[发明专利]一种用于内燃机尾气的净化和消音的方法、装置和系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机尾气的净化和消音的方法，特别涉及高效安全减少内燃机尾气的噪音的同时，净化尾气中的二氧化硫(SO₂)或同步净化二氧化硫(SO₂)和氮氧化物(NOx)的方法。本发明还涉及用于内燃机尾气的净化和消音的装置和系统。本发明所提供的方法、装置和系统特别适用于但不限于船舶、钻井、浮动工厂等海上平台。

背景技术

现代大中型柴油发动机，特别是换气条件较差的二冲程柴油机，往往会产生烟囱喷出火花的现象，俗称烟囱冒火。柴油机烟囱冒火，通常是由于未烧尽的燃油或含油积存物随高温燃气被带出烟囱，然后遇空气再燃烧所产生的，即燃料在气缸内燃烧过程的延续。

船用柴油机烟囱冒火，不仅会引起火灾，特别会危及油轮的安全。关系经济全球化的现代大中型油轮的主推发动机，恰好大多是二冲程柴油机。因此，这些发动机的排气通道的最末端的一个设备——消音器，都必须具备熄灭火星的功能。问题在于，现有消音器的工艺结构，不仅存在消音效果差的问题，而且并未降低高温燃气的温度，所以不能完全熄灭火星，这始终是油轮的安全隐患。

另一方面，近20年来，净化工业设施排放的以SO₂为主的气态污染物的国际立法逐步严格和完善，近几年的限制对象已从陆基工业设施发展到海基船舶。限制船舶等内燃机硫氧化物排放的国际立法从2005年开始实施。

船舶SO₂净化问题在全球范围内提出后，很快就出现了看重海水法烟气脱硫技术的趋势。2007年四所国际著名大学联合机构的一份研究报告清晰表达出：利用海洋资源即海水实现船舶SO₂净化，再次成为人们长期以来迫切希望而未能实现的期待。由于天然海水通常呈碱性，PH值一般大于7，这使得海水具有天然的酸碱缓冲能力及吸收SO₂的能力。以天然海水洗涤实现矿物燃料硫氧化物净化的工艺技术，在陆基燃煤电厂的应用已很成熟。

对于海水法烟气脱硫技术在船舶上的应用，其中一个有代表性的解决方案是申请号为PCT/CN2008/071304的国际申请(该文献在此并入全文)。该发明所采用的技术方案是：使内燃机尾气与从上往下流动的海水在填料洗涤层实现逆流洗涤，从而实现吸收SO₂的目的，这有效解决了以上问题。申请人在实施该发明时发现，由于现有船舶结构的空间限制，在现有船舶上实施该发明有困难。

目前船舶上几乎都没有安装硫氧化物的清洗装置，这一方面是因为限制船舶等内燃机硫氧化物排放的国际立法从2005年才开始逐步实施，另一方面也是因为，在目前船舶的结构中，由于空间的限制，安装需要占用较大空间的硫氧化物清洗装置几乎不可能。海水法脱硫工艺主要由负责洗涤烟气的清洗器和处理洗涤海水的海水处理器构成，清洗器和海水处理器都需占用较大空间。海水处理器的布置较为机动，而尾气清洗器则必须布置于内燃机排气通道中，因此需要内燃机排气通道沿程有较大的剩余空间，这与所有海上平台的构造几乎都有冲突，因为内燃机排气通道沿程恰好是空间最拥挤的区域。由于现有法规对消音和节能的相关规定，在现有的船舶结构中，内燃机排气通道中安装有余热锅炉和消音器；而且，在内燃机尾气排放通路所处的位置，已经没有多余的空间再安装脱硫设备。对于今后新建造的海上平台，为尾气清洗装置留出空间意味着增加运营成本，而近年已经面临执行国际立法净化硫氧化物困境的大量在航船舶，当初建造时就没有(也不可能有)预留安装尾气清洗装置的空间。但随着限制船舶等内燃机硫氧化物排放的国际立法从2005年开始逐步实施，船舶用内燃机等的硫氧化物的净化已无可回避，因此亟需提供一种能用于船舶等空间有限的海上平台的内燃机尾气的净化消音装置及方法。

另外，对于净化氮氧化物(NOx)的国际立法也将逐渐完善。如果仅仅在现有的船舶结构上增设脱硫设备，已存在很大的困难。如果再增设净化NOx的设备，在现有技术条件下则很难实现。

综上可见，空间限制是海水洗涤净化工艺应用于船舶等海上平台的制约因素。

发明内容

鉴于目前在船舶或其它海上平台上安装净化装置的困难，本发明提供一种新的解决方案。该解决方案是提供一种同时能起到净化和消音作用的装置，将该装置安装于现有船舶的消音器的位置。另外，申请人还发现，该装置还能起到节能或余热回收的作用，因此还可以取代原来的余热锅炉。这样便可以为净化SO₂和氮氧化物的装置提供足够的空间，从而达到更全面净化内燃机尾气的目的。