余热回收效果的联合系统。本发明是在船舶中速柴油机中加装废气脱硫(SOx)洗涤装置，同时再加装废热回收(WHR)高效联合循环装置回收柴油机废气余热的联合系统。在有效提高发动机废热能量利用效率的基础上，亦可实现柴油机SOx和PM的超低排放。
[0009]本发明包括主机、余热锅炉、脱硫填料塔、汽轮机等。在废气脱硫(SOx)洗涤装置中采用钠碱法脱硫洗涤技术，有效去除再循环废气中的硫氧化物SOx及颗粒PM等其它沉积物；由于这种洗涤装置对入口废气温度要求降低，对与船舶中速柴油机来说，废气的平均温度一般在300°C以上，故又加装废热回收(WHR)高效联合循环装置，将降低废气温度到160°C左右，既提高废气回收的能量，又降低了填料塔废气入口温度。废热回收装置中，利用蒸汽推动汽轮机进行发电或作为辅助设备热源提供蒸汽，达到节能和减排的效果，有效的提高了发动机废热的利用率。
[0010]本发明的有益效果在于:本发明提出采用WHR余热锅炉蒸汽发电系统以回收废热，同时有效降低了废气的温度，在此基础上，配合应用基于钠碱法废气洗涤脱硫系统，可有效去除废气中的SOx，由于采用有效的喷淋系统，亦可有效的降低废气中的PM以及部分NOx,因此，基于此联合循环系统，不仅可有效去除废气中的SOx和PM，同时亦可通过废热回收系统有效提高整个动力系统的能量利用效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为基于废热回收(WHR)高效联合循环与废气脱硫(SOx)实现船舶中速柴油机动力系统能量利用和降低废气中SOx和PM排放的系统示意图。
[0012]图2是一种双螺旋桨推进柴油机装置的单压废气涡轮系统，并通过脱硫填料塔装置来降低废气进行SOx和PM排放的系统示意图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对本发明进行进一步详细说明。图1和图2中个符号的含义为:1、主机；2、增压器；3、涡轮；4、蒸发器；5、汽轮机；6、汽包；7、过热器；8、调节阀；9、循环泵；10、发电机；11、凝汽器；12、给水泵；13、洗涤液预喷淋装置；14、高温喷淋系统；15、填料层；16、除雾器；17、清洗系统;A、脱硫洗涤塔；B、余热锅炉；C、日用蒸汽系统；D、热水井。
[0014]图1中的柴油机主机产生的废气经过废气锅炉用来回收余热。图1中的脱硫填料塔用于降低锅炉出口处废气的SOx和PM排放。
[0015]废热回收(WHR)高效联合循环系统中，给水泵12从热水井抽水，经余热锅炉中的预热器预热，再经过蒸发器4加热蒸发；在产生饱和蒸汽的循环回路中，汽包6起到了汽水分离的作用，分离出的饱和蒸汽一部分进入日用蒸汽系统C向外供热，最后回到热水井；另一部分经过热器7加热，产生过热蒸汽。
[0016]汽轮机发电系统设计中，余热锅炉产生的过热蒸汽，供汽轮机5补汽做功，带动发电机10发电，做功后的乏汽进入凝汽器11被凝结后进入热水井D。过热蒸汽出口处设有溢流阀(8)，部分过热蒸汽可直接通过其进入凝汽器11中凝结进入热水井D，起到控制汽轮机5所需过热蒸汽量的作用。
[0017]脱硫填料塔单元中，余热锅炉出口的废气进入填料塔，首先经洗涤液预喷淋装置13喷淋的碱性溶液洗涤冷却后，温度可降至60?75°C，同时可吸收废气中的一部分SO2气体和除去废气中的部分颗粒物体和油污。在填料塔的填料层(14)使用了表面负载有CrO3-SnO2催化剂的填料，用于将废气中的SO2气体催化转化成SO3气体，可有效提高船用柴油机脱硫填料塔效率。
[0018]图2设计的是一种双余热回收装置的汽轮机发电系统，并通过脱硫填料塔装置来降低废气的SOx和PM。对于大型集装箱船和超大型油轮，他们通常采取四主机双螺旋桨设计，导致相对较高的废气损失。采用双余热回收装置，充分回收余热；图2的设计，两个余热锅炉共用一个汽包6，优化船上余热锅炉布置。锅炉出口废气最后进入基于钠碱法废气洗涤脱硫系统，可有效去除废气中的SOx，由于采用有效的喷淋系统，亦可有效的降低废气中的PM以及部分NOx。
【权利要求】
1.一种船舶中速柴油机废气脱硫与废热回收联合循环系统，其特征是:主机(I)出口废气经余热锅炉(B)的过热器(7)、蒸发器(4)换热，蒸发器(4)出口蒸汽经汽包(6)汽水分离，出汽包(6)的饱和蒸汽一部分进入过热器(7)过热、产生过热蒸汽推动汽轮机(5)转动再带动发电机(10)发电，出汽包(6)的饱和蒸汽的另一部分进入日用蒸汽系统(C)，出汽包(6)的饱和水经循环泵(9)进入余热锅炉(B)，汽轮机(5)的出口蒸汽经凝汽器(11)冷凝与日用蒸汽系统的出口冷却水分别进入热水井(D)，热水井(D)的作为给水系统的水源、经给水泵(12)进入余热锅炉(B)，余热锅炉(B)的出口烟气经脱硫洗涤塔(A)洗涤去除再循环废气中的硫氧化物SOx及颗粒PM。
2.根据权利要求1所述的船舶中速柴油机废气脱硫与废热回收联合循环系统，其特征是:所述余热锅炉(B)为两个，两个余热锅炉共用一个汽包(6)。
【文档编号】B01D47/06GK104265427SQ201410386929
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年8月7日 优先权日:2014年8月7日
【发明者】冯永明, 周松, 姜孝宇, 张金钊, 张文平 申请人:哈尔滨工程大学