船舶中速柴油機廢氣脫硫與廢熱回收聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的是一種船舶中速柴油機廢氣脫硫與廢熱回收聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)。主機出口廢氣經(jīng)余熱鍋爐的過熱器、蒸發(fā)器換熱，蒸發(fā)器出口蒸汽經(jīng)汽包汽水分離，飽和蒸汽一部分進入過熱器過熱、產(chǎn)生過熱蒸汽推動汽輪機轉(zhuǎn)動再帶動發(fā)電機發(fā)電，另一部分進入日用蒸汽系統(tǒng)，出汽包的飽和水經(jīng)循環(huán)泵進入余熱鍋爐，汽輪機的出口蒸汽經(jīng)凝汽器冷凝與日用蒸汽系統(tǒng)的出口冷卻水分別進入熱水井，熱水井經(jīng)給水泵進入余熱鍋爐，余熱鍋爐的出口煙氣經(jīng)脫硫洗滌塔洗滌去除再循環(huán)廢氣中的硫氧化物SOx及顆粒PM。本發(fā)明在有效提高發(fā)動機廢熱能量利用效率的基礎(chǔ)上，亦可實現(xiàn)柴油機SOx和PM的超低排放。
【專利說明】船舶中速柴油機廢氣脫硫與廢熱回收聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種船用柴油機廢熱回收與脫硫聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]能源問題一直是經(jīng)濟發(fā)展中一個頭等重要問題。國際海事組織MO新進修改的EEDI (Energy Efficiency Design Index,新船能效設(shè)計指數(shù))規(guī)則對減少排放、降低船舶運營成本的要求日益提高，船舶低能量利用效率，除了將面對高額的燃料費用外，還將面對額外的罰金，以補償對環(huán)境的破壞。因此，有效的降低船舶能耗和排放刻不容緩。船舶直接耗用燃料的設(shè)備是柴油主機、輔機和輔助鍋爐等。其中，主機所耗能量比例最多，燃料燃燒所發(fā)出的全部熱量，只有一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功，其余都是廢熱，廢熱回收系統(tǒng)可以有效利用排氣能量，并產(chǎn)生相當于主機功率11%的電力輸出。如果能夠利用主機廢氣進行發(fā)電或作為輔助設(shè)備熱源提供蒸汽，則可以替代部分輔機和輔助鍋爐，同時達到節(jié)能和減排的效果。因此充分回收船舶主機的余熱，意義重大。
[0003]船舶大功率中速機不僅可用于船舶推進，亦廣泛應用于陸用發(fā)電，為有效降低使用成本而大量采用高硫的重質(zhì)燃料油HF0，采用米勒循環(huán)并輔以內(nèi)部EGR措施亦可有效降低NOx排放，但廢氣中硫氧化物SOx如果不采取機外措施，勢必造成環(huán)境污染。目前脫硫方法有許多，其中采用鈉堿法脫硫效果好、效率高。這是由于鈉堿化合物對SO2氣體吸收能力強，生成的鈉鹽溶解度大，具有將吸收化合物保持在溶液內(nèi)的能力，可避免吸收設(shè)備內(nèi)的結(jié)垢和淤塞。廢氣洗滌脫硫填料塔作為一種吸收分離的傳質(zhì)設(shè)備，具有效率高、壓降低、持液量小、構(gòu)造簡單、安裝容易、等優(yōu)點已被廣泛應用。
[0004]船舶中速柴油機船舶柴油機廢氣的平均溫度排溫一般在300°C以上，經(jīng)鍋爐后廢氣溫度一般能降到170°C。研究發(fā)現(xiàn)，隨著入口廢氣溫度的升高，填料塔脫硫技術(shù)的脫硫效率將會降低，當溫度達到190°C以上時脫硫效率幾乎為零。因此，廢氣進入廢氣洗滌脫硫填料塔入口處先經(jīng)噴淋冷卻降溫到60?75°C，有利于SO2的吸收，并將廢氣中的SO2催化轉(zhuǎn)化成SO3，與脫硫填料塔內(nèi)的吸收液反應后生成穩(wěn)定的S042_，脫硫效果較高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種既能夠降低柴油機排放又能夠達到余熱回收效果的船舶中速柴油機廢氣脫硫與廢熱回收聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0007]主機I出口廢氣經(jīng)余熱鍋爐B的過熱器7、蒸發(fā)器4換熱，蒸發(fā)器4出口蒸汽經(jīng)汽包6汽水分離，出汽包6的飽和蒸汽一部分進入過熱器7過熱、產(chǎn)生過熱蒸汽推動汽輪機5轉(zhuǎn)動再帶動發(fā)電機10發(fā)電，出汽包6的飽和蒸汽的另一部分進入日用蒸汽系統(tǒng)C，出汽包6的飽和水經(jīng)循環(huán)泵9進入余熱鍋爐B，汽輪機5的出口蒸汽經(jīng)凝汽器11冷凝與日用蒸汽系統(tǒng)的出口冷卻水分別進入熱水井D，熱水井D的作為給水系統(tǒng)的水源、經(jīng)給水泵12進入余熱鍋爐B，余熱鍋爐B的出口煙氣經(jīng)脫硫洗滌塔A洗滌去除再循環(huán)廢氣中的硫氧化物SOx及顆粒PM。
[0008]本發(fā)明提出了一種既能夠降低柴油機排放又能夠達到余熱回收效果的聯(lián)合系統(tǒng)。本發(fā)明是在船舶中速柴油機中加裝廢氣脫硫(SOx)洗滌裝置，同時再加裝廢熱回收(WHR)高效聯(lián)合循環(huán)裝置回收柴油機廢氣余熱的聯(lián)合系統(tǒng)。在有效提高發(fā)動機廢熱能量利用效率的基礎(chǔ)上，亦可實現(xiàn)柴油機SOx和PM的超低排放。
[0009]本發(fā)明包括主機、余熱鍋爐、脫硫填料塔、汽輪機等。在廢氣脫硫(SOx)洗滌裝置中采用鈉堿法脫硫洗滌技術(shù)，有效去除再循環(huán)廢氣中的硫氧化物SOx及顆粒PM等其它沉積物；由于這種洗滌裝置對入口廢氣溫度要求降低，對與船舶中速柴油機來說，廢氣的平均溫度一般在300°C以上，故又加裝廢熱回收(WHR)高效聯(lián)合循環(huán)裝置，將降低廢氣溫度到160°C左右，既提高廢氣回收的能量，又降低了填料塔廢氣入口溫度。廢熱回收裝置中，利用蒸汽推動汽輪機進行發(fā)電或作為輔助設(shè)備熱源提供蒸汽，達到節(jié)能和減排的效果，有效的提高了發(fā)動機廢熱的利用率。
[0010]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明提出采用WHR余熱鍋爐蒸汽發(fā)電系統(tǒng)以回收廢熱，同時有效降低了廢氣的溫度，在此基礎(chǔ)上，配合應用基于鈉堿法廢氣洗滌脫硫系統(tǒng)，可有效去除廢氣中的SOx，由于采用有效的噴淋系統(tǒng)，亦可有效的降低廢氣中的PM以及部分NOx,因此，基于此聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，不僅可有效去除廢氣中的SOx和PM，同時亦可通過廢熱回收系統(tǒng)有效提高整個動力系統(tǒng)的能量利用效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為基于廢熱回收(WHR)高效聯(lián)合循環(huán)與廢氣脫硫(SOx)實現(xiàn)船舶中速柴油機動力系統(tǒng)能量利用和降低廢氣中SOx和PM排放的系統(tǒng)示意圖。
[0012]圖2是一種雙螺旋槳推進柴油機裝置的單壓廢氣渦輪系統(tǒng)，并通過脫硫填料塔裝置來降低廢氣進行SOx和PM排放的系統(tǒng)示意圖。

【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行進一步詳細說明。圖1和圖2中個符號的含義為:1、主機；2、增壓器；3、渦輪；4、蒸發(fā)器；5、汽輪機；6、汽包；7、過熱器；8、調(diào)節(jié)閥；9、循環(huán)泵；10、發(fā)電機；11、凝汽器；12、給水泵；13、洗滌液預噴淋裝置；14、高溫噴淋系統(tǒng)；15、填料層；16、除霧器；17、清洗系統(tǒng);A、脫硫洗滌塔；B、余熱鍋爐；C、日用蒸汽系統(tǒng)；D、熱水井。
[0014]圖1中的柴油機主機產(chǎn)生的廢氣經(jīng)過廢氣鍋爐用來回收余熱。圖1中的脫硫填料塔用于降低鍋爐出口處廢氣的SOx和PM排放。
[0015]廢熱回收(WHR)高效聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)中，給水泵12從熱水井抽水，經(jīng)余熱鍋爐中的預熱器預熱，再經(jīng)過蒸發(fā)器4加熱蒸發(fā)；在產(chǎn)生飽和蒸汽的循環(huán)回路中，汽包6起到了汽水分離的作用，分離出的飽和蒸汽一部分進入日用蒸汽系統(tǒng)C向外供熱，最后回到熱水井；另一部分經(jīng)過熱器7加熱，產(chǎn)生過熱蒸汽。
[0016]汽輪機發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計中，余熱鍋爐產(chǎn)生的過熱蒸汽，供汽輪機5補汽做功，帶動發(fā)電機10發(fā)電，做功后的乏汽進入凝汽器11被凝結(jié)后進入熱水井D。過熱蒸汽出口處設(shè)有溢流閥(8)，部分過熱蒸汽可直接通過其進入凝汽器11中凝結(jié)進入熱水井D，起到控制汽輪機5所需過熱蒸汽量的作用。
[0017]脫硫填料塔單元中，余熱鍋爐出口的廢氣進入填料塔，首先經(jīng)洗滌液預噴淋裝置13噴淋的堿性溶液洗滌冷卻后，溫度可降至60?75°C，同時可吸收廢氣中的一部分SO2氣體和除去廢氣中的部分顆粒物體和油污。在填料塔的填料層(14)使用了表面負載有CrO3-SnO2催化劑的填料，用于將廢氣中的SO2氣體催化轉(zhuǎn)化成SO3氣體，可有效提高船用柴油機脫硫填料塔效率。
[0018]圖2設(shè)計的是一種雙余熱回收裝置的汽輪機發(fā)電系統(tǒng)，并通過脫硫填料塔裝置來降低廢氣的SOx和PM。對于大型集裝箱船和超大型油輪，他們通常采取四主機雙螺旋槳設(shè)計，導致相對較高的廢氣損失。采用雙余熱回收裝置，充分回收余熱；圖2的設(shè)計，兩個余熱鍋爐共用一個汽包6，優(yōu)化船上余熱鍋爐布置。鍋爐出口廢氣最后進入基于鈉堿法廢氣洗滌脫硫系統(tǒng)，可有效去除廢氣中的SOx，由于采用有效的噴淋系統(tǒng)，亦可有效的降低廢氣中的PM以及部分NOx。
【權(quán)利要求】
1.一種船舶中速柴油機廢氣脫硫與廢熱回收聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，其特征是:主機(I)出口廢氣經(jīng)余熱鍋爐(B)的過熱器(7)、蒸發(fā)器(4)換熱，蒸發(fā)器(4)出口蒸汽經(jīng)汽包(6)汽水分離，出汽包(6)的飽和蒸汽一部分進入過熱器(7)過熱、產(chǎn)生過熱蒸汽推動汽輪機(5)轉(zhuǎn)動再帶動發(fā)電機(10)發(fā)電，出汽包(6)的飽和蒸汽的另一部分進入日用蒸汽系統(tǒng)(C)，出汽包(6)的飽和水經(jīng)循環(huán)泵(9)進入余熱鍋爐(B)，汽輪機(5)的出口蒸汽經(jīng)凝汽器(11)冷凝與日用蒸汽系統(tǒng)的出口冷卻水分別進入熱水井(D)，熱水井(D)的作為給水系統(tǒng)的水源、經(jīng)給水泵(12)進入余熱鍋爐(B)，余熱鍋爐(B)的出口煙氣經(jīng)脫硫洗滌塔(A)洗滌去除再循環(huán)廢氣中的硫氧化物SOx及顆粒PM。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶中速柴油機廢氣脫硫與廢熱回收聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，其特征是:所述余熱鍋爐(B)為兩個，兩個余熱鍋爐共用一個汽包(6)。
【文檔編號】B01D47/06GK104265427SQ201410386929
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】馮永明, 周松, 姜孝宇, 張金釗, 張文平 申請人:哈爾濱工程大學