Морской скруббер для очистки выхлопных газов

Изобретение относится к скрубберу и способу очистки выхлопных газов морских судов. Скруббер содержит нижнюю и верхнюю скрубберные камеры, которые являются, по существу, симметричными относительно общей продольной оси, расположенной, по существу, вертикально, при этом выход нижней камеры для выхлопных газов расположен вверху нижней скрубберной камеры в виде коаксиального сужения и предназначен для отведения частично очищенных выхлопных газов из первой скрубберной камеры и подачи этих газов в верхнюю скрубберную камеру, выхлопную трубу, которая проходит, по существу, коаксиально через дно нижней скрубберной камеры и открыта в эту нижнюю скрубберную камеру, при этом выход для выхлопных газов проходит коаксиально через верх верхней скрубберной камеры, причем над отверстием выхлопной трубы расположен отражатель нижней скрубберной камеры, который служит для отклонения выхлопных газов к стенкам скруббера и создания турбулентного газового потока. При этом отражатель содержит два противоположно направленных прямых конуса, имеющих общее основание и общую ось вращения, совпадающую с продольной осью скруббера, причем над отражателем нижней скрубберной камеры расположены один или более водяных инжекторов нижней камеры, которые расположены, по существу, вдоль продольной оси нижней скрубберной камеры и предназначены для введения скрубберной воды в поток выхлопных газов, при этом один из водяных инжекторов, расположенный ниже выхода нижней камеры для выхлопных газов, направлен вверх к этому выходу, причем выход нижней камеры для выхлопных газов выполнен в виде бутылочного горлышка. Изобретение обеспечивает уменьшение содержания в выхлопных газах веществ, вредных для окружающей среды. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к усовершенствованному способу и установке для очистки выхлопных газов морских судов. Более конкретно изобретение относится к способу и устройству, в которых используется мокрая очистка выхлопных газов морских судов с целью уменьшения содержания в выхлопных газах веществ, вредных для окружающей среды.

Уровень техники

[0002] Традиционно разрешалось выпускать выхлопные газы морских судов в атмосферу без какой-либо обработки или с небольшой обработкой после сжигания для уменьшения выделения компонентов, вредных для окружающей среды. Международная морская организация (IMO - от англ. International Maritime Organization) и правительства некоторых стран ввели правила, запрещающие работу судов, не выполняющих минимальные требования к выбросам. Эти законодательные меры заставляют судовладельцев искать решения для выполнения указанных требований применительно не только к строящимся судам, но, что более важно, к судам действующего флота.

[0003] Особый интерес представляет выделение оксидов серы (SOx) и твердых частиц, образующихся в результате сжигания и попадающих в атмосферу с выхлопными газами. Морские суда обычно используют двигатели внутреннего сгорания, работающие на обедненных топливных смесях, и низкосортное топливо, что приводит к наличию высокого содержания SOx и твердых частиц в выхлопных газах. SOx является результатом сжигания серосодержащих соединений, которыми особенно богато низкосортное топливо.

[0004] Содержание SOx может быть уменьшено при помощи одной или нескольких из множества хорошо известных технологий или при использовании высокосортного топлива. Однако высокосортное топливо является гораздо более дорогостоящим, чем обычное низкосортное топливо.

[0005] Известно применение скрубберов с орошением морской водой или в более общем случае - мокрых скрубберов для уменьшения содержания SOx и твердых частиц. Для обеспечения достаточного уменьшения содержания SOx и твердых частиц с целью удовлетворения международных и национальных требований большинством поставщиков такого оборудования предлагаются/поставляются на рынок насадочные скрубберы. Мокрые скрубберы без форсунки, предназначенной для увеличения площади контактной поверхности между газом и жидкостью, до сих пор считались менее эффективными, чем насадочные скрубберы.

[0006] Общим фактором для известных процессов, которые являются эффективными для удаления SOx и твердых частиц с достаточным КПД для получения обработанных выхлопных газов, удовлетворяющих предъявляемым требованиям, является то, что необходимое оборудование является тяжеловесным и крупногабаритным, при этом дополнительно происходит существенное уменьшение эффективной мощности двигателя и, следовательно, увеличиваются эксплуатационные расходы судна.

[0007] Объем и вес всегда являются проблемой на морском судне, поскольку крупногабаритное и тяжеловесное оборудование будет занимать ценное пространство на борту, которое могло бы быть использовано для платного размещения пассажиров.

[0008] Вследствие размеров помещений, которые требуются для внедрения существующих решений для мокрой очистки с целью уменьшения содержания SOx и твердых частиц до приемлемого уровня, установка оборудования потребует существенной реконструкции отдельных частей внутренних помещений судна, а также может потребовать изъятия судна из эксплуатации на значительный период времени.

[0009] Для известных насадочных скрубберов, как указано выше, необходимо обеспечивать перепускной канал для выхлопа на случай остановки потока воды, поскольку насадочные скрубберы не должны работать всухую.

[0010] Соответственно, известные решения не являются оптимальными для новых проектов и являются очень дорогостоящими для реализации на существующем судне.

[0011] Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить решение, которое представляет собой хороший выбор для новых проектов, благодаря его преимуществам, и которое легко осуществить на существующем судне без необходимости прекращения его эксплуатации в течение длительного периода времени или вообще без прекращения его эксплуатации.

Сущность изобретения

[0012] Согласно первому аспекту настоящее изобретение относится к скрубберу для выхлопных газов морского судна, содержащему

нижнюю и верхнюю скрубберные камеры, которые являются, по существу, симметричными относительно общей продольной оси, расположенной, по существу, вертикально, при этом выхлопная труба (2) проходит, по существу, коаксиально через дно нижней скрубберной камеры и открывается в нижнюю скрубберную камеру, при этом выход для выхлопных газов коаксиально проходит через верх верхней скрубберной камеры,

при этом над отверстием выхлопной трубы расположен отражатель нижней скрубберной камеры, предназначенный для отклонения выхлопных газов к стенкам скруббера и создания турбулентного газового потока,

при этом над отражателем нижней скрубберной камеры расположен (расположены) один или более водяных инжекторов нижней камеры, предназначенные для введения скрубберной воды в поток выхлопных газов, и

при этом вверху нижней скрубберной камеры находится выход нижней камеры для выхлопных газов, выполненный в виде коаксиального сужения и предназначенный для отведения частично очищенных выхлопных газов из первой скрубберной камеры и подачи этих газов в верхнюю скрубберную камеру.

[0013] Ввод выхлопных газов в скрубберные камеры, которые являются, по существу, симметричными относительно их продольной оси, через, по существу, коаксиально расположенную выхлопную трубу, позволяет получать простую конструкцию и относительно простой способ равномерного распределения потока выхлопных газов в скрубберных камерах. Отражатель, установленный над входом выхлопных газов, обеспечивает создание турбулентного потока для тщательного перемешивания выхлопных газов и скрубберной воды с целью эффективного охлаждения и очистки выхлопных газов до температуры, которая позволяет эффективно растворять SOx скрубберной жидкостью. Капли/частицы скрубберной воды, вводимой водяными инжекторами, одновременно промывают и охлаждают поступающие выхлопные газы. Вторая скрубберная камера предусмотрена для дополнительной очистки выхлопных газов с целью дальнейшего удаления из них NOx и твердых частиц.

[0014] Согласно одному из вариантов осуществления в нижней камере предусмотрены один или более выходов для отвода скрубберной воды, накапливающейся в нижней части нижней скрубберной камеры.

[0015] Согласно одному из вариантов осуществления один или более водяных инжекторов нижней камеры расположены, по существу, вдоль продольной оси нижней скрубберной камеры.

[0016] Согласно одному из вариантов осуществления два или более водяных инжекторов расположены в нижней скрубберной камере, и при этом по меньшей мере один из водяных инжекторов направлен вверх к выходу нижней камеры для выхлопных газов. Впрыскиваемая вода оказывает влияние на газовый поток в скруббере. При направлении, по меньшей мере, части впрыскиваемой воды в основном направлении газового потока, т.е., вверх, впрыскиваемая вода способствует движению выхлопных газов вверх, и, таким образом, уменьшает перепад давления в скруббере по сравнению с ситуацией, когда вся вода впрыскивается вниз.

[0017] Согласно одному из вариантов осуществления два или более водяных инжекторов установлены в нижней скрубберной камере, и при этом по меньшей мере один из водяных инжекторов направлен вниз к отражателю нижней скрубберной камеры. Один или более водяных инжекторов, направленный вниз, способствуют равномерному распределению скрубберной воды в скруббере.

[0018] На стенке нижней камеры скруббера может быть установлен кольцеобразный настенный отражатель. Настенный отражатель нижней камеры взаимодействует с основным отражателем, направляя восходящий поток выхлопных газов к продольной оси скруббера и создавая турбулентный поток, который является оптимальным для смешивания скрубберной воды/ скрубберной жидкости и выхлопных газов.

[0019] Отражатель нижней скрубберной камеры согласно одному из вариантов осуществления содержит два противоположно направленных конуса, имеющих общее основание и общую ось вращения, совпадающую с продольной осью скруббера.

[0020] В нижней скрубберной камере под отражателем нижней скрубберной камеры может (могут) быть установлена (установлены) одна или более форсунок тонкораспыляемой воды. Поступающие выхлопные газы необходимо охлаждать перед эффективной абсорбцией SOx. Для охлаждения может быть достаточно скрубберной воды, которая льется дождем/ падает вниз из водяных инжекторов, при этом часть воды отражается верхней частью отражателя и направляется к стенкам скруббера. Подача тонкораспыленной воды под отражатель повышает увлажнение и охлаждение, которое происходит в результате контакта со скрубберной водой, поступающей из водяных инжекторов.

[0021] Отражатель верхней скрубберной камеры согласно одному из вариантов осуществления расположен в верхней скрубберной камере над выходом для выхлопных газов нижней скрубберной камеры. Отражатель верхней камеры выполняет, по существу, ту же функцию, что и раскрытый выше отражатель нижней камеры, т.е., он отклоняет газовый поток, чтобы обеспечить оптимальные условия очистки и смешивания выхлопных газов со скрубберной жидкостью в верхней скрубберной камере. Кроме того, отражатель верхней скрубберной камеры также предотвращает/уменьшает поток скрубберной жидкости из верхней скрубберной камеры в нижнюю скрубберную камеру.

[0022] В верхней скрубберной камере, предпочтительно, расположен (расположены) один или более водяных инжекторов. Указанные водяные инжекторы верхней скрубберной камеры обеспечивают эффективную очистку в верхней скрубберной камере.

[0023] Согласно одному из вариантов осуществления, в верхней части верхней скрубберной камеры установлен влагоуловитель, предназначенный для уменьшения содержания тонкораспыленной воды в очищенных выхлопных газах.

[0024] Согласно второму аспекту настоящее изобретение относится к способу очистки выхлопных газов, в соответствии с которым выхлопные газы вводят в скруббер, где они очищаются в контакте с морской водой с целью уменьшения содержания SOx и твердых частиц в выхлопных газах, при этом указанный способ содержит следующие шаги:

a) вводят выхлопные газов, подлежащих очистке, через коаксиально расположенную выхлопную трубу в нижнюю скрубберную камеру трубчатого скруббера, содержащего две или более последовательно соединенные скрубберные камеры,

b) отклоняют поток выхлопных газов посредством отражателя с целью создания турбулентного газового потока;

c) вводят частицы воды в выхлопные газы с целью их очистки,

d) отводят очищенные выхлопные газы из первой скрубберной камеры и вводят их во вторую скрубберную камеру для дополнительной очистки,

e) выпускают очищенные выхлопные газы в окружающую среду.

[0025] Согласно одному из вариантов осуществления в поступающие выхлопные газы для их охлаждения и увлажнения между шагами а) и b) вводится тонкораспыленная вода.

[0026] Согласно одному из вариантов осуществления использованная скрубберная вода, удаленная из скруббера, сбрасывается в окружающее море. Сброс использованной скрубберной воды в море позволяет уменьшить или исключить необходимость какой-либо дальнейшей обработки скрубберной воды и хранения скрубберной воды или ее осадков на борту судна.

[0027] Твердые частицы могут быть удалены из использованной скрубберной воды перед ее сливом. Удаление твердых частиц решает экологические аспекты слива скрубберной воды в море.

[0028] Согласно одному альтернативному варианту осуществления использованная скрубберная вода может быть повторно использована в скруббере. Повторное использование может потребоваться в тех акваториях, где запрещен слив скрубберной воды из скрубберов для очистки выхлопных газов.

[0029] При работе в режиме повторного использования скрубберной жидкости использованная скрубберная вода может быть подвергнута обработке с целью уменьшения содержания твердых частиц перед ее повторным использованием в скруббере. Обработка, уменьшающая содержание твердых частиц в скрубберной жидкости, подлежащей повторному использованию, позволяет производить более эффективную очистку при повторном использовании скрубберной жидкости.

[0030] В воду перед ее повторным использованием может быть добавлена щелочь. Добавление щелочи, в частности, водного раствора MgO или Mg(ОН)2 увеличивает способность скрубберной жидкости поглощать SOx. Такое увеличение поглощающей способности особенно важно в случае повторного использования скрубберной жидкости, поскольку поглощение SOx уменьшает рН скрубберной жидкости и, следовательно, снижает ее способность поглощать кислотный газ, в частности SOx.

[0031] Термины «скрубберная вода» и «скрубберная жидкость», используемые в настоящей заявке, означают жидкость, применяемую для очистки в скруббере. Скрубберная вода или скрубберная жидкость представляет собой водосодержащую жидкость, в частности, морскую воду, морскую воду с добавкой щелочи или пресную воду с добавкой щелочи.

Краткое описание чертежей

[0032] Фиг. 1 - вид в продольном разрезе скруббера согласно настоящему изобретению, и

фиг. 2 - принципиальная схема базового варианта осуществления установки для обработки выхлопных газов.

Подробное раскрытие изобретения

[0033] На фиг. 1 показан двухступенчатый скруббер 1 согласно настоящему изобретению. Выхлопные газы от двигателя по выхлопной трубе 2 вводятся в нижнюю скрубберную камеру 3 скруббера 1. Поперечное сечение или живое сечение скруббера, предпочтительно, значительно превышает поперечное сечение или живое сечение выхлопной трубы, чтобы уменьшить скорость газов в скруббере по сравнению со скоростью в выхлопной трубе и обеспечить достаточное время пребывания выхлопных газов в скруббере. Низкая скорость газов в скруббере также является важной, чтобы поддерживать перепад давления в скруббере как можно более низким и избежать потери мощности двигателя вследствие высокого противодавления, действующего на поступающие выхлопные газы. Живое сечение скруббера 1 может приблизительно от 1,5 до 20 раз превышать площадь живого сечения выхлопной трубы, в частности от 2 до 10 или от 2,5 до 5 раз превышать площадь живого сечения выхлопной трубы 2. Так, например, для выхлопной трубы, имеющей диаметр 1,3 м, диаметр скруббера может составлять приблизительно 2,4 м, что дает площадь живого сечения, приблизительно в 4 раза превышающую площадь живого сечения выхлопной трубы.

[0034] Как выхлопная труба, так и скруббер, предпочтительно, представляют собой трубчатые элементы, имеющие, по существу, круглые поперечные сечения и установленные симметрично относительно общей продольной оси, поэтому поступающие выхлопные газы направляются, в целом, параллельно этой общей продольной оси. Соответственно, выхлопная труба имеет, предпочтительно, по существу, круглое поперечное сечение и расположена, по существу, коаксиально в нижней части данного скруббера, как показано на фиг. 1. Для специалистов в данной области техники очевидно, что может быть использована другая геометрия, и что указанные ниже конструктивные элементы могут быть изменены, если поперечное сечение выхлопной трубы и/или скруббера будет не круглым.

[0035] Данный скруббер предпочтительно выполнен таким образом, что продольная ось во время работы является, по существу, вертикальной. Выхлопная труба проходит через дно скруббера, а очищенные выхлопные газы выпускаются через выход 20 скруббера, расположенный вверху скруббера. Данный скруббер, предпочтительно, установлен в непоказанной выхлопной трубе судна. Обычно выхлопная труба состоит из двух или более выхлопных труб. Глушитель, представляющий собой трубчатый элемент большего диаметра, чем выхлопная труба устанавливается в выхлопной трубе, чтобы уменьшить шум двигателя, при этом один глушитель приходится на каждую выхлопную трубу. Диаметр данного скруббера является, по существу, идентичным диаметру глушителя, в то время как данный скруббер может быть длиннее глушителя, обычно на 20-40%, в частности приблизительно на 30% длиннее глушителя. Несмотря на то, что длина скруббера превышает длину глушителя, в большинстве случаев можно заменять глушитель, предусмотренный в выхлопной трубе существующего судна, или устанавливать данный скруббер вместо одного или более глушителей на новом судне. При этом для специалистов в данной области техники очевидно, что необходимо произвести небольшую реконструкцию, чтобы получить достаточное пространство для скруббера на существующем судне.

[0036] Показанный в качестве примера скруббер содержит две скрубберные камеры - нижнюю скрубберную камеру 3 и верхнюю, или финишную, камеру 13, отделенные друг от друга выходом 12 нижней камеры для выхлопных газов, который представляет собой коаксиальное сужение, образующее выход из нижней скрубберной камеры 3 и вход в верхнюю скрубберную камеру 13. Скрубберные камеры 3, 13 имеют аналогичную конструкцию, которая раскрыта ниже более подробно.

[0037] Отражатель 4 установлен вблизи открытого конца выхлопной трубы 2, чтобы отклонять поступающие выхлопные газы к наружным стенкам скруббера. Отражатель 4 в его простейшей форме содержит два прямых круговых конуса, имеющих противоположные направления от общего кругового основания. Отражатель имеет коаксиальное расположение, поэтому его продольная ось, соединяющая вершины нижнего конуса, направленного вниз, и верхнего конуса, направленного вверх, совпадает с продольной осью скруббера. Отражатель прикрепляется к стенкам скруббера посредством непоказанных соединителей, которые выполнены таким образом, чтобы вызывать минимальные возмущения потока выхлопных газов. Расстояние между отражателем и открытым концом выхлопной трубы 2 должно быть достаточным, чтобы избежать сужения потока выхлопных газов, поступающих в данный скруббер из выхлопной трубы 2.

[0038] Угол нижнего конуса отражателя, обозначенный на фиг. 1 как α, составляет приблизительно от 80 до 100°, обычно - приблизительно 90°. Газовый поток выхлопных газов зависит, в частности, от конфигурации отражателя 4. Более острый угол а отражателя 4 может вызывать меньшую турбулентность газового потока и, следовательно, обеспечивать более низкую степень смешивания распыленной воды и поступающих выхлопных газов, в то время как менее острый угол может создавать нежелательный высокий перепад давления в скруббере. Оказалось, что угол между 80 и 100° является оптимальным компромиссом между уменьшением перепада давления, создаваемого конусом, и эффективностью равномерного распространения газового потока в скруббере.

[0039] Диаметр отражателя 4, который расположен коаксиально над входом выхлопной трубы 2 в скруббер 1, должен быть больше, чем диаметр выхлопной трубы 2, чтобы предотвратить осаждение скрубберной жидкости и ее попадание в выхлопную трубу 2. В то же время диаметр отражателя должен быть достаточно малым, чтобы избежать слишком большого сужения выхлопного потока между корпусом отражателя и стенками скруббера, поскольку это может приводить к слишком большому увеличению перепада давления в скруббере. Для специалистов в данной области техники также очевидно, что наружный обод 4' отражателя 4 обычно содержит кромку, с которой вода будет капать для предотвращения ее попадания с верхней части часть отражателя на нижнюю поверхность отражателя и оттуда - в выхлопную трубу 2. Вода, попадающая в выхлопную трубу, может повредить судовой двигатель, соединенный с выхлопной трубой.

[0040] В пространстве под максимальной шириной отражателя на водяных трубах 10 могут быть дополнительно установлены форсунки 9 тонкораспыляемой воды. Не показанные форсунки впрыска воды могут быть также предусмотрены в выхлопной трубе 2, дополнительно или вместо указанных форсунок 9 тонкораспыляемой воды. Роль дополнительных форсунок 9 тонкораспыляемой воды и не показанных форсунок впрыска в выхлопной трубе 2 заключается в том, чтобы из форсунок вводить частицы воды в выхлопные газы для охлаждения и увлажнения этих выхлопных газов за счет испарения впрыскиваемой воды.

[0041] Кольцеобразный настенный отражатель 5, предпочтительно, установлен на стенке далее по направлению потока за отражателем 4, т.е., в скруббере - выше, максимальной ширины отражателя 4. Роль настенного отражателя состоит в том, чтобы направлять поступающие выхлопные газы от стенки к продольной оси скруббера. Настенный отражатель и отражатель взаимодействуют, создавая, по существу, равномерное распределение газов и газовый поток в скруббере над настенным отражателем 5, и направляя газовый поток к водяным инжекторам 6, 6', расположенным за отражателем, т.е., в скруббере - выше отражателя.

[0042] Водяные инжекторы 6, 6' предназначены для ввода воды с целью очистки выхлопных газов, т.е. для поглощения в первую очередь SOx и уменьшения содержания твердых частиц в выхлопных газах. Водяной инжектор (водяные инжекторы) 6 установлен (установлены) для впрыска воды, главным образом, вверх, в то время как водяной инжектор (водяные инжекторы) 6' установлен (установлены) для впрыска воды, главным образом, в нижнем направлении. Для специалистов в данной области техники также очевидно, что для функционирования в качестве скрубберной жидкости вода, вводимая посредством водяных инжекторов 6, 6', т.е. впрыскиваемые капли/ частицы воды должны быть хорошо распределены в нижней скрубберной камере 3. Некоторая часть скрубберной воды, впрыскиваемой посредством водяных инжекторов 6, 6', может испаряться, однако, основная масса воды будет попадать на дно нижней скрубберной камеры и удаляться оттуда через один или более выходов 8 нижней скрубберной камеры. Для специалистов в данной области техники очевидно, что значительная часть капель/частиц жидкости, выпрыскиваемой вверх, будет замедляться и падать вниз под действием силы тяжести. Падающие частицы и капли будут образовывать встречный поток для выхлопных газов, очищающий эти газы. Часть падающих капель будет попадать на верхнюю часть отражателя и отклоняться к наружной стенке скруббера. Водяные инжекторы 6, 6' предпочтительно расположены, по существу, вдоль продольной оси скруббера между корпусным отражателем и сужающейся частью, образованной выпускным каналом 12 выхлопных газов из нижней камеры.

[0043] Благодаря турбулентности потока газов и конструкции верхней части корпусного отражателя и настенных отражателей 5, обеспечивается оптимальное распределение газов и оптимальный контакт между газовым потоком и частицами воды, впрыскиваемыми водяными инжекторами 6, 6'.

[0044] Настенный отражатель 5, предпочтительно, имеет клиновидное поперечное сечение с острым углом β, направленным вниз в скруббере 1, т.е. направленным к нижней части скруббера. Установлено, что угол β, предпочтительно, должен составлять от приблизительно 5° до приблизительно 30°. Согласно расчетам наиболее предпочтительный угол β равен приблизительно 20° для получения вышеуказанного оптимального контакта между водой и газами и в то же время для равномерного распределения газов и газового потока в скруббере 1.

[0045] Форма верхней части отражателя 4, т.е. конуса, направленного вверх, также является важной для оптимизации конструкции скруббера. Верхняя часть отражателя оказывает влияние на спектр обтекания отражателя потоком газов и взаимодействие с настенным отражателем 5. Угол α', образованный верхней частью верхнего конуса, подбирается таким образом, чтобы верхний конус отражателя 4 взаимодействовал с настенным отражателем 5 и чтобы вода, падающая на верхнюю часть отражателя 4, отклонялась к наружной стенке скруббера в направлении, минимизирующем образование брызг, которые могут попадать в выхлопную трубу 2. Для получения такого угла α' обычно составляет ≤90°, в частности от 90 до 70°, или приблизительно 93°.

[0046] Выхлопные газы в выхлопной трубе 2 обычно имеют температуру от приблизительно 220°С до приблизительно 385°С в зависимости от нагрузки двигателя, вырабатывающего выхлопные газы, и применения экономайзера, который обычно устанавливают, чтобы использовать тепло выхлопных газов для генерирования пара. Поступающие выхлопные газы охлаждаются за счет ввода в них капель или частиц воды, которые охлаждают выхлопные газы в результате испарения, как поясняется ниже более подробно. Поступающие выхлопные газы являются относительно сухими и эффективно охлаждаются в результате испарения частиц и капель воды, которые смешиваются с поступающими выхлопными газами, как описано выше. Для обеспечения эффективной абсорбции SOx из выхлопных газов в скрубберную воду необходимо, чтобы температура в скрубберной камере составляла приблизительно 40°С или ниже.

[0047] Вода, подаваемая водяными инжекторами, может в достаточной степени охлаждать поступающие выхлопные газы. Вода, подаваемая в водяные инжекторы 6, 6', падает вниз в нижнюю камеру 3 скруббера, как указано выше и как более подробно раскрыто ниже.

[0048] Дополнительная вода в виде тонкораспыленной воды может быть введена через опциональные форсунки 9 тонкораспыляемой воды, получающие воду по линиям 10 тонкораспыляемой воды, при этом форсунки 9 тонкораспыляемой воды расположены в стенке скруббера 1, в той зоне, где выхлопные газы отклоняются отражателем 4 к стенкам скруббера. Турбулентность отклоненного потока выхлопных газов в этой зоне между стенками скруббера и отражателем обеспечивает тщательное перемешивание капель воды, тонкораспыленной воды и выхлопных газов.

[0049] Для специалистов в данной области техники также очевидно, что тонкораспыленная вода для охлаждения поступающих выхлопных газов может подаваться в других местах. Соответственно, форсунки 9 могут быть расположены в зоне между выхлопной трубой 2 и нижней частью отражателя, как показано на фиг. 1, или на стенках скруббера или вблизи них. Альтернативно или дополнительно к форсункам 9, непоказанные форсунки могут быть также установлены внутри выхлопной трубы 2. Поток воды и размер частиц, которые образуют форсунки, установленные в выхлопной трубе, необходимо регулировать, чтобы избежать образования капель, которые могут падать обратно и оседать в судовом двигателе.

[0050] Для получения тщательного перемешивания выхлопных газов, частиц воды, и воды опциональные форсунки 9 тонкораспыляемой воды обеспечивают впрыск под тупым углом, обычно между 100° и 150°, в частности приблизительно 130°. Средний размер частицы, впрыскиваемой опциональными форсунками 9 впрыска, составляет приблизительно от 0,1 мм до приблизительно 0,5 мм, в частности приблизительно 0,25 мм, чтобы обеспечить быстрое испарение для охлаждения выхлопных газов. Такие же значения углов распыления и размеров частиц относятся к непоказанным форсункам в выхлопной трубе 2. Для специалистов в данной области техники очевидно, что для получения равномерного распределения частиц воды в выхлопных газах предпочтительно использовать множество форсунок тонкораспыляемой воды.

[0051] Благодаря применению форсунок тонкораспыляемой воды, установленных под самой широкой частью отражателя, т.е. под самым узким проходом для выхлопных газов между отражателем и стенками скруббера, тонкораспыленная вода тщательно перемешивается с выхлопными газами вследствие турбулентности потока выхлопных газов, создаваемого под самой широкой частью отражателя и на следующей траектории движения потока, проходящей вверх.

[0052] Капли воды, падающие дождем из водяных инжекторов 6, 6', попадают в открытое пространство между отражателем и стенками скруббера или на направленный вверх конус отражателя 4. Направленный вверх конус отражателя 4, или верхняя часть отражателя 4 выполняет также функцию «зонта», предотвращающего попадание воды в выхлопную трубу 2. Вода, падающая вниз на верхнюю часть отражателя 4, будет отклоняться наружу к стенкам скруббера.

Результирующий поток воды, содержащий капли и частицы воды различных размеров, будет проходить главным образом вниз противотоком относительно выхлопных газов в пространстве между отражателем и стенками скруббера.

[0053] Водяные инжекторы 6, 6' установлены на инжекторных трубах 7, которые соединяются с водопроводными трубами за пределами скруббера 1. Скруббер, показанный на фиг. 1, содержит два водяных инжектора 6, 6', каждый из которых установлен на инжекторных трубах 7, расположенных на различной высоте в скруббере 1. Количество водяных инжекторов 6, 6' в нижней скрубберной камере может изменяться в зависимости от конкретной конструкции и конструктивных требований к соответствующему скрубберу.

[0054] На фиг. 1 показан вариант осуществления, в котором используются два водяных инжектора 6, 6', каждый из которых установлен на инжекторной трубе 7, при этом один инжектор предназначен для впрыскивания, главным образом, вверх, а другой - главным образом, вниз. Согласно показанному варианту осуществления две инжекторные трубы 7, каждая из которых содержит два инжектора 6, 6', установлены в нижней скрубберной камере 3. Для специалистов в данной области техники очевидно, что указанные инжекторы обеспечивают впрыскивание вверх и вниз, при этом один инжектор 6' направлен вверх, а один или более инжекторов направлено вниз, 6. Один водяной инжектор 6, установленный на верхней инжекторной трубе 7, может быть направлен вверх, в то время как другой водяной инжектор 6', установленный на нижней инжекторой трубе 7, направлен вниз. Впрыскиваемая вода, поступающая из водяного инжектора 6, направленного вверх, способствует движению выхлопных газов из нижней скрубберной камеры 3 через сужение, образованное выпускным каналом 12 выхлопных газов из нижней камеры и далее в верхнюю скрубберную камеру, создавая эффект Вентури в указанном сужении.

[0055] Направленные вниз один или более водяных инжекторов 6' имеют противоположное направление относительно потока выхлопных, газов, проходящего вверх по скрубберу 1. Водяные инжекторы 6, 6' содержат одну или более форсунок, предназначенных для широкого разбрызгивания потока капель, имеющих средний размер, достаточно большой, чтобы обеспечить падение капель воды в нижнюю часть скруббера против потока выхлопных газов, и в то же время достаточно малый, чтобы обеспечить необходимую площадь контакта для абсорбции SOx и захвата твердых частиц, присутствующих в выхлопных газах.

[0056] Обычно конус впрыска водяных инжекторов 6, 6' составляет от 90° до 150°, в частности, приблизительно 120°, чтобы получить надлежащее распределение тонкораспыленных частиц воды в скруббере. Размер капель может изменяться в зависимости от типовой средней скорости выхлопных газов в объеме скруббера. Обычно средняя скорость газов составляет приблизительно от 6 до 12 м/с, в частности приблизительно 8-10 м/с. Средний размер (диаметр) капель, который позволяет им падать вниз в скруббере противотоком относительно выхлопных газов, поднимающихся вверх, и в то же время получать достаточную площадь контакта, составляет от приблизительно 2 мм до приблизительно 3,5 мм, в частности приблизительно от 2,5 до приблизительно 3 мм.

[0057] Водяные инжекторы 6, 6' могут представлять собой инжекторы любого типа, способные создавать частицы воды указанного среднего диаметра. Каждый водяной инжектор 6, 6' может содержать одно или более впрыскивающих отверстий, которые направлены под определенным углом к входу выхлопных газов и под различными углами, чтобы покрывать конус впрыска, указанный выше.

[0058] Вода, вводимая через опциональные впрыскивающие форсунки 9 и водяные инжекторы 6, 6', предпочтительно, представляет собой морскую воду. Вода, поступающая из опциональных впрыскивающих форсунок 9, охлаждает и насыщает выхлопные газы влагой, в то время как впрыск воды из водяных инжекторов 6, 6' действует как скрубберный раствор для выхлопных газов с целью удаления/ уменьшения содержания SOx и пыли, в частности сажи и других твердых частиц, присутствующих в выхлопных газах, а также для охлаждения выхлопных газов. Капли воды, впрыскиваемые из водяных инжекторов 6, 6', растворяют SOx в соответствии с растворимостью в воде. Кроме того, SOx может реагировать с веществами, растворенными в воде, что повышает поглощающую способность воды. Твердые частицы, содержащиеся в выхлопных газах, захватываются водой. Капли воды, падающие вниз в скруббере, собираются на дне нижней скрубберной камеры, и накопившаяся вода отводится из нижней камеры через один или более выходов 8 и подвергается дальнейшей обработке, как более подробно раскрыто ниже.

[0059] Как указано выше, газы, очищенные в нижней скрубберной камере 3, отводятся из нижней камеры по выходу 12 для выхлопных газов. Выход 12 нижней камеры для выхлопных газов, как указано выше, представляет собой коаксиально расположенное сужение, образованное, по существу, осевым сужением нижней скрубберной камеры 3. При этом конструкция осевого сужения нижней скрубберной камеры является важной для уменьшения перепада давления в скруббере. Предпочтительно, это сужение выполнено, по существу, в виде бутылочного горлышка и обеспечивает уменьшение перепада давления в этом сужении за счет исключения острых кромок, которые могут вызывать возмущение проходящих выхлопных газов и увеличивать сопротивление потоку.

[0060] Один или более вышеуказанных водяных инжекторов 6, направленных вверх и расположенных под сужением, образованным выходом 12 нижней камеры для выхлопных газов, создает в выходе 12 эффект Вентури, который обеспечивает, как уменьшение перепада давления, так и плотный контакт между выхлопными газами и водой, впрыскиваемой направленным вверх водяным инжектором 6.

[0061] Газы, отводимые через выход 12 нижней камеры для выхлопных газов, поступают в верхнюю скрубберную камеру 13, имеющую, по существу, такую же конфигурацию, как и нижняя скрубберная камера 3.

[0062] Поступающие выхлопные газы отклоняются отражателем 14 верхней камеры и настенным отражателем 18 верхней камеры, в то время как тонкораспыленная вода впрыскивается в скрубберную камеру 13 водяными инжекторами 16, расположенными на инжекторных трубах 17. Все водяные инжекторы в верхней скрубберной камере 13 направлены вниз. Вода накапливается на дне верхней скрубберной камеры 13 и отводится через один или более выходов 18.

[0063] Очищенные газы выходят из верхней скрубберной камеры 13 через выход 20 скруббера и выбрасываются в атмосферу непосредственно или через непоказанный выход для очищенных выхлопных газов. Выход 20 скруббера может быть выполнен, по существу, в виде сужения верхней скрубберной камеры 13, соответствующего выходу 12 нижней камеры для выхлопных газов, при этом следует учитывать те же самые соображения относительно уменьшения перепада давления и т.п.

[0064] Влагоуловитель 19 расположен в верхней части верхней скрубберной камеры 13 или в переходе между скрубберной камерой и выходом 20 скруббера и предназначен для удаления или значительного уменьшения содержания частиц воды, которые выходят из скруббера вместе с очищенными выхлопными газами. Влагоуловитель 19 содержит плетеную, тканую или нетканую прокладку, выполненную из проволоки, прикрепленную к рамной конструкции и предназначенную для захвата частиц, увлеченных газами, чтобы исключить или значительно уменьшить содержание частиц воды в газах, выделяющихся в атмосферу. Проволока прокладки может быть изготовлена из любого пригодного материала, если этот материал является долговечным и не корродирует в процессе эксплуатации. В настоящее время наиболее предпочтительным материалом для такой проволоки является нержавеющая сталь. Предпочтительно предусмотрен водораспределитель 21, получающий воду по линии 22 подачи воды влагоуловителя и предназначенный для распределения воды по поверхности влагоуловителя с целью удаления накапливающихся твердых частиц из ячеек влагоуловителя и повышения влагозахватывающей способности влагоуловителя. Твердые частицы могут представлять собой частицы, содержащиеся в каплях воды и/или соли, осаждающиеся из захваченных капель. Захваченные частицы воды и промывающая вода образуют более крупные капли, которые падают вниз в верхнюю скрубберную камеру 13 и удаляются вместе с скрубберной жидкостью по трубопроводу 18.

[0065] На фиг. 2 показана упрощенная принципиальная схема системы очистки выхлопных газов, содержащей вышеописанный скруббер 1. Морская вода отбирается из кингстонной коробки через не показанный заборник морской воды, общий для нескольких бортовых потребителей морской воды. Морская вода, поступающая из общего заборника морской воды, подвергается обработке для уменьшения содержания твердых частиц и т.п. и предотвращения или уменьшения биологического обрастания трубопроводов и резервуаров. Обработанная таким образом морская вода подается в настоящую установку по всасывающему трубопроводу 99 для морской воды посредством заборного насоса 100 для морской воды, обеспечивающего требуемое давление. Вода выходит из насоса 100 по нагнетательному трубопроводу 101 для морской воды, который разветвляется на трубопровод 102 для охлаждающей воды и трубопровод 103 для технологической воды, управление каждым из которых осуществляется посредством клапанов 104, 105, соответственно.

[0066] Охлаждающая вода из трубопровода 102 поступает в холодильник 106 и используется для охлаждения технологической воды, которая применяется для впрыскивания в скруббере 1 в закрытом режиме эксплуатации, как описано ниже. Охлаждающая вода, выходящая из охладителя 106, подается по выходному трубопроводу 107 для охлаждающей воды и выпускается в окружающее море по общему забортному выпускному трубопроводу 108.

[0067] Данная система очистки выхлопных газов может работать в открытом или закрытом режиме. Сначала приведем описание открытого режима.

[0068] Управление потоком воды в трубопроводе 103 для технологической воды, как указано выше, осуществляется посредством клапана 104. В открытом режиме клапан 104 является открытым и пропускает морскую воду в трубопровод 103. В трубопроводе 103 установлен насос 112 для технологической воды, который повышает давление воды до величины, необходимой для ввода технологической воды в скруббер 1. Клапан 114 технологического резервуара, установленный в трубопроводе 113 технологического резервуара, соединенном с технологическим резервуаром 152, в открытом режиме работы является закрытым.

[0069] Как говорилось выше, охладитель 106 присоединен к трубопроводу 103 для охлаждающей воды. В открытом режиме охлаждающая вода и вода в трубопроводе 103 имеют одинаковую температуру. Соответственно, охлаждение может быть прекращено закрытием клапана 103 в трубопроводе 102 для охлаждающей воды. Прекращение охлаждения в открытом режиме уменьшает потребляемую мощность и, следовательно, стоимость эксплуатации, поскольку накачивается меньшее количество воды.

[0070] Технологическая вода из трубопровода 102 разветвляется между форсуночными трубами 7, 17 и трубопроводом 10 для тонкораспыляемой воды. Поток воды, проходящей из форсуночных труб в форсунки, регулируется клапанами 7', 17'. Вода, накапливающаяся на дне каждой камеры скруббера, отводится через выходные трубы 8, 18. В трубах 8, 18 установлены клапаны 8', 18' для регулирования потока. Вода из трубопроводов 8, 18 проходит в отводящий трубопровод 150 и подается в технологический резервуар 152. Для регулирования потока в трубопроводе 150 может быть установлен регулирующий клапан 154. Для специалистов в данной области техники также очевидно, что в случае необходимости в трубопроводе 150 может быть предусмотрен непоказанный насос для перекачивания воды.

[0071] Резервуар 109 для химических добавок, соединенный с дозировочным насосом 110, предназначен для добавления химикатов в воду, проходящую по трубопроводу 103, чтобы регулировать рН воды и/или добавлять в воду необходимые химикаты, ионы и т.п. Во время работы в закрытом режиме следует исключать добавление химикатов, которые являются экологически неприемлемыми как таковые, или которые могут образовывать экологически неприемлемые соединения в результате реакции с компонентами морской воды и/или выхлопных газов. Добавление химикатов, таких, как например, Mg(ОН)2, в поступающую воду может быть использовано для регулирования рН с целью повышения способности воды связывать кислотные газы, в частности, SOx, однако, во многих случаях это является эстетически неприемлемым вследствие помутнения воды, подлежащей сбросу.

[0072] Если допускают экологические ограничения, вода в технологическом резервуаре 152 может сбрасываться по выпускному трубопроводу 160 технологического резервуара через клапаны 161, 162 и выходить через забортный выход 108.

[0073] В случае применения более строгих экологических стандартов клапан 161 закрывается, и включается насос 154 для перекачивания воды из резервуара 152 в гидроциклон 166 с целью удаления из воды твердых частиц. Очищенная вода отводится из гидроциклона 166 по трубопроводу 170 для очищенной воды и сбрасывается в море по трубопроводу 108 для забортного выпуска воды. Небольшое количество воды отводится из гидроциклона вместе с твердыми частицами по сточному трубопроводу 168 и подается в блок 167 мешочных фильтров. Замена фильтров в блоке мешочных фильтров производится по мере необходимости, а твердые отходы сдаются на утилизацию. Вода, пропущенная через блок мешочных фильтров, возвращается в технологический резервуар 152.

[0074] В случае применения самых строгих экологических стандартов, в частности, в прибрежных водах, в портах или на территориях, особо охраняемых экологически, в частности, в Балтийском море и т.п., данная система работает в закрытом режиме.

[0075] В закрытом режиме, клапан 162, пропускающий воду из технологического резервуара 151 для сброса через забортный выход 108, является закрытым. При этом клапан 114 в трубопроводе 113, соединяющем технологический резервуар 152 с трубопроводом 103 для циркуляции воды, является открытым, поэтому технологическая вода отбирается из резервуара 152 для технологической воды, и, таким образом, вода является оборотной.

[0076] В закрытом режиме щелочь, в частности Mg(ОН)2, добавляется в технологический резервуар 152 для увеличения рН и, следовательно, для повышения способности раствора поглощать/ связывать SOx. Щелочь добавляется в резервуар 152 из резервуара 180 по трубопроводу 181. В трубопроводе 181 установлен дозирующий насос 182, который обеспечивает подачу требуемого количества щелочи в резервуар 152.

[0077] Основная часть SOx присутствует в выхлопных газах в виде SO2. В скруббере происходит растворение SO2 в воде. Mg(ОН)2, добавленный в скрубберную воду, реагирует с SO2 в соответствии со следующими уравнениями:

Mg(OH)2+SO2→MgSO3+H2O

MgSO3+SO2+H2O→Mg(HSO3)2

Mg(HSO3)2+Mg(OH)2→2MgSO3+2H2O.

[0078] Mg(OH)2 может быть загружен, как таковой, на борт судна и вводиться в технологический процесс. Альтернативно этому может быть использован MgO. MgO может реагировать с водой, образуя Mg(ОН)2 в бортовом технологическом оборудовании и повышая реакционную способность раствора.

[0079] Кислород добавляется в воду в технологических резервуарах 152 способом аэрации, т.е. газ, представляющий собой кислород, воздух или воздух, обогащенный кислородом, подается по воздухопроводу 148, соединенному с воздухораспределителем 149, при этом введенный газ барботирует через воду. Ввод кислорода в резервуары позволяет дополнительно окислять MgSO3 в соответствии с формулой:

.

[0080] Охлаждение оборотной воды является особенно важным при работе системы в закрытом режиме. Охлаждение оборотной воды осуществляется посредством охладителя 106, как раскрыто выше. Использованная охлаждающая вода, введенная водозаборником 100, не загрязняется в результате каких-либо внутренних процессов на борту судна и может быть сброшена через забортный выход 108.

[0081] В закрытом режиме работы клапан 105 в трубопроводе 103 используется только для того, чтобы регулировать поступление морской воды и добавлять воду для компенсации ее потери в технологическом процессе в результате испарения в скруббере.

[0082] Система, раскрытая со ссылками на фиг. 2, имеет ограниченное время работы в закрытом режиме, поскольку растворенные компоненты и т.п. накапливаются в оборотной воде, и описанная система очистки не рассчитана на непрерывную работу в течение длительного периода времени. Система, раскрытая со ссылками на фиг. 2, может быть рассчитана на работу, например, в течение приблизительно 72 часов, что соответствует времени, которое требуется судну крейсерского класса для входа в особо защищенную акваторию Балтийского моря в соответствующих портах. В порту оборотная вода может быть сдана на станцию переработки жидких отходов и заменена новой водой.

[0083] Для специалистов в данной области техники очевидно, что для критических частей системы обработки воды, описанной со ссылками на фиг. 2, может быть предусмотрено дублирование. Таким критическим частями могут быть, например, гидроциклон 166 и блок 167 мешочных фильтров.

[0084] Данная система имеет важные преимущества перед известными решениями, поскольку скруббер выполняет функцию глушителя, а также обеспечивает очистку выхлопных газов от твердых частиц и SOx. Кроме того, в случае неисправности циркуляции воды данный скруббер может функционировать в качестве глушителя даже без воды, в то время как известные альтернативные решения не могут работать всухую и требуют наличия перепускного выхлопного канала в случае прекращения циркуляции воды. Данная система также занимает меньше места, чем известные решения и требует небольших модификаций на борту существующего судна или не требует никаких модификаций вовсе. В большинстве случаев существующее судно может продолжать работать на полной мощности во время установки описанной системы.

[0085] Для специалистов в данной области техники очевидно, что, хотя вышеописанный скруббер содержит две последовательно соединенных камеры, такой скруббер может содержать и большее количество последовательно соединенных камер.

[0086] Для большинства конструкций судов, в частности, судов крейсерского класса, данные скрубберы в большинстве случаев могут быть установлены во время работы судна. Выхлопные газы поступают от двигателей в выхлопную трубу блока выхлопных труб, при этом для каждой выхлопной трубы предусмотрен один глушитель для глушения шума двигателя перед тем, как выхлопные газы будут выпущены в окружающую среду. Данные описанные и заявленные скрубберы заменяют глушитель, поскольку скруббер имеет, по существу, такой же диаметр, как и глушитель, который он заменяет, а его длина, как указано выше, обычно превышает длину глушителя приблизительно на 30%. Обычно замена глушителя данным скруббером не требует какой-либо значительной перестройки на борту судна, поскольку внутри дымовой трубы имеется достаточное пространство для размещения такой длины, увеличенной по сравнению с глушителем.

[0087] Во время замены глушителя на скруббер согласно настоящему изобретению выхлопные газы прекращают поступать в соответствующую выхлопную трубу в результате остановки одного из судовых двигателей, что не влияет на работу судна. Как только указанный скруббер будет установлен вместо глушителя и надежно прикреплен внутри дымовой трубы к выхлопной трубе, остановленный двигатель может быть вновь запущен и может работать в нормальном режиме, поскольку данный скруббер будет функционировать в качестве глушителя и не будет повреждаться даже при работе всухую. Затем установка скруббера может быть продолжена, не оказывая влияния на работу судна. Как только на борту будет установлена система впрыска воды и система обработки воды, может быть начата очистка скруббером.

[0088] Остальная часть системы обработки воды и впрыска воды в скруббер может быть установлена независимо от скруббера, как такового. Для технологического резервуара 152, гидроциклона 166, насосов, трубопроводов, теплообменника 106 и т.п. также необходимо определенное пространство, однако, они могут быт быть размещены внутри или вблизи машинного отделения и потребуют минимальной перестройки на борту, которая уменьшала бы зону размещения пассажиров и приводила бы к снижению доходов судна.

[0089] Характерным достоинством данных скрубберов является возможность работы всухую, т.е. без подачи воды впрыскивающими форсунками или водяными инжекторами. Давление воды может снижаться или пропадать вследствие технических неисправностей. Во время работы всухую данные скрубберы функционируют в качестве глушителей, что не приводит к их повреждению, даже если скрубберы работают всухую в течение длительного периода времени. Несмотря на то, что работа всухую может приводить к повышению уровня шума по сравнению с нормальной работой скрубберов вследствие шумопоглощающего эффекта воды, возникающий при этом шум не превышает уровня шума, уменьшаемого оригинальными глушителями. Как только происходит возврат воды, скрубберы снова начинают функционировать, как описано выше.

[0090] Насадочные скрубберы, напротив, не могут работать в течение длительного периода времени без достаточного количества воды, поскольку слой насадочного материала засоряется твердыми частицами, присутствующими в выхлопных газах, если работа производится без воды. Чтобы исключить необходимость остановки двигателей в том случае, когда пропадает давление промывной воды, приходится отклонять поток выхлопных газов к оригинальным глушителям, если подача воды в насадочные скрубберы прекращается на время, превышающее заданный период, как указано выше. Это означает, что оригинальные выхлопные трубы и глушители должны сохраняться внутри дымовой трубы и что крупногабаритные скрубберы должны занимать площади на борту судна, которые обычно используются в качестве зон для размещения пассажиров.

Пример

[0091] Произвели расчеты для обработки выхлопных газов, вырабатываемых судовым двигателем мощностью 12,6 МВт, который при 100% нагрузке создает объемный расход выхлопных газов, равный приблизительно 71,000 м3/ч. Расход выхлопных газов от двигателя может изменяться приблизительно от 14,000 м3/ч до приблизительно 71,000 м3/ч. Расчеты выполнены для нормальной нагрузки, равной приблизительно 75% от максимальной нагрузки, с результирующим расходом газа приблизительно 53,200 м3/ч, что соответствует скорости газов, поступающих в выхлопную трубу диаметром приблизительно 1,2 м, равной 38 м/с. Как указано выше, выхлопные газы в выхлопной трубе 2 обычно имеют температуру от приблизительно 220°С до приблизительно 375°С в зависимости от нагрузки двигателя, вырабатывающего выхлопные газы, и применения экономайзера, который обычно устанавливается для генерирования пара с использованием теплоты выхлопных газов.

[0092] Скруббер 1, использованный для расчетов, имеет диаметр приблизительно 2,3 м и габаритную высоту приблизительно 15,5 м. Начиная с нормальной нагрузки, температуры выхлопных газов 240°С и массового расхода выхлопных газов 22,4 кг/с, приблизительно 3 кг/с воды вводили через форсунки 9 тонкораспыляемой воды с целью охлаждения выхлопных газов до приблизительно 40°С, т.е. до температуры, близкой к температуре вводимой охлаждающей воды, подтверждая, что все охлаждение является результатом испарения. Впрыскивающие форсунки создавали тонкораспыленную воду со средним размером частиц 0,25 мм. Применение форсунок 9 тонкораспыляемой воды, как указано выше, является необязательным и может быть исключено при низких температурах выхлопных газов, т.е. если экономайзер установлен выше по потоку от данного скруббера.

[0093] Приблизительно 36 кг воды/с вводили через каждый из двух водяных инжекторов 6, 6' в каждую скрубберную камеру или всего приблизительно 144 кг воды/с в расчетной модели, чтобы получить достаточное удаление твердых частиц и SOx. Средний размер тонкораспыленных частиц, вводимых водяными инжекторами 6, 6', 16, составлял от 0,5 мм до 3 мм, в частности от приблизительно 2,5 мм до 2,8 мм или приблизительно 2,7 мм, чтобы получить достаточно большую площадь поверхности и обеспечить захват твердых частиц и SOx, а также обеспечить падение частиц воды вниз против потока выхлопных газов.

[0094] Моделирование показывает, что однородность распределения скоростей газов в камерах скруббера была очень хорошей непосредственно над первым или нижним отражателем 4, который является важным для эффективности скруббера. Моделирование также подтвердило, что температура была однородной непосредственно над первым отражателем 4. Потребность в воде для эффективной очистки является меньшей, чем в известных системах очистки выхлопных газов. Накачивание воды, подаваемой в скруббер, представляет собой энергоемкий процесс. Поэтому уменьшение объемного расхода воды в секунду является важным фактором для снижения потребляемой мощности и, следовательно, эксплуатационных расходов при применении скруббера.

[0095] Перепад давления в скруббере увеличивался приблизительно от 0,9 кПа, когда скруббер работал без воды, т.е. функционировал только в качестве глушителя, до ≤1,47 кПа во время работы в качестве скруббера. Этот перепад давления, создаваемый частицами воды, меньше, чем для ранее предложенных насадочных скрубберов, которые являются более габаритными и, кроме того, имеют другие вышеуказанные недостатки.

[0096] Результаты моделирования подтверждены установкой опытного образца на работающем судне. Опытный образец установили и эксплуатировали, не нарушая работы судна. Результаты лазерных измерений показали, что опытный образец удалял >85% твердых частиц, содержавшихся в выхлопных газах. Кроме того, приблизительно 99% SOx удалялось из выхлопных газов, когда скруббер работал в открытом режиме.

1. Скруббер (1) для выхлопных газов морского судна, содержащий

нижнюю и верхнюю скрубберные камеры (3, 13), которые являются, по существу, симметричными относительно общей продольной оси, расположенной, по существу, вертикально, при этом выход (12) нижней камеры для выхлопных газов расположен вверху нижней скрубберной камеры (3) в виде коаксиального сужения и предназначен для отведения частично очищенных выхлопных газов из первой скрубберной камеры и подачи этих газов в верхнюю скрубберную камеру (13),

причем выхлопная труба (2) проходит, по существу, коаксиально через дно нижней скрубберной камеры и открыта в эту нижнюю скрубберную камеру (3), при этом выход (20) для выхлопных газов проходит коаксиально через верх верхней скрубберной камеры,

причем над отверстием выхлопной трубы (2) расположен отражатель (4) нижней скрубберной камеры, который служит для отклонения выхлопных газов к стенкам скруббера и создания турбулентного газового потока,

отличающийся тем, что указанный отражатель (4) содержит два противоположно направленных прямых конуса, имеющих общее основание и общую ось вращения, совпадающую с продольной осью скруббера,

причем над отражателем нижней скрубберной камеры (4) расположен (расположены) один или более водяных инжекторов нижней камеры (6, 6'), которые расположены, по существу, вдоль продольной оси нижней скрубберной камеры и предназначены для введения скрубберной воды в поток выхлопных газов, при этом по меньшей мере один из водяных инжекторов (6), расположенный ниже выхода (12) нижней камеры для выхлопных газов, направлен вверх к этому выходу (12);

причем указанный выход (12) нижней камеры для выхлопных газов выполнен в виде бутылочного горлышка.

2. Скруббер по п. 1, в котором предусмотрен (предусмотрены) один или более выходов (8) нижней камеры для отвода скрубберной воды, накапливающейся в нижней части нижней скрубберной камеры (3).

3. Скруббер по п. 1 или 2, в котором два или более водяных инжекторов расположены в нижней скрубберной камере, при этом по меньшей мере один из водяных инжекторов (6') направлен (направлены) вниз, к отражателю (4) нижней скрубберной камеры.

4. Скруббер по п. 1 или 2, в котором на стенке скруббера расположен кольцеобразный настенный отражатель (5) нижней камеры.

5. Скруббер по п. 1 или 2, в котором угол (α) при вершине направленного вниз конуса составляет 80-100°, а угол при вершине направленного вверх конуса составляет 70-90°.

6. Скруббер по п. 1 или 2, в котором в нижней скрубберной камере (3) под отражателем (4) нижней скрубберной камеры расположена (расположены) одна или более форсунок тонкораспыляемой воды.

7. Скруббер по п. 1 или 2, в котором в верхней скрубберной камере (13) над выпускным каналом (12) выхлопных газов нижней скрубберной камеры расположен отражатель (14) верхней скрубберной камеры.

8. Скруббер по п. 7, в котором в верхней скрубберной камере расположен (расположены) один или более водяных инжекторов (16).

9. Скруббер по любому из пп. 1, 2, 8, в котором в верхней части верхней скрубберной камеры расположен влагоуловитель для уменьшения содержания тонкораспыленной воды в очищенных выхлопных газах.

10. Способ очистки выхлопных газов, в котором выхлопные газы вводят в скруббер, где их очищают в контакте с морской водой, чтобы уменьшить содержание в выхлопных газах SOx и твердых частиц, при этом указанный способ содержит следующие шаги:

а) вводят выхлопные газы, подлежащие очистке, через коаксиально расположенную выхлопную трубу в нижнюю скрубберную камеру трубчатого скруббера, содержащего две или более последовательно соединенные скрубберные камеры,

b) отклоняют поток выхлопных газов посредством отражателя, который содержит два противоположно направленных прямых конуса, имеющих общее основание и общую ось вращения, совпадающую с продольной осью скруббера, и расположен над отверстием выхлопной трубы, чтобы создавать турбулентный газовый поток;

c) вводят частицы воды в выхлопные газы для их очистки,

d) отводят частично очищенные выхлопные газы из первой скрубберной камеры через выход нижней камеры для выхлопных газов, выполненный в виде коаксиально расположенного сужения,

e) вводят указанные частично очищенные выхлопные газы во вторую скрубберную камеру, где их дополнительно очищают,

f) выпускают очищенные выхлопные газы в окружающую среду,

отличающийся тем, что по меньшей мере часть частиц воды, вводимых на шаге с), вводят посредством одного или более инжекторов впрыска воды нижней камеры, которые расположены, по существу, вдоль продольной оси нижней скрубберной камеры над отражателем нижней камеры, при этом по меньшей мере один из инжекторов впрыскивает воду вверх, в направлении выхода нижней камеры для выхлопных газов, выполненного в виде бутылочного горлышка.

11. Способ по п. 10, в котором тонкораспыленную воду вводят в поступающие выхлопные газы для их охлаждения и увлажнения между шагами а) и b).

12. Способ по п. 10 или 11, в котором использованную скрубберную воду, отводимую из скруббера, выпускают в окружающее море.

13. Способ по п. 12, в котором удаляют твердые частицы из использованной скрубберной воды перед ее выпуском.

14. Способ по п. 10 или п. 11, в котором использованную скрубберную воду повторно подают в скруббер.

15. Способ по п. 14, в котором перед повторной подачей в скруббер использованную скрубберную воду обрабатывают для уменьшения содержания в ней твердых частиц.

16. Способ по п. 14 или 15, в котором в использованную скрубберную воду перед ее повторной подачей в скруббер добавляют щелочь.

17. Способ по п. 16, в котором щелочь представляет собой водный раствор MgO или Mg(ОН)2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике мокрого пылеулавливания. Устройство для очистки воздуха в виброкипящем слое жидкости, содержащее корпус, патрубок для ввода запыленного газа и патрубок для выхода очищенного газа, резервуар с жидкостью, смывное сопло и трубу для отвода шлама, патрубок для ввода запыленного газа выполнен цилиндрическим, а в верхних слоях жидкости размещен вибратор, закрепленный к корпусу посредством упругой перфорированной мембраны, отличающееся тем, что на внутренней поверхности корпуса, с зазором относительно цилиндрической части патрубка для ввода запыленного газа, закреплено оросительное устройство в виде кольца с форсунками, расположенными своей распылительной частью в сторону вибратора, при этом каждая из форсунок содержит полый цилиндрический корпус с дроссельной шайбой, соединенный с накидной гайкой, к которой крепится рассекатель потока жидкости, причем рассекатель потока жидкости состоит из коаксиально расположенных перфорированных конических обечаек, пространство между которыми заполнено мелкоячеистой сеткой, причем вершины конических поверхностей обечаек направлены в сторону от дроссельной шайбы, а в нижней части рассекателя закреплен цилиндрический перфорированный сегмент, закрепленный на перфорированных конических обечайках, при этом в цилиндрическом перфорированном сегменте, закрепленном в нижней части рассекателя на перфорированных конических обечайках, размещен завихритель потока, выполненный в виде пружины.

Абсорбер // 2653829
Изобретение относится к колонным массообменным аппаратам и предназначено для мокрой очистки воздуха от газообразных вредностей. Абсорбер содержит вертикальный цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками для газа, горизонтальные массообменные тарелки, ороситель и каплеуловитель в виде двух горизонтальных перегородок.

Абсорбер // 2653829
Изобретение относится к колонным массообменным аппаратам и предназначено для мокрой очистки воздуха от газообразных вредностей. Абсорбер содержит вертикальный цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками для газа, горизонтальные массообменные тарелки, ороситель и каплеуловитель в виде двух горизонтальных перегородок.

Изобретение относится к области процессов и аппаратов химической технологии, а именно к насыпным насадкам для массообменных колонн, и может быть использовано в качестве контактного устройства в химико-технологических процессах ректификации, абсорбции, химического обмена и пр., осуществляемых в колонных аппаратах.

Изобретение предназначено для тепло- и массообмена между газом и жидкостью. Распределительная пластина (2) колонны для тепло- и массообмена между газом и жидкостью содержит камеры (4) для прохода газа, средства прохода жидкости (6) и систему вторичного распределения (7), выступающую в нижней части пластины (2).

Изобретение относится к массообменным способам извлечения жидкостью компонентов газовой смеси и может быть использовано в массообменном оборудовании химической промышленности.

Изобретение относится к противоточной колонне с распределителем жидкости. Противоточная колонна содержит динамически управляемый распределитель жидкости, включающий в себя трубу для подачи жидкости и множество распределительных органов, которые расположены в колонне над набивкой с возможностью образования в протекающем вверх газе на высоте распределительных органов нескольких частичных потоков, причем между набивкой и распределительными органами имеются зоны подпора, при этом распределительные органы представляют собой накопительные объемы жидкости 3, расположенные на опорной плите, каждый из которых включает множество отверстий в днище для прохождения жидкости, соосных с множеством отверстий в опорной плите, уровнемер 11, трубу для подачи жидкости 9, содержащую насос 16, расходомер, состоящий из первичного преобразователя расходомера 12 и вычислителя расходомера 13, входной клапан 4, причем накопительные объемы жидкости разделены между собой окнами в опорной плите для протекающего вверх газа.

Изобретение относится к устройствам для абсорбции отдельных компонентов в газах. Устройство для абсорбции отдельных компонентов, таких как загрязняющие или рециркулируемые материалы, в газах, в котором абсорбирующий раствор контактирует с газом в абсорбционной камере, причем абсорбирующий раствор подается разбрызгивающими форсунками в абсорбционную камеру, снабженную газораспределительной решеткой, вызывающей турбулентность потока втекающего газа над отверстием входа газа, отличающееся тем, что в газораспределительной решетке предусмотрены разбрызгивающие форсунки, через которые вводится абсорбирующий раствор, при этом газораспределительная решетка образована большим количеством труб, причем разбрызгивающие форсунки расположены на трубах, а абсорбирующий раствор может подаваться в абсорбционную камеру через трубы.

Изобретение относится к оборудованию для абсорбционной очистки газа и может быть использовано в различных отраслях промышленности для очистки газов от кислых компонентов водными растворами алканоламинов.

Изобретение относится к технике мокрого пылеулавливания. Насадочный скруббер, содержащий корпус с патрубками для запыленного и очищенного газа, опорные решетки, насадку и устройство для отвода шлама, оросительное устройство выполнено в виде форсунки, содержащей полый корпус с соплом и центральным сердечником, корпус выполнен с каналом для подвода жидкости и содержит соосную, жестко связанную с ним втулку, с закрепленным в ее нижней части соплом, выполненным в виде цилиндрической двухступенчатой втулки, верхняя цилиндрическая ступень которой соединена посредством резьбового соединения с соосным с ней центральным сердечником, имеющим центральное отверстие и установленным с кольцевым зазором относительно внутренней поверхности цилиндрической втулки, при этом кольцевой зазор соединен по крайней мере с тремя радиальными каналами, выполненными в двухступенчатой втулке, соединяющими его с кольцевой полостью, образованной внутренней поверхностью втулки и внешней поверхностью верхней цилиндрической ступени, причем кольцевая полость связана с каналом корпуса для подвода жидкости, к центральному сердечнику в его нижней части жестко прикреплен распылитель, выполненный в виде усеченного конуса, соосного центральному отверстию сердечника и прикрепленного своим верхним основанием к основанию цилиндра центрального сердечника, а к нижнему основанию усеченного конуса, посредством по крайней мере трех спиц, прикреплен рассекатель, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора, а на внешней боковой поверхности усеченного конуса имеются винтовые канавки, причем в рассекателе, осесимметрично центральному отверстию центрального сердечника, выполнено дроссельное отверстие, при этом к втулке, жестко связанной с корпусом, в ее нижней части, соосно прикреплен внешний диффузор, а к нижнему основанию усеченного конуса распылителя соосно прикреплен внутренний перфорированный диффузор.

Изобретение относится к технике мокрого пылеулавливания. Конический форсуночный скруббер с вихревым оросителем, содержащий корпус с патрубками для запыленного и очищенного газа, форсуночное оросительное устройство, опорные и ограничительные тарелки, между которыми расположена насадка, брызгоуловитель, выполненный в виде слоя насадки, размещенной между опорной и ограничительной тарелками, и устройство для отвода шлама, причем опорные тарелки выполнены упругими, насадка, размещенная над нижней опорной тарелкой, выполнена из упругих материалов, например, в форме полиэтиленовых шаров, а на нижней опорной тарелке установлен вибратор, причем насадка выполнена в виде полых шаров, на сферической поверхности которых прорезана винтовая канавка, или насадка выполнена в виде винтовой линии, образованной на сферической поверхности и имеющей в сечении, перпендикулярном винтовой линии, профиль типа круга, многоугольника, «седла Берля» или седла «Италлокс», отличающийся тем, что оросительное устройство состоит из цилиндрической части с внешней резьбой для подсоединения к штуцеру распределительного трубопровода, подводящего жидкость, конической переходной части и цилиндрической части с большим размером диаметрального сечения и с внутренней резьбовой поверхностью, а соосно корпусу в его нижней части закреплено сопло, образованное цилиндрической поверхностью с внешней резьбой, взаимодействующей с цилиндрической частью корпуса, при этом цилиндрическая поверхность сопла переходит в коническую поверхность и замыкается торцевой перпендикулярной оси корпуса глухой перегородкой с жиклером в ее центре, выполненным осесимметричным соплу и состоящим из цилиндрического и конического дроссельных отверстий, соединенных последовательно, причем больший диаметр конического отверстия расположен на глухой перегородке сопла, при этом корпус и сопло образуют три соосных между собой внутренних цилиндрических камеры, а на сопле со стороны, противоположной подводу жидкости, выполнен дополнительный ряд жиклеров, которые образованы по крайней мере тремя парами взаимно перпендикулярных вертикальных каналов для прохода жидкости и горизонтальных каналов, которые пересекаются на конической боковой поверхности сопла и образуют выходные отверстия каждого жиклера, при этом парные каналы расположены под прямым углом друг к другу в продольных плоскостях корпуса, коническая боковая поверхность сопла выполнена с углом при вершине, равным 90°, а жиклер, выполненный в центре глухой перегородки и состоящий из цилиндрического и конического дроссельных отверстий, имеет винтообразные поверхности на внутренних поверхностях как цилиндрического, так и конического дроссельных отверстий, при этом на внутренних поверхностях каналов жиклеров сопла, которые пересекаются на его конической боковой поверхности и которые образованы по крайней мере тремя парами взаимно перпендикулярных вертикальных и горизонтальных каналов для прохода жидкости, выполнены винтовые поверхности, при этом направление винтовых поверхностей в этих каналах выполнено противоположно направленным, причем образованные корпусом и соплом три соосных между собой внутренних цилиндрических камеры, одна из которых служит для подвода жидкости, другая является расширительной камерой, а третья выполняет функции нагнетательной камеры повышенного давления, заполнены упругим сетчатым элементом, или стружкой из цветного металла, или стружкой из пластмассы, к торцевой поверхности цилиндрической части корпуса прикреплен диффузор, охватывающий коническую поверхность сопла с глухой перегородкой и жиклером, а в выходном сечении диффузора, прикрепленного к торцевой поверхности цилиндрической части корпуса, установлена перфорированная перегородка, к которой одним концом в точке ее пересечения с осью распылителя закреплены по крайней мере две спицы, второй конец которых закреплен на внутренней поверхности диффузора таким образом, что спицы перпендикулярны внутренней поверхности диффузора, а на спицах в их центральной части свободно установлены дополнительные распылители, выполненные в виде винтовых барабанов, которые зафиксированы на спицах с помощью упоров. Технический результат - повышение эффективности и надежности процесса пылеулавливания. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Адсорбер // 2655359
Изобретение относится к оборудованию для проведения процессов ионообменной адсорбции. Адсорбер содержит цилиндрический корпус с днищем эллиптической формы, крышку, перфорированный цилиндр и штуцер для подачи исходной воды. Штуцер для подачи исходной воды расположен в нижней части корпуса. В днище расположен штуцер для опорожнения аппарата от воды после окончания процесса ионообменной очистки. Крышка выполнена плоской формы, в верхней части расположены штуцер для удаления очищенной воды из аппарата и стакан, а в нижней части крышки присоединен перфорированный цилиндр с крючками. Крючки расположены по высоте этого цилиндра. В нижней части имеется горизонтальный диск. На краю диска имеется сквозное отверстие, расположенное соосно с несквозным отверстием стакана. В отверстие на диске и в отверстие в стакане установлен пруток с крючками, расположенными по высоте этого прутка. В нижней части прутка над горизонтальным диском имеется отверстие, в которое вставлена шпонка для предотвращения падения прутка вниз в отверстие диска. Крючки на перфорированном цилиндре и прутке установлены с возможностью удержания ленты из ионообменной ткани с нанесенным на ней слоем частиц ионита свернутой в рулон на перфорированном цилиндре. Техническим результатом изобретения является возможность проведения ионообменной очистки воды с помощью ионообменных материалов с плотностью, меньшей, чем плотность очищаемой воды. 6 ил.

Адсорбер // 2655359
Изобретение относится к оборудованию для проведения процессов ионообменной адсорбции. Адсорбер содержит цилиндрический корпус с днищем эллиптической формы, крышку, перфорированный цилиндр и штуцер для подачи исходной воды. Штуцер для подачи исходной воды расположен в нижней части корпуса. В днище расположен штуцер для опорожнения аппарата от воды после окончания процесса ионообменной очистки. Крышка выполнена плоской формы, в верхней части расположены штуцер для удаления очищенной воды из аппарата и стакан, а в нижней части крышки присоединен перфорированный цилиндр с крючками. Крючки расположены по высоте этого цилиндра. В нижней части имеется горизонтальный диск. На краю диска имеется сквозное отверстие, расположенное соосно с несквозным отверстием стакана. В отверстие на диске и в отверстие в стакане установлен пруток с крючками, расположенными по высоте этого прутка. В нижней части прутка над горизонтальным диском имеется отверстие, в которое вставлена шпонка для предотвращения падения прутка вниз в отверстие диска. Крючки на перфорированном цилиндре и прутке установлены с возможностью удержания ленты из ионообменной ткани с нанесенным на ней слоем частиц ионита свернутой в рулон на перфорированном цилиндре. Техническим результатом изобретения является возможность проведения ионообменной очистки воды с помощью ионообменных материалов с плотностью, меньшей, чем плотность очищаемой воды. 6 ил.

Изобретение предназначено для тепло- и массообмена. Распределитель потока жидкости содержит центральный распределительный элемент, содержащий по меньшей мере один впуск для приема потока жидкости и один или более выпусков для жидкости для выпуска части потока жидкости из центрального распределительного элемента; множество вытянутых боковых элементов, выполненных с возможностью приема по меньшей мере части жидкости, выпускаемой из выпусков для жидкости центрального распределительного элемента; множество распределительных желобов, расположенных рядом с вытянутыми боковыми элементами, при этом каждый из указанных распределительных желобов имеет пару вытянутых боковых стенок, разнесенных в боковом направлении друг от друга для образования пространства для приема жидкости и, по существу, открытой донной части между ними; и два или более листов структурированного насадочного материала, расположенных в каждом из пространств для приема жидкости, для улучшения горизонтального распределения жидкости, когда она принята пространством для приема жидкости и до того как она выпущена из распределительного желоба через донную часть. Каждый из указанных двух или более листов структурированного насадочного материала образует нижнюю кромку для стекания капель указанной жидкости. Массообменная колонна содержит внешнюю оболочку, образующую открытый внутренний объем; слой для массообмена, расположенный внутри открытого внутреннего объема и имеющий верхнюю поверхность; и распределитель жидкости. В колонне осуществляется способ обработки потока текучей среды. Технический результат: равномерное распределение жидкости на поверхность насадочного материала. 3 н. и 36 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к скрубберу и способу очистки выхлопных газов морских судов. Скруббер содержит нижнюю и верхнюю скрубберные камеры, которые являются, по существу, симметричными относительно общей продольной оси, расположенной, по существу, вертикально, при этом выход нижней камеры для выхлопных газов расположен вверху нижней скрубберной камеры в виде коаксиального сужения и предназначен для отведения частично очищенных выхлопных газов из первой скрубберной камеры и подачи этих газов в верхнюю скрубберную камеру, выхлопную трубу, которая проходит, по существу, коаксиально через дно нижней скрубберной камеры и открыта в эту нижнюю скрубберную камеру, при этом выход для выхлопных газов проходит коаксиально через верх верхней скрубберной камеры, причем над отверстием выхлопной трубы расположен отражатель нижней скрубберной камеры, который служит для отклонения выхлопных газов к стенкам скруббера и создания турбулентного газового потока. При этом отражатель содержит два противоположно направленных прямых конуса, имеющих общее основание и общую ось вращения, совпадающую с продольной осью скруббера, причем над отражателем нижней скрубберной камеры расположены один или более водяных инжекторов нижней камеры, которые расположены, по существу, вдоль продольной оси нижней скрубберной камеры и предназначены для введения скрубберной воды в поток выхлопных газов, при этом один из водяных инжекторов, расположенный ниже выхода нижней камеры для выхлопных газов, направлен вверх к этому выходу, причем выход нижней камеры для выхлопных газов выполнен в виде бутылочного горлышка. Изобретение обеспечивает уменьшение содержания в выхлопных газах веществ, вредных для окружающей среды. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх