一种低能耗船舶尾气收水及资源利用的装置及方法与流程

本发明涉及资源与环境保护领域，尤其涉及一种低能耗船舶尾气收水及资源利用的装置及方法。

背景技术：

在世界货物运输中，远洋运输占据了很大的比例。远洋货物运输具有通行能力强、运输量大、运费低廉、对货物的适应性广等特点。目前，国际贸易总运量中的三分之二以上，我国进出口货物运输总量的90％都是利用远洋运输。

远洋船舶在远洋运输持续时间较长，船员饮用、生活及船上设备使用的淡水均通过岸边补给或在船舶上安装海水淡化装置来解决；采用岸边补给淡水时，需要根据船舶航程制定较大的淡水储存箱，占用了大量的远洋船舶的使用空间，降低了船舶的运载能力；采用海水淡化制作淡水，不仅淡水制作成本较高，且装置体积庞大，同样会降低船舶的运载能力，因此，如果实现远洋船舶低成本制取淡水，是目前远洋船舶运输面临的难题。

随着运输船舶数量的剧增，远洋船舶在运行过程中，动力装置柴油机尾气排放的污染物对大气环境和远洋环境造成的污染和危害也日趋严重。船舶柴油机燃烧排放的尾气主要以二氧化硫so2和氮氧化物no2及颗粒物为主，为了减少船舶尾气对大气环境的影响，近年来国内外一些船用设备厂商及科研院所在船舶硫氧化物、氮氧化物排放控制技术方面开展了大量的研究工作。

海水法、镁基法、钙基法及钠基法湿法脱硫技术是近年发展起来的几种较为成熟的船舶尾气治理技术，在船舶尾气治理中应用最为广泛。船舶尾气湿法脱硫装置利用天然海水或海水与脱硫剂制备成的脱硫浆液或脱硫溶液与船舶高温柴油机尾气进行反应，中和吸收烟气中的酸性气体并捕集颗粒物等污染物，从而实现船舶尾气的净化处理。

船舶尾气湿法脱硫反应过程中受气液温差影响，高温烟气将部分海水蒸发成水蒸气，随尾气排放进入大气中。完成湿法脱硫净化的船舶尾气排气温度约30-40℃，为过饱和烟气，烟气中的水蒸气含量约35-40g/nm³，因此，远洋船舶在运输过程中，柴油机尾气向环境中排放了大量的淡水资源。若能回收尾气中的淡水资源，不仅可以解决远洋船舶高昂的淡水制作成本，还能大幅降低船舶淡水储仓的体积，提高船舶的运载量。以一艘排气量20万nm³/h的中小型远洋船舶为例，湿法脱硫尾气每小时向环境中排放的淡水量约7-8吨/h，若能回收其中的30％即可实现远洋船舶淡水自给。

目前，从远洋船舶湿法脱硫尾气中回收淡水资源的技术还处于空白。

技术实现要素：

本发明提供了一种低能耗船舶尾气收水及资源利用的装置及工艺，采用两级除雾对湿法脱硫净化后的饱和烟气进行除尘、除盐，利用低温海水对烟气进行冷凝降温，将饱和烟气中的水蒸气冷凝为液态水并进行回收，产出的洁净水经澄清处理后一部分满足船上工作人员除饮用外的生活用水，一部分可用作除雾器冲洗水和其他设备或设施用水，在船舶尾气污染物净化过程中实现船舶湿法脱硫尾气水蒸气回收及资源化利用，减少远洋船舶所需携带淡水量。

具体技术方案如下：

一种低能耗船舶尾气收水及资源利用的装置，包括脱硫塔、沉淀池、清水储箱、喷淋液泵和冷却液泵；

所述脱硫塔下部侧壁或脱硫塔底部设有尾气进口，顶部设有尾气出口，塔内底部设有排液口；

脱硫塔内部且位于尾气进口上方由下至上依次设置喷淋层、一段除雾器层、二段除雾器层、除雾器冲洗层、升气盘以及冷凝层；所述喷淋液泵为喷淋层输送喷淋液，所述冷却液泵为冷凝层输送冷凝液；

所述沉淀池下部具有进水口，上部具有溢流口，底部具有排污口；所述清水储箱顶部具有入水口，底部具有出水口；

所述沉淀池的进水口与升气盘的集液槽出口连通，所述沉淀池的溢流口与清水储箱的入水口连通，所述清水储箱的出水口通过冲洗水泵连通所述除雾器冲洗层；

所述脱硫塔的排液口、冷凝层的出水口接入外排管道。

基于同样的发明构思，本发明还提供了一种低能耗船舶尾气收水及资源利用的方法，优选通过所述的低成本船舶湿法脱硫尾气制取淡水的装置实现，包括以下步骤：

(1)将船舶尾气由尾气进口通入脱硫塔内，由喷淋液泵抽取海水输送至喷淋层对船舶尾气进行净化、洗涤、降温、增湿，得到饱和湿烟气；

(2)所述饱和湿烟气进入除雾层，在一段除雾器层中去除大颗粒粉尘和含盐雾滴；在二段除雾器层进一步去除细颗粒粉尘和含盐雾滴，得到洁净饱和湿烟气；

(3)洁净饱和湿烟气穿过除雾器冲洗层、升气盘，上升至冷凝层；由冷凝液泵抽取低温海水输送至冷凝层对洁净饱和湿烟气进行降温，洁净饱和湿烟气降温达到过饱和状态，其中的水汽凝结成液态水并下落至升气盘的集液槽，由集液槽出口排入沉淀池；完成冷凝收水的尾气由脱硫塔出口排出；

(4)由集液槽排出的冷凝清水在沉淀池内进一步沉淀净化，上部洁净水溢流至清水储箱，底部沉淀物由排污口排出；

(5)所述清水储箱内的洁净水一部分用于船上人员的生活用水或其他设备用水，一部分通过冲洗水泵输送至除雾器冲洗层，对除雾器进行冲洗；除雾器冲洗水、净化船舶尾气后的海水由脱硫塔底部的排液口排出。

优选的，所述的喷淋层至少包括由下至上依次设置的一级喷淋层和二级喷淋层。

步骤(1)中，船舶尾气进入脱硫塔后，经两层海水喷淋脱硫除尘，两层喷淋器喷淋出的低温海水液滴与高温船舶尾气逆流接触，蒸发出大量淡水蒸汽，优选的，经喷淋层喷淋后，船舶尾气温度降至35-45℃，湿度达到98％以上。船舶尾气基本达到饱和状态。在喷淋洗涤过程中完成对部分尾气污染物的去除，污染物随着喷淋海水液滴下落至脱硫塔底从排液口排出塔外。

经两层喷淋脱硫除尘后的船舶尾气依次进入一段除雾器层和二段除雾器层，进行除雾收水。

优选的，一段除雾器层距离喷淋层0.5m-1.5m；一段除雾器层高度为0.2m-0.5m。

优选的，所述一段除雾器层内安装有折流板式除雾器，所述折流板式除雾器由长度不同的两种折流板等间距间隔布置而成，折流板式除雾器进口端烟气通道大于中部和出口端烟气通道。所述折流板为折叠金属片。

进一步地，所述折流板式除雾器的相邻折流板间距为10mm-30mm，折流板式除雾器相邻折流板的高度度差为10mm-150mm。

饱和湿烟气穿过折流板除雾器，在宽通道处粒径较大的颗粒粉尘在惯性力作用下与折流板叶片撞击而被捕获，粒径小的颗粒粉尘在流通截面较窄处与折流叶片发生碰撞从而被捕获，饱和湿烟气中大部分颗粒粉尘和含盐液滴得到去除。

优选的，二段除雾器层距离一段除雾器层0.5m-1.5m；二段除雾器层高度为0.2m-0.5m。

优选的，所述二段除雾器层内安装有丝网除雾器，丝网丝径为0.1mm-0.8mm。丝网材质可以为金属，也可以为非金属，其表面经过亲水处理。

一级除雾后的尾气在穿过丝网除尘器时，其所携带的细小含盐雾滴碰到除雾扁丝，被粘附或吸附下来，经过反复多次吸附形成液滴，流到除雾器的底部滴落，从而使饱和湿烟气中液滴所携带的大部分可溶性盐被去除，完成二级除雾，同时下落的液滴对一段除雾器层中的折流板除雾器进行冲洗。

优选的，除雾器冲洗层距离二段除雾器层0.3m-1.0m。

除雾器冲洗层内安装有喷淋器，所述喷淋器通过管道与所述清水储箱底部的出水口连通，该管道上安装有冲洗水泵，所述冲洗水泵将清水储箱内的清水输送至喷淋器内进行喷淋，对丝网除雾器扁丝上的固体盐分和粉尘进行冲洗清理，避免丝网除雾器因堵塞而造成二段除雾器层阻力增加，影响丝网除雾器的除尘除雾效果。

优选的，所述除雾器冲洗层的冲洗方式为间歇分区冲洗，除雾器冲洗层内液气比为0.1l/nm³-0.5l/nm³，喷嘴雾化压力为0.05mpa-0.10mpa。

完成两段除雾后的洁净饱和湿烟气穿过升气盘上升至冷凝层，在冷凝层内换热冷凝。

优选的，所述升气盘距离除雾器冲洗层0.3m-0.8m；所述冷凝层距离升气盘0.5m-1.5m。

所述的冷凝层内设置若干层折流板穿管式冷凝换热器，每层冷凝换热器高度为0.3m-1.5m；冷凝换热器的折流板厚度为0.2mm-2.0mm，相邻折流板间距为5mm-15mm。

每层冷凝换热器的进口通过管道与冷却液泵出口相连，冷凝换热器的出口与外排管道连通，冷却液在冷凝换热器管内采用上进下出，采用单循环方式换热。

优选的，单层冷凝换热器对洁净饱和湿烟气的降温幅度为0.5℃-5℃。

所述沉淀池通过管道与升气盘集液槽的出口连通，升气盘集液槽内收集的清水进入沉淀池进行沉淀净化处理，上部洁净水由沉淀池顶部出口溢流至清水储箱，底部沉淀物由底部排污口排出沉淀池外。

优选的，所述沉淀池的水力停留时间为10min-60mim，沉淀池内截面水流流速为0.2mm/s-8mm/s。

清水储箱中的清水一部分满足船上工作人员除饮用外的生活用水，一部分作为除雾器冲洗水和其他设备或设施用水，从而实现船舶湿法脱硫尾气蒸气水回收及资源利用，同时也实现了船舶尾气的治理。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明提供了一种回收船舶湿法脱硫尾气中洁净水资源的解决方案：通过对完成湿法脱硫后烟气进行两级除尘、除雾，大幅降低饱和烟气中颗粒物和溶解性盐的含量，实现回收的冷凝水杂质含量低，大幅降低回收水资源的处理成本，提高回收水资源的使用范围；

(2)本发明提供了一种低成本船舶尾气制淡水的解决方案：利用低温海水对完成湿法脱硫的饱和烟气进行冷凝降温制取淡水，经处理后的淡水可直接用于船舶航行过程的生活用水和设备用水，可避免远洋船舶携带大量生活用水而增加航行成本，实现远洋船舶在只需携带少量饮用淡水下长时间连续航行。

附图说明

图1为本发明低能耗船舶尾气收水及资源利用的装置结构示意图；其中：

1-脱硫塔，2-喷淋液泵，3-冷却液泵，4-沉淀池，5-清水储箱，6-冲洗水泵，1-1船舶尾气入口，1-2喷淋层，1-3一段除雾器层，1-4二段除雾器层，1-5除雾器冲洗层，1-6升气盘，1-7冷凝层，1-8烟囱。

具体实施方式

如图1所示，本发明低能耗船舶尾气收水及资源利用的工艺所基于的装置包括：脱硫塔1、喷淋液泵2、冷却液泵3、沉淀池4、清水储箱5和冲洗水泵6。

其中，脱硫塔1由下至上依次设置脱硫塔釜、船舶尾气入口1-1、喷淋层1-2、一段除雾器层1-3、二段除雾器层1-4、除雾器冲洗层1-5、升气盘1-6、冷凝层1-7和烟囱1-8出口。

喷淋层1-2内设若干层喷淋器，分别与喷淋液泵2连通，由喷淋液泵2泵送喷淋液，以海水作为喷淋液对船舶尾气进行脱硫。

船舶尾气由船舶尾气入口1-1进入脱硫塔1，经海水喷淋脱硫，喷淋器喷淋出的低温海水液滴与高温船舶尾气逆流接触，高温烟气中的so2、颗粒物等污染物被喷淋液滴捕集，部分海水与尾气换热蒸发出大量淡水蒸汽，完成湿法脱硫净化后的船舶尾气温度降至35-45℃，湿度达到98％以上，基本达到饱和状态。在喷淋洗涤过程中完成对部分尾气污染物的去除，污染物随着喷淋海水液滴下落至脱硫塔底由排液口排出塔外。

完成喷淋洗涤后的饱和湿烟气携少量未除尽的粉尘颗粒和含盐雾滴进入一段除雾器层1-3。一段除雾器层1-3内安装有折流板式除雾器，该折流板式除雾器由不同高度的折叠叶片等间距间隔分布组成，且两种叶片上端平齐，下端进口通道较宽。一段除雾器层1-3距离喷淋层1-2的高度为0.5m-1.5m，相邻折流板间距为5mm-20mm，进口端相邻板长度差为10mm-150mm，一段除雾器层高度为0.2m-0.5m。饱和湿烟气穿过通道由宽变窄的折流板除雾器，在宽通道处粒径较大的颗粒粉尘在惯性力作用下与折流板叶片撞击而被捕获，粒径小的颗粒粉尘在流通截面较窄处与折流叶片发生碰撞从而被捕获，饱和湿烟气中大部分颗粒粉尘和含盐液滴得到去除。

携带少量细颗粒粉尘和含盐雾滴的饱和湿烟气继续上升通过二段除雾器层1-4。二段除雾器层1-4内安装有丝网除雾器，丝网材质可以为金属，也可以为非金属，其表面经过亲水处理。二段除雾器层1-4与一段除雾器层1-3的距离为0.5m-1.5m，二段除雾器层高度为0.2m-0.5m；丝网除雾器的丝网丝径为0.1mm-0.8mm。饱和湿烟气所携带的细小含盐雾滴碰到除雾扁丝，被粘附或吸附下来，经过反复多次吸附雾滴，极小的雾滴聚结成为大的液滴，在重力作用下沿着扁丝的丝径向下运动，同时继续吸附气体中夹带的雾滴，长大的雾滴流到除雾器的底部，作为液滴落下来，从而使饱和湿烟气中液滴所携带的大部分可溶性盐被去除，同时下落的液滴在穿过一段除雾器层1-3时完成对一段除雾器层1-3中的折流板除雾器进行冲洗。

二段除雾器层1-4上方的除雾器冲洗层1-5内安装有喷淋器，该喷淋器通过管路与清水储箱5底部的出口连通，该管路上安装有冲洗水泵6，将清水储箱5内的清水输送至喷淋器内进行喷淋，清水液滴对丝网除雾器扁丝上的固体盐分和粉尘进行冲洗清理，避免丝网除雾器因堵塞而造成二段除雾层阻力增加，影响丝网除雾器的除尘除雾效果。除雾器冲洗层1-5距离二段除雾器0.3m-1.0m，冲洗方式为间歇分区冲洗，除雾器冲洗层1-5内液气比为0.1l/nm³-0.5l/nm³，喷嘴雾化压力为0.05mpa-0.10mpa。

完成两段除雾后的洁净饱和湿烟气穿过升气盘1-6上升至冷凝层1-7。冷凝层1-7内设置若干层折流板穿管式冷凝换热器，每层冷凝换热器进口通过管道与冷却液泵3出口相连，冷凝换热器出口与外排管道连通，冷却液在冷凝换热器管内采用上进下出、单循环方式换热。洁净饱和湿烟气在冷凝换热器表面与换热器管内的冷液间接换热降温，洁净饱和湿烟气中水蒸汽凝结成细小液滴，被冷凝换热器的折流叶片捕获，下落至升气盘1-6的收集槽内，由于船舶脱硫尾气经过多次除尘除雾，冷凝回收的水为洁净水，在重力作用下溢流至沉淀池4做进一步净化处理。升气盘1-6位于除雾器冲洗层1-5上方0.3m-0.8m，冷凝层1-7位于升气盘1-6上方0.5m-1.5m。冷凝换热器的金属折流板厚度为0.2mm-2.0mm，相邻折流板间距为5mm-15mm，每层冷凝换热器高度为0.3m-1.5m。采用海水作为冷却液，单层冷凝换热器对脱硫尾气的温降幅度为0.5℃-5℃。

沉淀池4通过连通管路与升气盘1-6的冷凝水出口连接，升气盘1-6收集槽内收集的洁净水进入沉淀池4进行沉淀净化处理，清水由沉淀池4顶部出口溢流至清水储箱5，底部沉淀物由底部排污口排出沉淀池4外。沉淀池4的水力停留时间为10min-60mim，沉淀池4截面水流流速为0.2mm/s-8mm/s。

清水储箱5中的清水一部分满足船上工作人员除饮用外的生活用水，一部分作为除雾器冲洗水和其他设备或设施用水，从而实现船舶湿法脱硫尾气蒸气水回收及资源利用。

以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。