[發(fā)明專利]一種船舶主機余熱回收和尾氣處理系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2013-01-15
• 公開（公告）號: CN103111172A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發(fā)明（設計）人: 劉志杰;楊云;林成新;孫德平
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: B01D53/78
• 分類號: B01D53/78;B01D53/62;F01K11/02;F01D15/10;F23L7/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李洪福

技術領域

本發(fā)明涉及一種船舶主機余熱回收和尾氣處理系統(tǒng)，具體涉及一種基于富氧燃燒和碳捕捉技術的船舶主機余熱回收利用和尾氣處理系統(tǒng)。屬于船舶節(jié)能減排技術領域。

背景技術

發(fā)展低碳經(jīng)濟，應對氣候變化已成為當前世界各國的迫切任務和目標。船舶行業(yè)是溫室氣體排放的主要來源之一，約占全球溫室氣體排放總量的3.3%。為降低船舶溫室氣體排放，國際海事組織（IMO）提出了船舶能耗限制指數(shù)（EEDI，二氧化碳排放量與貨運能力的比值），并提出要求2015~2019年間建成的船舶碳效率須提高10%，2020~2024年間建成的船舶碳效率須提高20%，2024年后建成的船舶碳效率須提高30%，規(guī)定適用于所有400總噸以上的船舶，船舶一旦超過這一指數(shù)，將面臨高額罰款。隨著船舶有害排放物法規(guī)要求日益嚴格，船用柴油機急需低碳技術，這對船舶設計、生產(chǎn)技術、配套設備等都提出全新要求。

船舶主機提供船舶海上航行、作業(yè)主要動力，是船舶燃料消耗的主要源頭。但主機排氣余熱約占總熱效率40%，因此，有效利用主機余熱，提高燃油利用效率，是船舶節(jié)能減排的有效途徑，引起了世界各國重視。目前，船舶主機余熱利用主要有兩種方式：一是將低品質(zhì)余熱直接作為其它設備加熱熱源；二是將動力利用價值大、品位高余熱用于作功以回收動力。

但船舶主機尾氣除帶走大量熱能外，還含有大量可循環(huán)再利用的碳氫化合物、CO和CO₂等溫室氣體。目前研究大多只考慮了主機尾氣余熱利用，未考慮尾氣排放溫室氣體的處理與利用。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術存在的上述問題，本發(fā)明要設計一種既可以高效利用船舶主機余熱、提高能量利用效率，又可以吸收尾氣中二氧化碳、降低碳排放的船舶主機余熱回收和尾氣處理系統(tǒng)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：

一種船舶主機余熱回收和尾氣處理系統(tǒng)，包括廢氣鍋爐、汽輪機、發(fā)電機、二氧化碳吸收塔、水泵、水柜、臥式氨合成塔、烷烴裂解裝置和空氣分離機，所述的廢氣鍋爐與汽輪機之間通過高溫蒸汽管道連接；所述的汽輪機與發(fā)電機之間通過傳動軸連接；發(fā)電機與各用電設備之間用電線連接；廢氣鍋爐與二氧化碳吸收塔之間通過不銹鋼管道連接；所述的二氧化碳吸收塔內(nèi)安裝有不銹鋼淋浴噴頭；所述的廢氣鍋爐通過碳鋼管道依次與空氣分離機和臥式氨合成塔連接；所述的臥式氨合成塔通過碳鋼管道與烷烴裂解裝置連接；所述的臥式氨合成塔還通過不銹鋼管道依次與水柜、水泵和二氧化碳吸收塔連接。

本發(fā)明所述的高溫蒸汽管道材質(zhì)為不銹鋼。

一種船舶主機余熱回收和尾氣處理系統(tǒng)的方法，包括以下步驟：

A、利用空氣分離機分離空氣制得高濃度氧氣和氮氣，為船舶主機尾氣富氧燃燒及合成氨提供原料氣體；

B、船舶主機尾氣在廢氣鍋爐的爐膽內(nèi)與空氣分離機產(chǎn)生的高濃度氧氣進行富氧燃燒，燃燒之后的尾氣通過熱傳遞的方式對廢氣鍋爐內(nèi)的水管內(nèi)的水加熱，并產(chǎn)生高溫水蒸氣；

C、廢氣鍋爐產(chǎn)生的高溫水蒸氣驅(qū)動汽輪機運轉(zhuǎn)，汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電，發(fā)電機為用電設備供電；

D、廢氣鍋爐中對其水管內(nèi)水加熱之后的尾氣排向二氧化碳吸收塔，尾氣中的部分二氧化碳在此被捕捉并產(chǎn)生碳酸氫銨；

E、將空氣分離機制得的高濃度氮氣及裂解烷烴裝置產(chǎn)生的氫氣作為合成氨的原料氣，并在臥式氨合成塔內(nèi)進行氨的合成；

F、將合成的氨通向水柜，并在此制得質(zhì)量分數(shù)為10%的氨水溶液；

G、由水泵將質(zhì)量分數(shù)10%的氨水溶液泵向二氧化碳吸收塔，并通過淋浴噴嘴對尾氣進行淋浴吸收，并回收碳酸氫銨。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明基于富氧燃燒和二氧化碳捕捉技術，提高了燃油利用率，降低了二氧化碳排放量，達到了節(jié)能減排的效果。

2、本發(fā)明的廢氣鍋爐由爐膽和水管組成，水管內(nèi)可以進行水循環(huán)，通過水管外的尾氣燃燒對水管內(nèi)的水進行加熱，代替了以前的燃燒燃油加熱的方式，這樣提高了尾氣熱量利用率。

3、本發(fā)明的氨合成塔采用臥式氨合成塔，既減小了對船舶穩(wěn)定性的影響，又降低了從鍋爐出來的廢氣壓降，有利于吸收CO₂；二氧化碳吸收塔也采用臥式，有利于船舶的穩(wěn)定。已有實驗研究表明，質(zhì)量濃度為28％的氨水易吸收98％的CO₂，而用質(zhì)量濃度為10％的氨水也可達到吸收80％CO₂的效果。所述氨水濃度也可根據(jù)尾氣中CO₂濃度和尾氣排放量，以及氨合成量綜合優(yōu)化，以最大限度地吸收CO₂。