本发明涉及船舶环保技术，具体涉及一种船用二氧化碳捕集预处理系统及其工作原理。
背景技术：
1、随着全球气候变化的日益严峻，减少温室气体排放已成为全球共识。船舶作为重要的交通运输工具，其排放的二氧化碳对大气环境产生了显著影响。国际海事组织逐步推出基于技术与市场相结合的中短期碳减排措施，采用船上二氧化碳捕集技术将成为减轻船东履约压力的可选路径之一。目前可用的技术路线有化学吸收法、物理吸收法、吸附法、膜分离法、低温分离法等，当前国内外研发的船上碳捕集主流设备多采用醇胺吸收法，但该方法存在系统复杂、空间占有高、投资大、能耗高等问题，且未考虑船用新燃料应用带来的新问题。因此，开发高效的船用二氧化碳捕集系统对于实现航运业的绿色低碳发展具有重要意义。
技术实现思路
1、本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种船用二氧化碳捕集预处理系统，能够对从船舶排放的废气进行处理，提升废气的洁净度和二氧化碳的浓度，降低二氧化碳捕集系统的废气处理量，以减少二氧化碳捕集系统的体积和运行能耗，使其较常规二氧化碳捕集系统能耗大幅下降，实现绿色减碳。
2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种船用二氧化碳捕集预处理系统，其创新点在于：包括船用柴油发动机尾气二氧化碳捕集预处理系统和船用天然气发动机尾气二氧化碳捕集预处理系统；所述船用柴油发动机尾气二氧化碳捕集预处理系统包括相互串联的脱硝单元、脱硫降温单元、除尘单元、除水单元、增压风机、二氧化碳捕集系统、制氧单元和循环尾气单元；所述船用天然气发动机尾气二氧化碳捕集预处理系统包括相互串联的脱硝单元、冷却降温单元、增压风机、二氧化碳捕集系统、制氧单元和循环尾气单元；所述循环尾气单元包括循环尾气管路、循环尾气调节阀和循环尾气止回阀。
3、进一步的，所述脱硝单元包括scr反应器、尿素溶液柜、尿素泵。
4、进一步的，所述脱硫降温单元包括脱硫塔、海水泵、循环水箱、冷却水管路、补水管路、杂质处理单元以及相关的阀门；所述杂质处理单元包括一级分离器供水泵、一级分离器、干燥器、中间储液箱、二级分离器、二级分离器供水泵和控制系统。
5、进一步的，所述除尘单元包括除尘装置、冲洗水泵和灰水排放管路；所述除尘装置主要包括壳体、供电及绝缘单元、阴极顶部固定装置、阴极线固定梁、阴极线、阳极固定装置、阳极管组、阴极底板固定锁紧装置以及冲洗装置。
6、进一步的，所述除水单元包括除水装置和排水管路；所述除水装置分为冷凝除水单元和吸附除水单元两个模块，主要包括冷媒压缩机、油水分离器、冷凝器、储液器、除水器、气水分离器、吸附器a、吸附器b、真空泵以及相关阀门管道。
7、进一步的，所述制氧单元包括制氧机风机、制氧机、氧气调节阀、减压阀、氧气止回阀、空气止回阀以及相关管路。
8、进一步的，所述冷却降温单元包括水冷却器、海水泵、循环水箱、冷却水管路、补水管路、风冷却器、排水管路以及相关的阀门。
9、一种船用二氧化碳捕集预处理系统的工作原理，其创新点在于：包括船用柴油发动机尾气二氧化碳捕集预处理系统的工作原理和船用天然气发动机尾气二氧化碳捕集预处理系统的工作原理。
10、进一步的，所述船用柴油发动机尾气二氧化碳捕集预处理系统的工作原理包括以下步骤：
11、s1、柴油发动机产生的废气内含有一定量的氮氧化物、二氧化硫、烟尘、水分，废气进入到到脱硝单元进行脱硝，根据nox传感器反馈结果和排放指标要求，尿素泵从尿素溶液柜抽取尿素溶液输送至scr反应器，喷入一定量的尿素溶液，使废气中的nox在催化剂的作用下被还原成氮气和水；脱硝单元可根据排放数据及排放指标实时智能化运行，优先利用船舶原有脱硝单元；
12、s2、脱硝后的废气进入脱硫降温单元，循环水箱存储一定量的海水，通过海水泵进入脱硫塔，在除去废气中的s02同时，对废气进行降温；冷却水管路在循环水箱内形成换热盘管，可将循环水的热量带走，使海水保持在恒定适宜的温度；当循环水箱内水量不足时，由补水管路补充新鲜洁净的海水；杂质处理单元可实时将循环水箱内的灰分、油分、漂浮物等杂质分离、压缩、储存，维持循环水质符合工作要求；脱硫降温单元控制海水泵、冷却水、补充水的流量，使整个单元保持热平衡并使废气中的s02含量符合二氧化碳捕集系统的要求。
13、s3、常温废气进入除尘单元，除尘单元对废气进行除尘、除水，可使废气中的颗粒物含量小于1mg/m3；且与脱硫降温单元共用循环水箱，收集到的灰水一并进行处理；
14、s4、洁净的废气进入除水装置，除水装置通过冷凝或吸附的方式可将废气中的含水率降至二氧化碳捕集系统所允许的水平，分离出的水分经排水管路排至循环水箱，废气输送至增压风机；
15、s5、增压风机可将小部分洁净废气增至二氧化碳捕集系统所需的压力，在二氧化碳捕集系统中进行捕集、存储、利用；控制增压风机的流量，废气额定流量的20％；大部分洁净废气通过循环尾气调节阀的控制，返回至柴油发动机进气口，在循环尾气管路和柴油发动机进气管路连接处前有循环尾气止回阀，使得循环尾气只能由除水装置后方流向柴油发动机进口；循环尾气调节阀根据流量反馈可实时调节阀门开度，以达到控制循环气体流量的目的；
16、s6、与此同时，制氧单元将一定流量和浓度的氧气通入柴油发动机吸气管路，与循环废气、空气混合成柴油发动机的吸入气体；制氧机风机提供一定流量、压力的空气供制氧机使用，制氧机采用vpsa低能耗制氧技术，氧气浓度90％以上，氧气调节阀可精确控制氧气流量，并能根据系统命令迅速对其进行调节；减压阀可将氧气压力减至常压，使其不对柴油发动机吸气造成影响，防止空气止回阀无法打开；空气止回阀可保证氧气和循环废气只能向柴油发动机流动。
17、进一步的，所述船用天然气发动机尾气二氧化碳捕集预处理系统的工作原理包括以下步骤：
18、s1、天然气发动机产生的废气内含有一定量的氮氧化物、水分，废气进入到到脱硝单元进行脱硝，根据nox传感器反馈结果和排放指标要求，尿素泵从尿素溶液柜抽取尿素溶液输送至scr反应器，喷入一定量的尿素溶液，使废气中的nox在催化剂的作用下被还原成氮气和水；脱硝单元可根据排放数据及排放指标实时智能化运行，优先利用船舶原有脱硝单元；
19、s2、脱硝后的废气进入冷却降温单元，循环水箱存储一定量的海水，通过海水泵进入水冷却器，使废气从300℃以上将至几十℃甚至环境温度；冷却水管路在循环水箱内形成换热盘管，可将循环水的热量带走，使海水保持在恒定适宜的温度；当循环水箱内水量不足时，由补水管路补充新鲜洁净的海水；经水冷却器冷却后的废气进入风冷却器，再进一步降温，可使废气中的部分水分液化析出，经由排水管路返回循环水箱，同时废气输送至增压风机；
20、s3、增压风机可将小部分洁净废气增至二氧化碳捕集系统所需的压力，在二氧化碳捕集系统中进行捕集、存储、利用；控制增压风机的流量，废气额定流量的20％；大部分洁净废气通过循环尾气调节阀的控制，返回至柴油发动机进气口，在循环尾气管路和柴油发动机进气管路连接处前有循环尾气止回阀，使得循环尾气只能由除水装置后方流向柴油发动机进口；循环尾气调节阀根据流量反馈可实时调节阀门开度，以达到控制循环气体流量的目的；
21、s4、与此同时，制氧单元将一定流量和浓度的氧气通入柴油发动机吸气管路，与循环废气、空气混合成柴油发动机的吸入气体；制氧机风机提供一定流量、压力的空气供制氧机使用，制氧机采用vpsa低能耗制氧技术，氧气浓度90％以上，氧气调节阀可精确控制氧气流量，并能根据系统命令迅速对其进行调节；减压阀可将氧气压力减至常压，使其不对柴油发动机吸气造成影响，防止空气止回阀无法打开；空气止回阀可保证氧气和循环废气只能向柴油发动机流动。
22、采用上述结构后，本发明有益效果为：
23、本发明通过精确控制空气、氧气、循环废气三者的流量和配比，在不影响发动机正常工作的前提下，实现排放废气流量大幅度减少和废气中二氧化碳浓度的提升，从而大大降低了后方二氧化碳捕集系统的处理量和处理难度，进一步降低二氧化碳捕集系统一次性投资和运行费用。以250kw船用柴油机为例，其废气流量约为1500nm3/h，若仅将其中20％的废气送入二氧化碳捕集系统，而将剩余的80％废气进行增氧混合处理，再循环进入柴油机运行，通过以下理论计算来验证本发明的有益效果。