采用湿法清洁来自船舶发动机的废气的方法和设备与流程

1.本发明涉及一种采用湿法清洁来自船舶发动机的废气的方法和设备。


背景技术：

2.在水上运输中，特别是对于货物或乘客的运输中，船舶和船的推进发动机是重要的污染源，尤其是二氧化硫(so2)的主要来源，二氧化硫是酸雨的主要来源。二氧化硫的排放与确保船舶推进的柴油发动机使用的燃料中存在硫有关。国际海事组织(imo)是寻求限制船舶排放到大气中的废气的二氧化硫的排放量的法规的源头：目前，这一限制相当于将燃料的硫含量限制在0.5％(按重量计)的范围内，这一限制在未来将达到相当于0.1％(按重量计)的硫含量。为了遵守这些限制，可以考虑两种主要解决方案：要么使用含硫量极低的燃料，要么使用含硫量较高的燃料，并实施处理系统以消除船舶发动机中燃料燃烧产生的二氧化硫。
3.替代方案是存在的，比如基于使用液化气体或甲醇为燃料的发动机。然而，这些替代方案包括存储和安全等缺点，这些缺点尤其限制了液化气体的使用。在实践中，为推进发动机使用柴油的船配备处理这些发动机排放的废气的处理系统，而不是将这些发动机替换为使用污染较少的燃料的发动机，这对船东是更有利的。
4.此类废气处理系统最常用的技术是湿法清洁，该技术包括使用嵌入船的洗涤器，洗涤器中分散了特殊的清洁液，该清洁液通常以海水为基础，清洁液的天然碱度用于中和二氧化硫。随后，在本文的其余部分中，这种洗涤液被称为“水”，应当理解的是，该术语“水”对应于液态的含水液体，用于清洁洗涤器中的废气，这种水通常是海水，在水中可能已加入中和剂，例如氢氧化钠(naoh)、氧化镁(mgo,mg(oh)2)或石灰(ca(oh)2)，并且水中还可能含有因清洁废气而产生的盐类和其他固体的盐类。这些水在洗涤器内部的顶部喷洒，而需要清洁的废气则进入洗涤器内部的底部：喷出的水以雨水的形式在洗涤器中下落，与上升的废气相遇，废气与水接触，水通过转化废气含有的污染物，特别是二氧化硫，来清洁废气。这种湿法清洁设备的优点是操作简单，产生的压降保持在较低水平。
5.然而，这些雨水洗涤器可能会遇到空间问题，因为这些雨水需要大约几秒钟的接触时间，以确保喷洒的水滴和待清洁的废气之间的充分的转化。一旦待捕获量很大，特别是待捕获的二氧化硫的量很大，洗涤器必须具有很高的高度，例如大约十米。然而，船的盈利能力与其拥有的可用空间有关，因此洗涤器的此类尺寸可能是不利的。
6.另一个问题与洗涤器内废气的气流有关，因为这种气流的不均匀性通常会导致洗涤性能变弱。此外，高洗涤器的间接后果是在洗涤器内上升的废气的速度分布趋向于更大的非均匀性，尤其是当待处理的废气流量很大时。图12说明了这个问题，该图显示了废气分布不良对洗涤性能的影响：在图12中，洗涤性能表示为ln([so2]i/[so2]o)，其中[so2]i表示进入洗涤器的废气中的二氧化硫的浓度，[so2]o表示离开洗涤器的废气中的二氧化硫的浓度，该洗涤性能作为流入洗涤器的废气的不均匀分布率的函数进行评估，这种类型的不均匀分布以比值sigma/mu表示，sigma表示在洗涤器的中间水平面中废气速度的垂直分量
的标准差，mu表示该垂直分量的平均值。图12说明了在洗涤器中的废气的均匀的气动分布能够获得良好的洗涤性能。
[0007]
针对与船用洗涤器相关的这些问题已经提出了解决方案。因此，在技术上可以使用带多孔板或泡罩的内部布置，但由这些布置引起的压降太高。同样，洗涤器的内部可以设置有结构化填料或随机填料，但与几乎空置的洗涤器，也就是说没有这类衬里式的洗涤器相比较，压降是很大的，会发生结垢甚至堵塞。us2009/151563提供了这样的一个例子。
[0008]
文献cn105,817,121，没有具体涉及船用洗涤器领域，其公开了一种用于废气的湿法清洁的方法和装置。待清洁的废气进入洗涤器的下部并在洗涤器内上升，同时水在洗涤器内扩散并以雨水的形式在洗涤器中下落，雨水与废气相向运动。洗涤器内部设有板，同时将洗涤器分成两个独立的隔间，即废气进入的洗涤器的下隔室和雨水扩散的上隔室。该板占据洗涤器的整个横截面并且是倾斜的，使得雨水一旦落在板的上表面上，就会流到板的下端边缘，所有的水都在该下端边缘被收集到在洗涤器外部的反应器中。在该反应器中，水中的亚硫酸盐被氧化成硫酸盐，然后酸化的水返回到洗涤器的底部以供应雨水的扩散。上述板设有连接板的上、下表面的穿孔。每个穿孔都装有一个管状导管，该导管与穿孔的上开口接壤，并从板的上表面垂直升起，同时该导管被焊接到板上。这些管状导管向内引导废气气流通过板，同时这些管状导管形成障碍物，以防止废气接触板上表面的水。


技术实现要素：

[0009]
本发明的目的是提出一种雨水式的船用洗涤器的改进方案，该方案在简单且经济的同时还能够改进该洗涤器的清洁性能。
[0010]
为此，本发明涉及一种采用湿法清洁船舶发动机的废气的方法，该方法如权利要求1中所定义。
[0011]
本发明还涉及采用湿法清洁来自船舶发动机的废气的设备，该设备如权利要求3中所定义。该设备能够执行如上定义的方法。
[0012]
由于本发明，分配装置的主体执行双重功能，即一方面主体使该分配装置下游的废气速度分布均匀化，换言之，在主体上方废气的速度均匀分布，另一方面，主体有助于洗涤通过该主体的废气。事实上，废气速度分布的均化效应是由主体产生的压降引起的：导管将废气供应到洗涤器的下部，来自导管的废气在洗涤器内部上升并到达主体的下表面，在下表面，废气被迫通过主体的穿孔继续向上扩散，这是通过与主体上方扩散的喷雾接触来很好地清洁主体下游废气的标志。由于这些穿孔的单个的和集体的尺寸，该压降的值受到控制，例如该压降的值在50pa至800pa之间，该值远小于由板或衬里式的布置引起的压降值。对废气洗涤的贡献作用是由于水从布置在洗涤器上部的特殊扩散装置以雨水的形式落下并在主体上流动而产生的：主体的上表面不是水平的，而是倾斜的，使得水流在重力作用下流过主体，同时形成水膜覆盖主体的上表面，部分地包括主体的穿孔的上开口。本发明规定，主体的穿孔的单个的尺寸和集体的尺寸是确定的，使得穿孔中废气的速度在5m/s到25m/s之间，优选地在10m/s到15m/s之间：因此，除了少量的水可能会形成有限的滴落外，流过主体上表面的水膜的水不能通过穿孔向下流动，相反，这些水以射流的形式部分向上喷射，这些射流是由穿孔中的废气气流与上述水膜相遇产生的。在这些射流中增加了气液转化，这相当于说在这些射流中加强了对废气的洗涤。因此，本发明可以理解为使用所提供的
主体使通过该主体的废气的速度分布均匀化，也可以理解为有助于气液转化，尤其是捕获废气中存在的二氧化硫。因此，根据本发明的设备具有显着的清洁性能，因为提高了洗涤的效率，从而可以控制甚至降低洗涤器的高度。
[0013]
在其他权利要求中详细说明了根据本发明的方法和设备的另外的有利特征，已经注意到安排给该设备的特征是适用于该方法的，且反之亦然。
附图说明
[0014]
通过阅读仅作为示例提供并参考附图完成的以下描述，将更好地理解本发明，其中：
[0015]
[图1]图1是本发明的清洁装置并实施本发明的清洁方法的示意图；
[0016]
[图2]图2是沿图1的ii
‑
ii线的示意性截面图；
[0017]
[图3]图3是与图2类似的视图，示出了设备的变体；
[0018]
[图4]图4是与图2类似的视图，示出了设备的另一个变体；
[0019]
[图5]图5是与图1类似的视图，部分地示出了设备的另一个变体；
[0020]
[图6]图6是沿图5的vi
‑
vi线的示意性截面图；
[0021]
[图7]图7是与图1类似的视图，部分地示出了设备的又一个变体；
[0022]
[图8]图8是沿图7的viii
‑
viii线的示意性截面图；
[0023]
[图9]图9是与图1类似的视图，部分地示出了设备的又一个变体；
[0024]
[图10]图10是与图9类似的视图，示出了设备的又一个变体；
[0025]
[图11]图11是与图1类似的视图，部分地示出了设备的又一个变体；以及
[0026]
[图12]图12是示出上文已经讨论过的洗涤性能的曲线图。
具体实施方式
[0027]
图1和图2示出了一种设备，该设备能够对由柴油发动机排放的废气1进行清洁、特别是脱硫，所述柴油发动机推进所述设施所在的海船。废气1包含各种污染物，包括二氧化硫(so2)。
[0028]
在图1和图2的设备中，来自上述发动机的排气口并且可能已经经过预先脱氮和/或除尘的废气1通过导管200被引入洗涤器100。
[0029]
如图1和图2示意性示出，洗涤器100总体上呈塔状，洗涤器在运行时竖直纵向延伸。洗涤器100在下部具有底部101，洗涤器的侧壁102从底部101升出，终止于顶部103。洗涤器100的侧壁102限定中心的几何轴线并界定洗涤器100的横截面：当洗涤器100运行时，上述几何轴线竖直延伸并且上述横截面是水平的。如图2中清楚地示出，在图1和图2的实施例中，洗涤器100的横截面是圆形的，但是如下文所示，这种几何形状不限制本发明。作为示例，侧壁102的内径在2m到8m之间。
[0030]
如图1中清楚地示出，导管200在洗涤器100的下部中横向开口，换言之，略高于洗涤器100的底部101。因此，洗涤器100中的导管200的口部比洗涤器100的顶部103竖直地更接近于底部101处，并且如图2清晰可见，口部通过侧壁102界定，同时口部仅占据洗涤器100的有限周边部分。
[0031]
在运行中，洗涤器100下部的导管200提供的废气1在洗涤器100内向上从洗涤器的
底部101到洗涤器的顶部103流动。
[0032]
如图1示意性示出，洗涤器100向内设置有液体扩散装置300，液体扩散装置设置在洗涤器的顶部，并且特别地至少部分地位于比底部101竖直地更接近顶部103处。该液体扩散装置300被设置来供给水10，并且被设计成，例如通过喷洒，将这种水在洗涤器100内以雨水p的形式扩散，也就是说，以水滴的形式在洗涤器100内向下下落。
[0033]
液体扩散装置300使用了一种已知的技术，在此不再详细描述。因此，液体扩散装置300的实施例不限制本发明，因为该液体扩散装置在洗涤器100内部产生的雨水p基本上覆盖了液体扩散装置300下方的该洗涤器的整个横截面。
[0034]
如图1和图2示意性示出，洗涤器100还向内设置有分配装置400，该分配装置竖直地位于导管200的口部和液体扩散装置300之间。分配装置400因此容纳在洗涤器100的自由容积中，自由容积定界在导管200的口部和液体扩散装置300之间，注意到分配装置400占据该自由容积的很小一部分，自由容积的其余部分是空置的，或更一般地说，基本上是空置的，因为自由容积内没有衬里或类似的内部结构，但也不排除内部周期性发展的存在，这些内部周期性发展不会实质性地贯穿洗涤器延伸。
[0035]
分配装置400被设计成在洗涤器100的横截面上基本均匀地分配洗涤器中向上流动的废气。为此，分配装置400包括主体401，该主体布置穿过洗涤器100内部的废气向上流动的气流。更具体地，主体401设置有上表面401a和下表面401b，雨水p落在上表面上，下表面被来自导管200的在洗涤器100中上升的废气触及，在洗涤器中上升的废气在图1中被标记为2。应当理解的是，在导管2中流动的废气1在进入洗涤器100并且一旦这些废气位于洗涤器100内部的主体101的上游之后，也就是说，位于导管200的口部与主体401的下表面401b之间之后，废气1组成了废气2。同样地，应当理解的是，由于，在分配装置400外，洗涤器100的内部容积基本上是空置的，因此到达主体401的上表面401a的水直接且排他地来自于由液体扩散装置300喷洒的雨水p。此外，主体401设置有将主体401的上表面401a和下表面401b彼此连接的穿孔402：这些穿孔402允许废气2，即在洗涤器100中向上流动的废气，从导管200的口部流动到主体401的下表面401b，并穿过主体401以到达上表面401a，从该上表面流出的被标记为3的废气继续向上流向液体扩散装置300。这里需要再次理解的是，在这些废气已经通过主体的穿孔402穿过主体401之后，废气2组成了废气3，因此这些废气3位于洗涤器100内部的主体101的下游，也就是说，在主体401的上表面401a和液体扩散装置300之间。雨水p与在洗涤器100内上升的废气3相向流动，使得在与形成雨水p的水的接触中，这些废气3通过将这些废气包含的污染物尤其是废气中所含的二氧化硫转化到该水中而被清洁。被如此清洁的废气标记为4，通过洗涤器的顶部103从洗涤器100排出。
[0036]
分配装置400的主体401导致在洗涤器中流动的废气的压降。该压降可以在50pa至800pa之间，优选在100pa至400pa之间，以确保紧接主体401下游即在洗涤器100内部的主体401上方的废气的速度分布均匀化。应当注意的是，如果没有这种压降，则在洗涤器100的整个高度上会出现废气2的气动分布不均，特别是废气1由导管200相对于洗涤器100侧向进入造成的气动分布不均，甚至气动分布不均随着废气进入液体扩散装置300而趋于恶化，因为雨水p的雨滴趋向于在洗涤器的一侧推开废气，以便更容易地在另一侧流动。相反地，由主体401引起的压降修正了在主体401的下游的废气2的气动分布不均，同时矫正了废气3的速度分布，使得这些废气3在洗涤器100的横截面上基本上均匀地分布。因此有效地完成了废
气3的洗涤：特别地，废气3的清洁速率是被控制的，因为在洗涤器100的几乎整个横截面上，雨水p中的水的质量流量与废气3的流量之间的局部比率是均匀的，雨水p中的水与废气3之间的接触时间也是均匀的。
[0037]
除了使废气3的速度分布均匀之外，分配装置400的主体401被设计成有助于洗涤器100内部的气液转化。
[0038]
为此，如图1中清楚地示出的，主体401的上表面401a相对于水平面倾斜，使得来自雨水p的水一旦落在主体401的该上表面401a上，就会流过主体并形成水膜f。应当理解的是，水膜f的形成和流动是由主体401的上表面401a的倾斜以及重力引起的。水膜f覆盖主体401的上表面401a，同时至少部分地覆盖穿孔402的上开口，如图1所示。在实践中，穿孔402的上开口被设置为与主体401的上表面401a齐平。水膜f的水因此流过主体401的上表面401a，到达主体401的下端边缘403，水在该下端边缘从主体401排出，如下文更详细描述的，水然后从洗涤器100移除，尤其是从洗涤器的底部101移除，同时可选地，水以图1中未示出的方式再循环到液体扩散装置300。
[0039]
此外，本发明规定，水膜f的水不通过穿孔402流过主体401，除非是(如果适用的话)这些水的边缘部分，该边缘部分的水可被描述为滴落，这些滴落的水通常小于10％，甚至小于5％。只要在穿孔402中的废气的流动的速度足够高，就能阻止水膜f的水流过穿孔。穿孔402中的废气的速度因此设置为大于5m/s，优选为8m/s，或甚至优选为10m/s，但不超过25m/s，优选为15m/s，使得当废气2和废气3以3m/s到7m/s的平均速度流动时，不会产生太大的压降。上述平均速度对应于废气2和废气3的流量除以洗涤器100的横截面。在主体401的上表面401a处的水膜f的流动是不平静的，因为该流动当然会被穿孔402中向上通过的废气打断。特别地，离开穿孔402的废气的气流与流过该上表面401a的水膜f的水之间的相遇产生从上表面401a投射到主体401上方的射流j，如图1中示意性所示：这些射流j也可以看作是间歇泉，通过间歇泉以促进废气和水之间的接触，对设备的清洁性能做出了增量且显着的贡献。
[0040]
需要注意的是，主体401因此在一定程度上表现得像蒸馏塔板，但是这会是在液泛点之外操作的：从蒸馏的角度来看，这种状态是不可接受的，因为液体被这样的射流重新夹带向上，会从一个板污染到另一个板。在根据本发明的设备的情况下，这没有影响，因为主体101是单一板，并且通过射流j重新夹带水，重新夹带的水将在液体扩散装置300上方传播，这是可接受的，而如果适用，由液滴分离器拦截，该液滴分离器以图中未显示的方式布置在洗涤器100的顶部103处。
[0041]
在实践中，穿孔402中的废气流动的上述速度值是由这些穿孔402的尺寸确定的，尤其是由单独的和集体的尺寸确定的。因此，本领域技术人员可以对穿孔402的单独的尺寸进行操作，特别是对穿孔的等效直径进行操作，等效直径定义为穿孔横截面的四倍与穿孔的周长之比：根据一种优选的尺寸，每个穿孔402的等效直径在50mm至120mm之间，优选在60mm至80mm之间，注意到没有限制穿孔的横截面的几何形状，其几何形状例如能够是圆形的、矩形等。本领域技术人员还可以对穿孔402的联合尺寸进行操作，特别是对主体401的空置水平，该空置水平对应于穿孔402的各个体积相对于主体401总体积的累积：根据优选的尺寸，该空置水平在25％至50％之间，优选地在35％至50％之间。
[0042]
此外，为了使穿孔402中的废气气流达到上述速度，废气2必须有效地供应到穿孔
402，而不会绕过主体401，也就是说，除非废气通过穿孔402，否则废气不会流经主体401的下游。在实践中，可以想到各种构造的可能性来避免废气2或至少大部分废气2绕过主体401，因此相应布置的特性不限制本发明。根据在图1和图2的示例性实施例中实施的一个实用且有利的实施例，主体401的边缘403水平地远离洗涤器100的侧壁102的周边部分，并且在周边部分和边缘403之间界定通道404，从主体401的上表面401a排出的水通过该通道向下流动。主体401因此覆盖除通道404之外的洗涤器100的整个横截面。根据该通道404的适当尺寸，特别是通过设置该通道404的水平截面足够小，从主体101排出的水流过该通道404，同时形成如图1示意性所示的帘v，该帘相对于废气2覆盖通道404。
[0043]
根据通道404的优选尺寸，通道的水平截面相当于洗涤器100的横截面的2％至15％。在所有情况下，应当理解的是，水帘v因此可以防止废气绕过主体401而没有使废气与所述水接触。特别地，所有废气2，或者如果适用的话，这些废气中的大部分，即至少90％(按体积计)的废气2被迫通过穿孔402，而如果适用的话，其余的穿过通道404的废气与来自帘v的水接触并因此经受相应的清洁。
[0044]
有利地，水帘v流向洗涤器100的底部101，同时，水帘被离开导管200的废气1穿过，这取决于该导管200的口部的适当定位：在图1和图2的示例性实施例中，导管200的口部和通道404因此位于洗涤器100的侧壁102的相同周边部分中。由于废气1穿过水帘v导致额外的气液转化，因此洗涤性能得到加强。
[0045]
此外，在实践中，分配装置400的效率与水膜f的厚度有关，该厚度通常介于3mm至50mm之间。由于水膜f的该厚度直接影响由主体401引起的压降，所以本领域技术人员可以通过作用于装置的结构和操作参数，特别是废气1的流速、液体扩散装置300扩散的水流量、穿孔402的大小、主体401的空置水平、穿孔402之间的间距以及主体401的上表面401a的粗糙度等来调节该厚度。这些参数之一是主体401的上表面401a的倾斜度值。因此，根据分配装置400的一种有利布置，主体401的上表面401a的上端和下端之间的倾角在3
°
至15
°
之间：这样的倾角值保证了令人满意的水膜f的形成和流动，且不会显着增加洗涤器100的总高度。
[0046]
在图1和图2的实施例中，主体401由单个平板410组成，该平板相对于水平面的倾斜有利地在3
°
至15
°
之间：因为上表面401a由板410的上表面组成，该板的倾斜度对上表面401a施加恒定的在3
°
至15
°
之间的倾斜度值。
[0047]
在图3所示的实施例中，图1和图2的实施例的平板410被单个平板420代替，该平板与板410的不同之处在于：在主体401的下端边缘403处，板420具有凹曲线边缘423，而不是板410的直线边缘413。该凹曲线边缘423使通道404具有月牙形水平截面。因此，图3示出了主体401的下端边缘403和通道404的水平截面可以具有的多种几何形状。
[0048]
在图4所示的实施例中，图1和图2的实施例的板410被单个平板430代替，该平板与板410的不同之处在于：该平板的周边适合于洗涤器100的横截面的矩形形状，不同于周边适合于洗涤器的横截面的圆形形状的板410。因此，图3说明了本发明适用于洗涤器100的横截面的各种几何形状的事实。
[0049]
在图5和图6所示的实施例中，图1和图2的实施例的平板410被布置成倒“v”的两个平板440代替。这些板440中的每一个都具有类似于板410的倾斜度。此外，如图6清楚地示出，通道404可以分成两个子通道404.1和404.2，两个子通道分别与两个板440相关联。图5
和图6因此示出了为了形成主体401而布置的多种平板。
[0050]
在图7和图8所示的实施例中，图1和图2的实施例的平板410由指向上方的锥体450代替。由锥体450形成的主体401的上表面401a的倾斜是由锥体450的圆锥形状产生的，并且有利地，通过设置锥体450的顶角在150
°
至174
°
之间，使该倾斜具有与上述考虑的相似的值。此外，如图8所示，主体401的下端边缘403则由形成锥体450的基部的边缘453形成，并注意到该边缘453在洗涤器100的整个内周边上延伸，同时使通道404在整个周边上延伸。因此，图7和图8示出了与迄今为止设想的平板结构不同的主体401的另一种结构布置。
[0051]
图7和图8还示出了本发明在设备中的应用，在该设备中，穿过导管200的废气1不会横向进入洗涤器100，而是通过洗涤器100的底部101进入，如图7所示，导管200则是在洗涤器底部竖直地开口。
[0052]
在图9所示的实施例中，图1和图2的实施例的平板410由圆顶状板460代替，从而构成主体401。该圆顶状板460在主体401的上表面401a上是凸的，并且在主体401的下表面401b上是凹的。
[0053]
同样，在图10所示的实施例中，图7和图8的实施例的锥体450被构成主体401的圆顶状板470代替，并且该圆顶状板在上表面401a上是凸的而在下表面401b上是凹的。圆顶状板470类似于圆顶。
[0054]
在这两种情况下，圆顶状板460和圆顶状板470的凸面使上表面401a以可变方式相对于水平面倾斜。上表面401的这种凸形几何形状能够更好地分布主体401的上表面401a上的水膜的流动，从而更好地将废气分布在洗涤器的截面上。实际上，在具有固定倾角的板上，如板410、420、430、440和450，如果假设雨水p均匀分布在整个板块上，则水倾向于以累积梯度从板顶部向板下端边缘积聚。在洗涤器的内周上流动的全部或部分废气则经历更大的压降，这是由板下端边缘附近水膜f的厚度增加所致。圆顶状板460和圆顶状板470的凸形形状使得水膜f在板的顶部处不那么薄，并且促进该水膜朝向板的下端边缘更快地流动以减小由于水膜的存在而在外围产生的压降效应。
[0055]
圆顶状板460和圆顶状板470的凹面可用于促进废气2在主体401上游的分布。
[0056]
图11示出了分配装置400的布置，该布置防止废气2绕过主体401，该布置不同于图1和图2中示出的布置。为此，图11的分配装置400包括液压密封件406，液压密封件由从主体401排放的水提供液压密封，用以密封废气2。液压密封件406的原理本身是已知的，例如该原理被用于蒸馏：在图11中设想的设施内，主体401的下端边缘403向下延伸一个梯度，在下端边缘的更下部处浸入水池所保留的水中，该水池的内容物构成了液压密封件406。该水池的水形成液压坝，密封废气2，使得所有的废气2被迫通过穿孔402。在实践中，液压密封件406被设计尺寸，以确保通过溢流件临时排放进行合适的排放。此外，根据与上述关于帘v的设想类似的设想，有利地设置是，离开导管200的废气1在进入洗涤器100时必须通过液压密封件406的溢流件。