一种船舶用废气排放装置及其排放方法与流程

专利检索2022-05-10  4



1.本发明涉及一种船舶用废气排放装置,具体是一种船舶用废气排放装置及其排放方法。


背景技术:

2.我国是一个水网密布、湖泊众多、航运资源丰富的国家。水路运输具备运输装载量大、运输成本低、能源利用率高、对环境影响相对较小、占用土地资源较少等优点,已在我国交通运输体系中起着不可替代的作用,与公路、铁路、管道以及航空运输共同构成了我国的综合运输体系。
3.水运行业的繁荣再给带来巨大经济效益的同时,也加剧了航道沿线及周边港口的污染问题,船舶动力装置所引发的燃油消耗,不断地向大气中排放氮氧化物(nox)、二氧化硫(so2)、碳氢化合物(hc)、一氧化碳(co)、挥发性有机污染物(vocs)及细颗粒物(pm)等有毒有害污染物以及二氧化碳(co2)等温室气体。而现有技术中船舶污染物的排放通常是在实验室内进行,研究者控制着各种实验条件,以获得不同的运行状态下的排放数据,由于际航海测量的是环境空气中的污染物浓度,受气象、水文、船舶运行工况 ,往往实验室测量是一个研究员设计的室内环境,两者环境的差异,往往导致实验室实测的船舶航行状态下与实际航行状态下排放数据,最结果的准确性不足。


技术实现要素:

4.发明目的:一种船舶用废气排放装置及其排放方法,以解决现有技术存在的上述问题。
5.技术方案:一种船舶用废气排放装置,包括船舶动力驱动装置,其特征在于,包括与所述船舶动力驱动装置连接的废气排放管,与所述废气排放管连接的识别装置,所述识别装置用于监测船舶排放出来的气态污染物;余热回收系统,包括加热系统,与所述加热系统连接的热井,与所述热井连接的冷凝装置,与所述冷凝装置连接的发热装置,与所述发热装置连接的废气锅炉;所述加热装置还与锅筒连接。
6.在进一步实施例中,所述识别装置包括连接管,与所述连接管连接的烟尘采样器、温湿度变送器和二级释放系统,与所述二级释系统连接的第一采样管,与所述连接管连通的第二采样管,与所述第一采样管连接的电称低压冲击器,与所述第二采样管连接的烟气分析仪,与所述电称低压冲击器连接的数据线,与所述数据线连接的计算机。
7.在进一步实施例中,所述识别装置自动采集船舶尾气的流速、动压、静压、船舶尾气、no
x
浓度、颗粒物浓度、尾气温度以及含湿量的参数;排放因子判断依据:;
e为船舶排放的污染物因子;为标准状况下,污染物i的质量流量,g/h;为船舶的有效功率,kw;;为标准状况下气态污染物 i 的质量流量,g/h;为气态污染物的体积浓度,%;为气态污染物的摩尔质量,g/mol;;式中,为工况下湿排气流量,/h;f为测定断面面积,;v为测定断面湿排平均流速,;基于标准状态下干排气流量;;为标准下干排放流量,/h;为大气压强,pa;p为排气静压,pa;t为排气温度,;为排气中汉水体积百分数,%。
8.在进一步实施例中,所述识别装置,还包括观测模板,与所述观测模块连接的现场监测模块,与所述现场监测模块连接的气象预处理模块,与所述气象预处理模块连接的扩散模块,以及与所述气象预处理模块连接的地形数据模块。
9.在进一步实施例中,所述气象预处理模块包括边界层参数数据库和轮廓数据库;所述地形数据模块包地形预处理数据库,所述地形预处理数据库与界层参数数据库通信连接,所述轮廓数据库与扩散模块连接。
10.在进一步实施例中,所述发热装置包括与所述船舶动力驱动装置连接的过热器,与所述过热器连接的蒸发器;所述蒸发器的一端与所述废气锅炉连接、另一端与所述锅筒连接。
11.在进一步实施例中,所述冷凝装置包括与所述船舶动力驱动装置的发电机连接的凝汽器,与所述凝汽器连接的凝水泵,所述船舶动力驱动装置的发电机与过热器连接;
所述凝水泵的另一端与热井连接;所述热井的一端还与给水泵的一端连接,所述给水泵的另一端与锅筒连。
12.在进一步实施例中,所述余热回收系统包括低温模式和蒸汽模式;船舶上生活加热选用低温模式,所述低温模式不低于0.3mpa,限制排烟温度的降低;当为低压模式时,所述加热系统的给水经过空冷气进入所述锅筒后,进入废气锅炉;为了保护废气锅炉出口处不发生低温腐蚀,要求废气锅炉出口温度;满足以下要求;。
13.在进一步实施例中,根据权利要求8所述的一种船舶用废气排放管的排放方法,包括如下步骤;步骤1、工作人员通过船舶内工作端,收集工作前的成果和原始资料,设计船舶行驶路线,将设计的行驶路线录入识别装置中,发送到服务器的上面;步骤2、通过设计的行驶路线,启动船舶,进一步的船舶尾气经过废气排放管,然后识别装置监测经过废气排放管中的尾气和污染物,同时余热回收系统同步启动;步骤3、识别装置检测船舶排放的尾气,识别装置自动检测船舶尾气 nox浓度、颗粒物(pm2.5、pm10)浓度、尾气温度以及含湿量等参数;步骤4、识别装置中的电称低压冲击器实时检测船舶尾气中排放的颗粒物浓度和颗粒分布情况,同时利用观测模块,获取海域信息,确定船舶运动轨迹,通过数据去噪,去除数据进行校正,结合气象预处理模块获取仰视的信息,依照时间轴对这些信息进行处理,进而取得流动信息流;步骤5、当船舶负载降低时,船舶动力驱动装置的效率降低,制动燃油上升,进一步的排放因子增大,同时识别装置监测各类污染物排放因子对应的低负载调节系数,便于对排放因子的校正;步骤6、余热回收系统利用排气热能产生蒸汽,提供加热和生活杂用;步骤7、余热回收系统在加热过程中,全部压力不低于0.3mpa,为了适用不同能量的需要,采用极低压的蒸汽,供给船舶动力驱动装置的低压段,进一步降低了废气锅炉排烟温度;步骤8、加热系统给水经过空冷器加热,进入废气锅炉中,吸热分两股,一半进入高压分离器,另一半进日低压蒸发器,加热后进入低压分离器,同时识别装置监控和预测船舶余热回收系统实际工作情况,为船舶废气余热系统提供实际工作情况。
14.在进一步实施例中,根据权利要求8所述的一种船舶用废气排放管的排放方法,所述步骤4包括如下步骤:步骤4.1、利用现场监测模块可以海域进行拍照、录像,同时对海域或者港口所依存的环境,进行扫描,利用软件合成观察点的全景式影像;
步骤4.2、利用触摸屏绘制数字化的海域或者港口素描图,也可以利用麦克风将海域或者港口现用录音的方式记录下来;步骤4.3、利用高斯函数做伸缩和平移, 通过信号的时间,决定了分解信号的频率,基本小波中的简谐波在时间域做伸缩变换,逼近信号的时间位置,通过时频分析方法,对信号的时频局部特征,进行自动的频率调节多分辨率分析;步骤4.4、将数据信息资料保存在识别装置中,利用识别装置中的语音识别直接识别生成数字化的文字信息。
15.有益效果:本发明公开了一种船舶用废气排放装置,通过将废气排放管与船舶动力驱动装置连接一起,同时将识别装置与废气排放管连通,同时由于船舶尾部烟道排气速率大,烟气温度大,为了合理利用废气,提高船舶排气的利用率,在船舶尾部设置了余热回收系统,将船舶部分排出的热能转换为电能,达到节能目的。
附图说明
16.图1为本发明的主视图;图2为本发明的余热回收系统的工艺流程图;图3为本发明识别装置的流程图;图4为本发明中识别装置的工艺流程图。
17.附图标记为:船舶1、废气排放管2、识别装置3、连接管4、烟尘采样器5、温湿度变送器6、二级释放系统7、电称低压冲击器8、计算机9、烟气分析仪10、第一采样管11、第二采样管12、数据线13、蒸发器14、过热器15、加热系统16、凝汽器17、凝水泵18、热井19、给水泵20、锅筒21、废气锅炉22。
具体实施方式
18.本发明通过一种船舶用废气排放装置及其排放方法,进行完成船舶尾气余热利用工作,申请人仔细研究,传统的船舶用废气排放管的缺陷。
19.在实时监测船舶尾气排放时通常是在实验室内进行的,研究者控制着实验条件,容易与实际航行时船舶的排放数据准确性产生误差,造成实验数据作废。
20.在航行船舶,在检测尾气的排放量和污染量时,废气会释放大量热量,先有的检测设备在检测时,尾气或者废气直接排入到大气中,直接影响到一氧化碳(co)、挥发性有机污染物(vocs)及细颗粒物(pm)等有毒有害污染物以及二氧化碳(co2)等温室气体,加剧空气污染,同时也会造成大量热量浪费。
21.鉴于船舶主机尾部烟道排气速率大,烟气温降可忽略不计,设置余热回收系统与废气排放管连接,识别装置和预热回收系统实时检控船舶航行状态下尾气的排放污染物,同时预热回收系统收集尾气中多余的热量,解决热量浪费的问题。
22.下面通过实施例,并结合附图对本方案做进一步具体说明。
23.一种船舶用废气排放装置包括船舶动力驱动装置与船舶动力驱动装置连接的废气排放管2,与所述废气排放管2连接的识别装置3,与所述废气排放管2连接的余热回收系统;具体的,所述识别装置3用于监测船舶排放出来的气态污染物;
优选的,余热回收系统包括与船舶1的排放管连接的发热装置,与所述加热系统16连接的热井19,与所述热井19连接的冷凝装置,与所述冷凝装置连接的发热装置,与所述发热装置连接的废气锅炉22;所述发热装置的另一端与废气锅炉22连接,所述加热装置还与锅筒21连接。
24.具体的,发热装置中的过热器15与所述船舶1动力驱动装置连接,蒸发器14与所述过热器15连接,所述蒸发器14的一端与所述废气锅炉22连接、另一端与锅筒21连接,所述船舶1动力驱动装置的发电机连接的凝汽器17,与所述凝汽器17连接的凝水泵18,所述船舶动力驱动装置的发电机与过热器15连接;所述凝水泵的另一端与热井19连接;所述热井19的一端还与给水泵20的一端连接,所述给水泵20的另一端与锅筒21连。
25.通过余热回收系统与尾气排放管直接连接,利用排气产生蒸汽,供船舶1上的加热和生活杂用,考虑到尾气排烟温度高,余热回收率低,设置了加热系统16,在蒸发器14受热后,吸收烟气热量,但是由于加热系统16的吸收热量的毕竟有限,需要降低排烟温度和提高蒸汽压力,因此将本发明的余热回收系统包括低温模式和蒸汽模式两个模式;优选的,船舶1上生活加热选用低温模式,所述低温模式不低于0.3mpa,限制排烟温度的降低;当为低压模式时,所述加热系统16的给水经过空冷气加热,进入废气锅炉22;为了保护废气锅炉22出口处不发生低温腐蚀,要求废气锅炉22出口温度t_out 大于150℃;满足以下要求;。
26.具体的,余热回收系统利用低压饱和蒸汽,使之进入低压级工作状态,同时采用级低压的蒸汽,供给船舶1的低压段,进一步降低了废气锅炉22的排烟温度,同时为了适用低排气温度,余热回收系统的给水经过空冷,进入到废气锅炉22中,吸热后分两段一半高压分离器、另一半进入低压蒸发器14,加热后进入低压分离器。
27.船舶1在航行过程中,虽然多余的热量被合理的利用了,但是由于船舶1尾气在排放时会排放大量的污染物,然而在船舶1航行过程排放的污染物会直接排放在大气中,为了解决提高排放污染物的测量结果的准确性性问题;连接管4将所述识别装置3与废气排放管2连接,所述识别装置3用于监测船舶1排放出来的气态污染物,连接管4一端连接船舶1烟囱尾气,连接管4的另一端分别与、烟尘采样器5、温湿度变送器6和二级释放系统7连接,第一采样管11与所述二级释系统连接,第二采样管12与所述连接管4连通,电称低压冲击器8与所述第一采样管11连接,烟气分析仪10与所述第二采样管12连接,数据线13一端与所述电称低压冲击器8连接、另一端与计算机连接。
28.通过电称低压冲击器8实时在线测量船舶1尾气中排放的颗粒物和颗粒分布情况,颗粒的首先进入一个单极电晕荷电器中进行荷电,载荷电室中颗粒物均被冲以精确的电荷数;接着带电的颗粒物被运送到装配有绝缘收集层的低压冲击器上,进入每一个层面上的带电颗粒物的电流,通过一个多通道静电仪进行电量测量,静电仪测得的电流信号通过计算机9进行分析处理,便得到含尘气体样品颗粒物浓度和粒径分布,船舶1排气时含有一定
的水蒸汽,容易对监测产生影响,设置真空泵,烟气依次进入第一采样管11和第二采样管12,经过第二采样管12的进度烟气分析仪10测试船舶1排放尾气中的no和no2浓度,利用不同烟气组分的传感器,对特定气体成份和浓度敏感产生电信号,由软件计算和补偿得到该组分的浓度;此外,利用该仪器内置的温度传感器,还可以实时获得烟气的温度信息;同时连接有复合湿度传感器,配有附加温度传感器,并采用了加热探头技术,适用于较高的相对湿度(90%rh 以上)环境中烟气湿度的监测和测试,加热探头表面带有的可拆洗烧结陶瓷过滤器,可有效防止烟气中颗粒物对探头造成的影响,监测结果通过数据线13传入到计算中,以实现烟气湿度、温度的实时监控。
29.所述识别装置3,还包括观测模板,与所述观测模块连接的现场监测模块,与所述现场监测模块连接的气象预处理模块,与所述气象预处理模块连接的扩散模块,以及与所述气象预处理模块连接的地形数据模块。
30.所述气象预处理模块包括边界层参数数据库和轮廓数据库;所述地形数据模块包地形预处理数据库,所述地形预处理数据库与界层参数数据库通信连接,所述轮廓数据库与扩散模块连接。
31.具体的通过计算船舶1排气污染物的排放因子,校正和各种运行工况下的负载进行计算,所述识别装置3自动采集船舶1尾气的流速、动压、静压、船舶尾气、nox浓度、颗粒物浓度、尾气温度以及含湿量的参数;排放因子判断依据如下:;e为船舶排放的污染物因子;为标准状况下,污染物i的质量流量,g/h;为船舶的有效功率,kw;;为标准状况下气态污染物 i 的质量流量,g/h;为气态污染物的体积浓度,%;为气态污染物的摩尔质量,g/mol;;式中,为工况下湿排气流量,/h;f为测定断面面积,;v为测定断面湿排平均流速,;基于标准状态下干排气流量;
;为标准下干排放流量,/h;为大气压强,pa;p为排气静压,pa;t为排气温度,;为排气中汉水体积百分数,%。
32.具体的,一种船舶用废气排放装置的排放方法,包括如下步骤;步骤1、工作人员通过船舶内工作端,收集工作前的成果和原始资料,设计船舶行驶路线,将设计的行驶路线录入识别装置3中,发送到服务器的上面;步骤2、通过设计的行驶路线,启动船舶1,进一步的船舶尾气经过废气排放管2,然后识别装置3监测经过废气排放管2中的尾气和污染物,同时余热回收系统同步启动;步骤3、识别装置3检测船舶1排放的尾气,识别装置3自动检测船舶1尾气 nox浓度、颗粒物(pm2.5、pm10)浓度、尾气温度以及含湿量等参数;步骤4、识别装置3中的电称低压冲击器8实时检测船舶1尾气中排放的颗粒物浓度和颗粒分布情况,同时利用观测模块,获取海域信息,确定船舶1运动轨迹,通过数据去噪,去除数据进行校正,结合气象预处理模块获取仰视的信息,依照时间轴对这些信息进行处理,进而取得流动信息流;步骤4.1、利用现场监测模块可以海域进行拍照、录像,同时对海域或者港口所依存的环境,进行扫描,利用软件合成观察点的全景式影像;步骤4.2、利用触摸屏绘制数字化的海域或者港口素描图,也可以利用麦克风将海域或者港口现用录音的方式记录下来;步骤4.3、利用高斯函数做伸缩和平移, 通过信号的时间,决定了分解信号的频率,基本小波中的简谐波在时间域做伸缩变换,逼近信号的时间位置,通过时频分析方法,对信号的时频局部特征,进行自动的频率调节多分辨率分析;步骤4.4、将数据信息资料保存在识别装置3中,利用识别装置3中的语音识别直接识别生成数字化的文字信息。
33.步骤5、当船舶1负载降低时,船舶1动力驱动装置的效率降低,制动燃油上升,进一步的排放因子增大,同时识别装置3监测各类污染物排放因子对应的低负载调节系数,便于对排放因子的校正;步骤6、余热回收系统利用排气热能产生蒸汽,提供加热和生活杂用;步骤7、余热回收系统在加热过程中,全部压力不低于0.3mpa,为了适用不同能量的需要,采用极低压的蒸汽,供给船舶动力驱动装置的低压段,进一步降低了废气锅炉22排烟温度;步骤8、加热系统16给水经过空冷器加热,进入废气锅炉22中,吸热分两股,一半进入高压分离器,另一半进日低压蒸发器14,加热后进入低压分离器,同时识别装置3监控和预测船舶余热回收系统实际工作情况,为船舶废气余热系统提供实际工作情况。
34.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种等同变换,这些等同变换均属于本发明的保护范围。
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