带脱硫冷却海水单元的一体式脱硫装置及热量利用方法与流程

1.本发明属于船舶尾气处理技术领域，具体涉及一种带脱硫冷却海水单元的一体式脱硫装置及热量利用方法。


背景技术：

2.近年来，随着环保政策的推行以及世界环保趋势，而目前船舶依然大多采用含有硫的化石燃料作为能源，导致燃烧后会产生大量硫化合物，不符合环保的大趋势，因此在船舶领域开始越来越多地针对船舶动力系统的尾气进行脱硫操作。
3.进行脱硫时中，方案多为利用直接利用海水的与尾气接触以利用海水的天然碱度，吸收尾气中不稳定的含硫化合物溶于水后形成的酸性物质，形成稳定无害的硫化合物，然而传统方案吸收效率低，且未能利用尾气热量，为此，通常的改进方案为通过引入中空纤维膜吸收装置和气泡扰动装置，将烟气以及被气泡扰动的海水分别通入中空纤维膜两侧，通过摩醯首技术进行尾气的海水脱硫，同时通过引入换热设备在尾气通入前对尾气进行吸热降温以提升；然而，上述方案中，其未能有效利用热能，船舶动力系统与海水脱硫装置之间普遍存在一定距离，因此运输管道普遍较长，尾气在管道中流动时，位于不同段落的管道中温度不同，而上述方案对未能针对这一点进行针对性差异性的热能利用，且船舶尾气温度往往较高，仅用于对脱硫后尾气进行升温处理较为浪费；同时，上述方案中仅通过气泡扰动装置对水流进行搅动，在较为大型的脱硫设备中，由于需要节省占地面积因此通常选择加大纵向尺寸，而气泡上升方向同样是纵向，同时由于存在边际效应，导致脱硫设备上部往往无法受到气泡扰动，整体脱硫效果较为一般的同时脱硫模块上下部分脱硫效果不一致，为此，需要一种热量利用效率高的同时脱硫效果好的脱硫装置。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种带脱硫冷却海水单元的一体式脱硫装置及热量利用方法，具有热量利用效率高的同时脱硫效果好的特点。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种带脱硫冷却海水单元的一体式脱硫装置，包括尾气输入模块、脱硫模块、排气模块、换热模块和控制模块，所述尾气输入模块用于连接船舶动力系统和脱硫模块的入气端并将尾气通入脱硫模块中，所述气体排放模块用于连通脱硫模块出气端和外界并用于排出脱硫后的尾气；
7.所述脱硫模块包括壳体和搅拌组件，所述壳体内从上到下依次设有相互分离的出气腔、液体腔和入气腔，所述入气腔与出气腔通过设置在液体腔的中空纤维膜组件连接，所述气体由入气腔进入中空纤维膜组件，并从出气腔排出，尾气在所述中空纤维膜组件中与海水进行脱硫反应，所述搅拌组件设置于液体腔内上部并用于对液体腔内上部的海水进行搅拌，所述搅拌组件分别与控制组件电连接；
8.所述换热模块包括热电组件和气体换热组件，所述尾气输入模块的包括高温段与
低温段，所述热电组件设置于尾气输入模块上高温段的位置处并用于将尾气输入模块中的热能转化为电能，所述热电组件与控制模块电连接并在控制模块的指令下向搅拌组件提供电能，所述气体换热组件的一端设置于尾气输入模块上低温段的位置处，所述气体换热组件的另一端与排气模块的入气端连接并将尾气输入模块中尾气热量转移至出排气模块的脱硫后尾气。
9.作为本发明的一种优选技术方案，还包括海水缓冲罐，所述液体腔与船舶海水装置通过海水缓冲罐连接，所述海水缓冲罐出液端设有水泵并通过水泵与液体腔连接，所述水泵与控制模块电连接，所述水泵用于将海水缓冲罐中的水泵入液体腔中。
10.作为本发明的一种优选技术方案，所述脱硫模块还包括曝气组件，所述曝气组件设置于液体腔内壁底部并与控制模块电连接。
11.作为本发明的一种优选技术方案，所述尾气输入模块中设有气体流量计，所述气体流量计与控制模块电连接并将气体流量数据上传至控制模块中，所述控制模块根据气体流量数据控制水泵和搅拌组件的运行功率。
12.作为本发明的一种优选技术方案，所述海水缓冲罐中设有水位探测器，所述水位探测器与控制模块电连接并上传水位数据，所述控制模块电连接有一报警器，所述控制模块根据水位数据与气体流量数据控制报警器的通断。
13.作为本发明的一种优选技术方案，所述海水缓冲罐的入液端还与船舶动力系统以及船用冷却设备的排液端分别通过船舶设备入液端连接。
14.作为本发明的一种优选技术方案，所述海水缓冲罐的入液端通过一电磁阀与船舶动力系统以及船用冷却设备的排液端连接，所述电磁阀中设有ph探测器，所述ph探测器与控制模块电连接并上传ph数据，所述控制模块与电磁阀电连接并根据ph数据控制电磁阀的开闭。
15.作为本发明的一种优选技术方案，所述气体换热组件还与海水缓冲罐的船舶设备入液端连接，所述气体换热组件将从船舶动力系统以及船用冷却设备中流出的海水热量转移至脱硫模块出气端排出的尾气。
16.作为本发明的一种优选技术方案，还包括控制面板，所述控制面板与控制模块电连接，所述控制面板用于显示水位数据和气体流量数据。
17.本发明还提供一种脱硫装置的热量利用方法，方法具体为：通过收集船舶燃烧产生的尾气热量，进行热电转换；随后利用尾气的剩余热量对脱硫后的尾气进行升温处理；将热电转换产生的电能用于脱硫装置。
18.本发明的有益效果为：
19.(1)通过在尾气输入模块上将热电组件和气体换热组件分别设置设置于靠近船舶动力系统的高温段位置处以及靠近脱硫模块的低温段位置处，利用温度较高的初段尾气进行热电转换，随后利用经过热电转换后温度较低的末段尾气进行尾气升温，完成对尾气热量的分段针对性利用；
20.(2)通过在液体腔内上部设置搅拌组件，避免了在液体腔高度较高时曝气组件较难对上部的海水进行充分扰动或搅拌，导致脱硫模块上部脱硫效率较低的情况发生，提高了脱硫模块中脱硫效果的均匀性以及整体脱硫效果；
21.(3)通过将搅拌组件与热电组件和控制模块分别电连接，并使控制模块根据气体
流量改变搅拌组件转动速度，完成在尾气输入较多时，利用较多尾气热能带来的较多电能以提升搅拌组件的转动速度，满足尾气较多时对脱硫装置中海水与膜表面相对滑动速度的较大需求，尾气较少时降低搅拌组件的转动速度以迁就尾气热量较少的情况下热电组件输出较低的同时维持搅拌组件的正常运转，同时不额外耗费船舶电能；
22.(4)通过设置海水缓冲罐，使脱硫需求较少时完成海水的储存，脱硫需求较大时可调用储存的海水，避免了在需要额外海水进行脱硫时上游海水输入速率对脱硫效果的制约，提高了脱硫装置的脱硫效果上限以及调整范围。
附图说明
23.为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
24.图1为本发明的整体结构示意图；
25.图2为本发明脱硫模块的剖面结构示意图；
26.图3为本发明搅拌组件的结构示意图；
27.图4为本发明控制模块的控制回路示意图。
28.主要元件符号说明：
29.图中：1、尾气输入模块；2、脱硫模块；21、入气腔；22、液体腔；23、出气腔；24、中空纤维膜组件；25、搅拌组件；251、转动环；252、搅拌片；3、热电组件；31、气体换热组件；4、海水缓冲罐；41、入液端；42、动力系统入液端；43、冷却设备入液端；5、尾气输出模块；6、控制模块；61、控制面板。
具体实施方式
30.为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。
31.请参阅图1-4，一种带脱硫冷却海水单元的一体式脱硫装置，包括尾气输入模块、脱硫模块和排气模块，由于目前船舶依然大多采用含有硫的化石燃料作为能源，导致燃烧后会产生大量硫化合物，尾气输入模块用于连接船舶动力系统和脱硫模块的入气端并将尾气通入脱硫模块中，排气模块用于连通脱硫模块出气端和外界并用于排出脱硫后的尾气，本实施例中，尾气输入模块和排气模块均至少包括一气管，脱硫模块用于引入海水并使海水与尾气进行混合，由于海水中存在天然碱度，含有部分如hco
3-这类盐离子，使得海水具有天然的酸碱缓冲能力以及吸收so2的能力，当含硫的船舶尾气通入装有海水的脱硫模块时，尾气中的so2将溶入水中，生成h2so3，随后so
3-与海水中的正离子结合生成化合物，完成对海水的脱硫处理，避免了尾气直接排放时其中的硫化合物对大气的污染。
32.上述过程中，由于尾气直接与海水接触，其接触效率较低，导致对同体积尾气脱硫时需要体积更大的脱硫设备，同时易产生雾沫夹带或液泛等问题，为此，脱硫模块包括壳体，壳体内从上到下依次设有相互分离的液体腔、入气腔和出气腔，入气腔与脱硫模块的入气端连接，出气腔与脱硫模块的出气端连接，液体腔的入液端与船舶海水装置连接，液体腔的出液端与海水排放装置连接，液体腔内设有中空纤维膜组件，入气腔与出气腔通过中空纤维膜组件连接，本实施例中，脱硫装置的壳体整体呈与地面垂直的圆柱形，圆柱形壳体内空间被从上到下分割为三部分，最上面的部分为出气腔，中间的部分为液体腔，最下面的部
分为入气腔，入气腔与出气腔通过若干根垂直于地面设置的中空纤维膜构成的管道连接，此时中空纤维膜管的中间部分处于液体腔中，使用时，尾气从脱硫模块的入气端进入入气腔，随后在后续尾气的挤压作用下从入气腔进入若干根中空纤维膜管中，与此同时，船舶海水装置将海水源源不断地泵入液体腔中，液体腔中的海水与中空纤维膜管中的尾气在膜的两端进行接触，尾气中的二氧化硫与海水在中空纤维膜的微孔界面发生反应，相较于传统的尾气与海水直接接触，中空纤维膜组件可提供更高的传质比表面积，使气体与液体通过中空纤维膜管两侧发生反应可提高脱硫效率的同时降低雾沫夹带或液泛等问题发生的概率。
33.优选地，上述脱硫过程中，为避免海水中的杂质与尾气反应生成新的有害物质，或者固体杂质在海水流过液体腔时对中空纤维膜管造成物理损害，海水进入液体腔之前可通过过滤除杂器进行过滤除杂。
34.上述结构进行脱硫的过程中，当长时间进行膜吸收脱硫反应后，膜表面会沉淀出一层结垢，对于此问题，传统方式为在脱硫装置中引入在线清洗装置，对膜表面的结垢进行不停机清扫，然而此种方式未能集成入脱硫过程中，同时，海水在经过脱硫后需要额外通入空气使亚硫酸根转化为较为稳定且无害的硫酸根，为此，脱硫模块还包括曝气组件，曝气组件设置于液体腔内壁，同时本脱硫装置还包括一控制模块，控制模块与曝气组件电连接并控制曝气组件的通断及运行功率，本实施例中，曝气组件包括若干气泡发生器，若干气泡发生器设置于分隔入气腔与液体腔的隔板上方，且位于若干隔板上若干中空纤维膜管附近，使用时，若干气泡发生器从大气中吸取空气并对液体腔中的海水进行曝气，而由于其设置于中空纤维膜管附近，气泡在垂直上升时全程与中空纤维膜管附近的海水进行接触，并在此部分海水中形成湍流，加大此部分海水与膜的相对流动速度，同一时间内有更多的海水流过膜表面，促进膜两侧的脱硫反应，同时不断通入的气泡形成的物理震动可使膜表面结垢变得更加松散并流入循环的海水中，完成对结垢清洗，同时，由于曝气进入海水的空气中含有氧气，在氧气作用下亚硫酸根被氧化为硫酸根，由于海水对二氧化硫的溶解能力限制，脱硫并氧化后形成的硫酸盐约为70～80mg/l，远低于海水自然含量2600～2800mg/l，通过设置曝气装置，可减少膜表面结垢的同时提升脱硫效率并优化脱硫产物。
35.上述结构进行脱硫的过程中，仅通过作为曝气装置的气泡扰动装置对水流进行搅动，在较为大型的脱硫设备中，由于需要节省占地面积因此通常选择加大纵向尺寸，而气泡上升方向同样是纵向，且气泡在纵向运动的过程中气泡在周围水的作用下会不断消散，导致曝气的有效高度存在边际效应，因此脱硫设备上部往往无法接收到足够的气泡扰动，或发生要达到与小尺寸脱硫设备同样扰动促进效果时需要的气泡发生器功率成指数倍增长的情况，整体脱硫效果较为一般的同时脱硫模块上下部分脱硫效果不一致，为进一步提升整个液体腔内海水与膜的接触强度，脱硫模块还包括搅拌组件，搅拌组件设置于液体腔内，搅拌组件用于对液体腔内的海水进行搅拌，本实施例中，搅拌组件包括若干转动环，若干个转动环与若干中空纤维膜管一一对应设置，转动环设置于液体腔上部内壁，同时转动环的内径为中空纤维膜管的1.1～1.2倍，每个转动环套设于对应的中空纤维膜管外，其圆心与中空纤维膜管的截面圆心在垂直方向上重合，每个转动环均与控制模块电连接并在控制模块驱动下转动，具体转动结构可为任意常规电动转动结构，每个转动环上设有三个搅拌片，三个搅拌片整体呈曲面型，曲面曲率与转动环曲率一致，三个搅拌片垂直设置于转动环底
面上，此时三个搅拌片包设于对应中空纤维膜管的外侧，使用时，转动环转动，位于膜外侧的搅拌片随转动环在转动并搅动膜外侧的海水，此时位于液体腔上部较少受气泡扰动作用的海水在搅动作用下加大与膜的相对流动速度，促进中空纤维膜管上部膜两侧的脱硫反应，同时加速流动的海水可使中空纤维膜管上部的表面结垢变得更加松散并流入循环的海水中，通过在液体腔上部设置搅拌组件，避免了在液体腔高度较高时曝气组件较难对上部的海水进行充分扰动或搅拌，导致脱硫模块上部脱硫效率较低的情况发生，提高了脱硫模块中脱硫效果的均匀性以及整体脱硫效果。
36.上述过程中，由于船舶动力装置将燃烧过后的尾气排出时温度可达400～500℃，经过尾气输入模块的运输过程中的热量耗散后温度依然高达200～300℃，此时不仅待脱硫尾气温度远超尾气脱硫建议温度20～60℃，而且在尾气输送的过程中大量热量直接耗散至周围环境中，未能得到有效利用，而在尾气经过脱硫处理完毕后排出的过程中，需要对尾气进行升温处理，避免排烟时烟气温度低于露点结出水汽形成酸液，对下游管道造成腐蚀，为避免腐蚀的同时有效利用尾气热量，本发明还包括换热模块，换热模块包括气体换热组件，气体换热组件的热量输入端设置于尾气输入模块上，热量输出端与排气模块的入气端连接，气体换热组件用于将尾气输入模块中尾气热量转移至排气模块中的脱硫后尾气，本实施例中，气体换热组件可为同时与尾气输入模块的气管内脱硫前尾气，以及排气模块的气管前段中刚刚脱硫后尾气直接接触的均热器，或者用于尾气输入模块和排气模块之间换热的次级回路，当高温尾气沿尾气输入模块流入脱硫模块之前，尾气温度较高，而埋设于液体腔内的中空纤维膜管温度较低，导致脱硫后尾气温度较低，此时气体换热组件将200～300℃的高温尾气的热量与40～50℃的脱硫后尾气进行热量交换，将待脱硫尾气的温度降至120～160℃，同时将脱硫后尾气的温度提升至70～90℃，使得待脱硫尾气更接近尾气脱硫建议温度20～60℃，并降低脱硫后尾气的结露概率，避免腐蚀的同时对尾气热量进行了利用。
37.由于对脱硫后尾气的升温以避免结露仅需将其提升至70～90℃，而待脱硫尾气，尤其是靠近船舶动力系统的刚排出尾气的温度较高，因此仅将高温尾气的温度用于脱硫后尾气的升温较为浪费，为对待脱硫尾气热能进行针对性利用，换热模块还包括热电组件，热电组件的热量输入端设置于尾气输入模块上高温段的位置处，热电组件用于将尾气输入模块中的尾气热能转化为电能，并将电能进行储存，同时，为进一步对待脱硫尾气热能进行针对性的利用，气体换热组件的热量输入端与尾气输入模块的连接处设置于尾气输入模块上距离脱硫模块低温段位置处，高温段的具体范围为气体输入模块中尾气温度处于200～600℃的管道段，低温段的具体范围为气体输入模块中尾气温度处于90～120℃的管道段，本实施例中，热电组件可为蒸汽发电机以及与蒸汽发电机电连接的蓄电池，蒸汽发电机的蒸汽回路用于将待脱硫尾气热能转化为蒸汽动能，随后将蒸汽动能转化为发电机电能，发电机将电能输出至蓄电池中备用，此时待脱硫尾气的部分热能被蒸汽发电机吸收，当运动至气体换热组件时温度下降至90～120℃，随后气体换热组件将此部分的待脱硫尾气的部分热量转移至排气模块中的脱硫后尾气，通过在气体输入模块的不同位置分别设置热电组件和气体换热组件，完成对尾气输入模块中不同温度的尾气热能的针对性利用。
38.同时，由于上述结构中额外设置了搅拌组件，导致脱硫模块需要消耗额外的能耗运行，为对待脱硫尾气热能进行针对性的利用的同时节省系统整体能耗，热电组件与控制
模块电连接，具体地，本实施例中，热电组件中的蓄电池与控制模块电连接，并通过控制模块对搅拌组件进行供能，同时，控制模块与船舶动力系统电连接并用于读取船舶动力系统的实时功率，脱硫时，当控制模块读取结果显示当前船舶动力系统功率较大，代表会有较多的尾气进入脱硫模块中，此时脱硫模块中的海水需要加大与膜的相对流动速度，即需要加强搅拌组件的转动速度，同时，较多的尾气代表蒸汽发电机的可利用的热能以及向蓄电池中输出的电能更多，蓄电池可对搅拌组件输出的电能更多，此时控制模块提升搅拌组件的转动速度，在蓄电池中电能较多时提升转动组件的转速和对蓄电池的用电需求，以满足尾气较多时的脱硫效果的同时不额外消耗电能；当控制模块读取结果显示当前船舶动力系统功率较小时，代表海水与膜的相对流动速度无需维持在较高的水平，即可适当减小转动组件的转动速度，同时，较少的尾气代表热电组件可输出的电能更少，蓄电池可输出的电能更少，此时控制模块降低搅拌组件的转动速度，在蓄电池中电能较少时降低搅拌功率对蓄电池的用电需求，通过将搅拌组件与热电组件和控制模块分别电连接，并使控制模块根据船舶动力组件功率改变搅拌组件转动速度，完成在尾气较多时，利用较多尾气热能带来的较多电能以提升搅拌组件的转动速度，满足尾气较多时对脱硫装置中海水与膜表面相对滑动速度的较大需求，尾气较少时降低搅拌组件的转动速度以迁就尾气热量较少的情况下热电组件输出较低的同时维持搅拌组件的正常运转，同时不额外耗费船舶电能。
39.上述过程中，不同尾气输出量除了需要不同的搅拌装置转动速度以外，对海水的需求量也发生改变，而上述结构进行脱硫的过程中，海水通入速率较为固定，当尾气输入较少时，部分通入脱硫模块的海水无法发挥作用，当尾气输入较多时，通入的海水数量无法满足脱硫需求，而此时仅安装流量可调的水泵以加大通入水量有概率受到上游海水通入速率的制约，导致在需要额外海水时无法通入足够的海水，为保证在海水通入量满足尾气脱硫需求，本发明还包括海水缓冲罐，液体腔与船舶海水装置通过海水缓冲罐连接，海水缓冲罐出液端设有水泵，水泵与控制模块电连接，水泵用于将海水缓冲罐中的水泵入液体腔中，控制模块根据船舶动力系统的运行功率大小控制水泵向液体腔中泵入海水的运行功率，同时，海水缓冲罐与传播海水装置连接，并接受传播海水装置输入的海水，使用时，当船舶动力系统输出功率较小使得尾气输出量较少时，控制模块减小水泵向液体腔泵入海水的速率，此时海水缓冲罐中的出水速度小于入水速度，此时海水缓冲罐中不断积累海水，当船舶动力系统输出功率较大使得尾气输出量较大时，控制模块增加水泵向液体腔泵入海水的速率，当控制模块根据脱硫需要使得水泵出水速率大于海水缓冲罐中的入水速率时，可额外调用之前积累的海水，通过设置海水缓冲罐，避免了在需要额外海水进行脱硫时上游海水输入速率对脱硫效果的制约，提高了脱硫装置的脱硫效果上限以及调整范围。
40.上述过程中，控制模块根据船舶动力系统的输出功率改变搅拌组件的转动速率以及海水缓冲罐的水泵的输出，然而，船舶在启动，变速或超低速行驶等输出的绝对功率较低的情况下，发动机的热效率往往较低，船舶动力系统会消耗额外的燃油并产生更多的额外气体，包括不完全燃烧气体等，导致部分船舶动力系统输出功率较低的情况下对脱硫模块的脱硫能力需求较高，同时，传播发动机功率变化和尾气排放量变化之间往往存在一定滞后性，因此船舶动力系统的输出功率对无法准确反映尾气输入量，为此，尾气输入模块中设有气体流量计，气体流量计与控制模块电连接并将气体流量数据上传至控制模块中，控制模块根据气体流量数据控制水泵和搅拌组件的运行功率，本实施例中，控制模块中预先输
入有气体流量阈值，当气体流量数据超过阈值时，证明尾气输入量较大，控制模块提升搅拌器和水泵的运行功率，当气体流量证明尾气输入量较小时，控制模块降低搅拌器和水泵的运行功率，通过设置流量计，使得控制模块对当前脱硫装置中总体输入尾气输入量的探测更准确。
41.船舶在实际进行航行时，有时会发生长时间全速航行等长时间尾气输出量较多的情况，此时海水缓冲罐中有概率发生输出至脱硫模块的海水长时间高于输入海水的情况，当海水缓冲罐中储存的额外海水被消耗完毕时，此时脱硫模块中的海水量无法满足尾气脱硫需求，为在此种情况发生时及时提醒操作者，海水缓冲罐中设有水位探测器，水位探测器与控制模块电连接并上传水位数据，同时控制模块电连接有一报警器，控制模块根据水位数据与气体流量数据控制报警器的通断，本实施例中，水位探测器可采用常见的电子水位探测器，同时控制模块中预先输入有低水位阈值和高水位阈值，当控制模块收到水位数据低于低水位阈值，同时气体流量计的数据超过气体流量阈值时，代表海水缓冲罐中的海水储备无法跟上脱硫模块的用水需求，此时控制模块启动报警器发出水位不足的警报，当控制模块收到的税务i数据高于高水位阈值时，控制模块提升水泵的出水功率，避免海水缓冲罐中海水过多导致的罐体破裂，通过设置水位传感器，在发生脱硫模块中的海水量无法满足尾气脱硫需求的情况时使操作者可及时得知，并使控制模块在水位过高有撑破罐体的风险时及时加大水泵功率以排出海水。
42.为进一步增加海水缓冲罐中海水的来源，减少上述脱硫用海水无法满足脱硫需求的情况发生，海水缓冲罐的入液端还与船舶动力系统以及船用冷却设备的废液排出端连接，本实施例中，船舶动力系统的船用锅炉等设备产生的废水，以及船用冷却设备产生的冷却废液，由于仅涉及动能交换与热能交换，其化学性质接近天然海水，可用于尾气脱硫，同时增加了海水缓冲罐中海水的来源，同时使得脱硫完毕后的海水中的酸碱离子浓度较低，减少了排出海水后对海洋环境的影响，通过将船用锅炉以及船用冷却设备的出液端与海水缓冲罐的入液端连接，进一步提升了对船舶海水的循环利用。
43.上述利用船用冷却设备废水的过程中，由于冷却废水中依然含有一定的热量，而经过热电组件吸热后流至气体换热组件的待脱硫尾气温度较低，有概率无法将脱硫后尾气提升至足够温度，为此，气体换热组件还与海水缓冲罐的入液端连接，气体换热组件将船用锅炉以及船用冷却设备中的海水热量转移至出气端排出的尾气，本实施例中，气体换热组件与海水缓冲罐用于输入船用冷却设备废水的入液端连接，当冷却废水流入海水缓冲罐之前，气体换热组件将90～1 00℃的冷却废液的热量与40～50℃的脱硫后尾气进行热量交换，此时脱硫后尾气在待脱硫尾气和冷却废液的共同作用下升温至70～90℃，通过使气体换热组件同时与海水缓冲罐的入液端连接，进一步提升了热量回收利用率的同时减少了脱硫后尾气结露腐蚀器件的概率。
44.上述利用船舶动力系统以及船用冷却设备的废水进行脱硫的过程中，此部分海水在各自设备发挥作用的过程中有概率与部分物质发生反应发生化学性质的变化，变得不符合海水脱硫需求，将其灌入海水缓冲罐中有概率使其污染罐内的正常海水，为避免此类情况的发生，海水缓冲罐的入液端通过一电磁阀与船舶动力系统以及船用冷却设备的排液端连接，电磁阀中设有ph探测器，ph探测器与控制模块电连接并上传ph数据，控制模块与电磁阀电连接并根据ph数据控制电磁阀的开闭，本实施例中，为避免电磁阀关闭后与排液端连
接的管道堵塞破裂，海水缓冲罐的入液端通过一三通管与船舶动力系统以及船用冷却设备的排液端连接，三通管的第一支路与海水缓冲罐连接，第二支路与船舶动力系统以及船用冷却设备的排液端连接，第三支路与船舶排水口连接，电磁阀设置于三通管中，并负责抗旨第二支路和第三支路与第一支路的通断，当控制模块收到的ph数据显示当前第二支路中的海水ph值小于7.5时，控制模块关闭第一支路与第二支路的连通，并使第一支路与通向船舶排水口的第三支路连接，当第二支路中的海水ph值大于7.5时，控制模块使第一支路与第二支路的连通，并关闭第三支路；通过设置ph值以及电磁阀，避免了不符合脱硫需求的海水进入海水缓冲罐中，对其中的海水造成污染。
45.为将水位过低警报以及当前尾气输入模块中尾气流量等信息及时通知操作者，本发明还包括控制面板，控制面板与控制模块电连接，控制面板用于显示水位数据和气体流量数据，通过设置控制面板，使得操作者可更直观地观察各项数据。
46.本发明的工作原理及使用流程：
47.船舶行驶时，船舶动力系统产生大量的待脱硫尾气，尾气通过尾气输入模块进入脱硫模块中，在上述过程中，尾气刚流出船舶动力系统时，温度较高，此部分热量被热电组件转化为发电机电能并随后输出至蓄电池中备用，当被热电组件吸收热量后的尾气运动至气体换热组件时温度下降至90～120℃，此时气体换热组件将尾气的热量与40～50℃的脱硫后尾气进行热量交换，将待脱硫尾气的温度进一步降低，同时将脱硫后尾气的温度提升至70～90℃；
48.待脱硫尾气经过换热降温后，从脱硫模块的入气端进入入气腔，随后在后续尾气的挤压作用下从入气腔进入若干根中空纤维膜管中，与此同时，船舶海水装置将海水源源不断地泵入液体腔中，液体腔中的海水与中空纤维膜管中的尾气在膜的两端进行接触，尾气中的二氧化硫与海水在中空纤维膜的微孔界面发生反应；
49.当气体流量数据超过阈值时，证明尾气输入量较大，此时控制模块以及搅拌组件的转动速度，在蓄电池中电能较多时提升转动组件的转速和对蓄电池的用电需求，以满足尾气较多时的脱硫效果的同时不额外消耗电能，同时控制模块消耗海水缓冲罐中储蓄的海水以提升水泵输出水量，保证脱硫模块中的海水满足脱硫需求；
50.当气体流量数据小于阈值时，证明尾气输入量较小时，控制模块降低搅拌器和水泵的运行功率，在蓄电池中电能较少时降低搅拌功率对蓄电池的用电需求，同时使海水缓冲罐进入蓄水状态。
51.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种带脱硫冷却海水单元的一体式脱硫装置，其特征在于：包括尾气输入模块、脱硫模块、排气模块、换热模块和控制模块，所述尾气输入模块用于连接船舶动力系统和脱硫模块的入气端并将尾气通入脱硫模块中，所述气体排放模块用于连通脱硫模块出气端和外界并用于排出脱硫后的尾气；所述脱硫模块包括壳体和搅拌组件，所述壳体内从上到下依次设有相互分离的出气腔、液体腔和入气腔，所述入气腔与出气腔通过设置在液体腔的中空纤维膜组件连接，所述气体由入气腔进入中空纤维膜组件，并从出气腔排出，尾气在所述中空纤维膜组件中与海水进行脱硫反应，所述搅拌组件设置于液体腔内上部并用于对液体腔内上部的海水进行搅拌，所述搅拌组件分别与控制组件电连接；所述换热模块包括热电组件和气体换热组件，所述尾气输入模块的包括高温段与低温段，所述热电组件设置于尾气输入模块上高温段的位置处并用于将尾气输入模块中的热能转化为电能，所述热电组件与控制模块电连接并在控制模块的指令下向搅拌组件提供电能，所述气体换热组件的一端设置于尾气输入模块上低温段的位置处，所述气体换热组件的另一端与排气模块的入气端连接并将尾气输入模块中尾气热量转移至出排气模块的脱硫后尾气。2.根据权利要求1所述一种带脱硫冷却海水单元的一体式脱硫装置，其特征在于：还包括海水缓冲罐，所述液体腔与船舶海水装置通过海水缓冲罐连接，所述海水缓冲罐出液端设有水泵并通过水泵与液体腔连接，所述水泵与控制模块电连接，所述水泵用于将海水缓冲罐中的水泵入液体腔中。3.根据权利要求1所述一种带脱硫冷却海水单元的一体式脱硫装置，其特征在于：所述脱硫模块还包括曝气组件，所述曝气组件设置于液体腔内壁底部并与控制模块电连接。4.根据权利要求2所述一种带脱硫冷却海水单元的一体式脱硫装置，其特征在于：所述尾气输入模块中设有气体流量计，所述气体流量计与控制模块电连接并将气体流量数据上传至控制模块中，所述控制模块根据气体流量数据控制水泵和搅拌组件的运行功率。5.根据权利要求3所述一种带脱硫冷却海水单元的一体式脱硫装置，其特征在于：所述海水缓冲罐中设有水位探测器，所述水位探测器与控制模块电连接并上传水位数据，所述控制模块电连接有一报警器，所述控制模块根据水位数据与气体流量数据控制报警器的通断。6.根据权利要求2所述一种带脱硫冷却海水单元的一体式脱硫装置，其特征在于：所述海水缓冲罐的入液端还与船舶动力系统以及船用冷却设备的排液端分别通过船舶设备入液端连接。7.根据权利要求6所述一种带脱硫冷却海水单元的一体式脱硫装置，其特征在于：所述海水缓冲罐的入液端通过一电磁阀与船舶动力系统以及船用冷却设备的排液端连接，所述电磁阀中设有ph探测器，所述ph探测器与控制模块电连接并上传ph数据，所述控制模块与电磁阀电连接并根据ph数据控制电磁阀的开闭。8.根据权利要求6所述一种带脱硫冷却海水单元的一体式脱硫装置，其特征在于：所述气体换热组件还与海水缓冲罐的船舶设备入液端连接，所述气体换热组件将从船舶动力系统以及船用冷却设备中流出的海水热量转移至脱硫模块出气端排出的尾气。9.根据权利要求1所述一种带脱硫冷却海水单元的一体式脱硫装置，其特征在于：还包
括控制面板，所述控制面板与控制模块电连接，所述控制面板用于显示水位数据和气体流量数据。10.一种脱硫装置的热量利用方法，其特征在于：通过收集船舶燃烧产生的尾气热量，进行热电转换；随后利用尾气的剩余热量对脱硫后的尾气进行升温处理；将热电转换产生的电能用于脱硫装置。

技术总结
本发明涉及一种带脱硫冷却海水单元的一体式脱硫装置及热量利用方法，属于船舶尾气处理技术领域；包括尾气输入模块、脱硫模块、排气模块和换热模块，所述尾气输入模块用于连接船舶动力系统和脱硫模块的入气端并将尾气通入脱硫模块中，所述气体排放模块用于排出脱硫后的尾气；所述换热模块包括热电组件和气体换热组件，所述脱硫模块包括搅拌组件，所述尾气输入模块的包括高温段与低温段，所述热电组件设置于高温段并用于将尾气输入模块中的热能转化为电能并供给给搅拌组件，所述气体换热组件的一端设置于低温段并用于将尾气输入模块中尾气热量转移至出排气模块的脱硫后尾气；其热量利用效率高的同时脱硫效果好。量利用效率高的同时脱硫效果好。量利用效率高的同时脱硫效果好。


技术研发人员：姚盛翔 汪成 赵媛媛 龚良丰 王德智 叶慷 王汝能 方丰
受保护的技术使用者：浙江浙能迈领环境科技有限公司
技术研发日：2023.07.03
技术公布日：2023/9/9