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浮球式疏水阀原水处理设备装载机二轴怎么判断

  船用柴油机废气综合脱硫脱硝技术-严志军_能源/化工_工程科技_专业资料。第二十一届大气污染防治技术研讨会 船用柴油机废气综合脱硫脱硝技术 报告人:严志军 大连海事大学轮机工程学院 2017年04月22日 报告内容 1 概况 2 船舶柴油机废气处理技术实验平台 3 电解

  第二十一届大气污染防治技术研讨会 船用柴油机废气综合脱硫脱硝技术 报告人:严志军 大连海事大学轮机工程学院 2017年04月22日 报告内容 1 概况 2 船舶柴油机废气处理技术实验平台 3 电解海水技术 4 电解海水湿法洗涤脱硫脱硝 5 紫外/NaClO湿法洗涤协同脱硝 6 紫外/电解海水湿法洗涤协同脱硝 1 概况 【背景】 ? 船舶柴油机废气的污染:9%。 ? MARPOL公约附则Ⅵ:《防止船舶造成大气污染规则》 ? 中国交通部:《珠三角、长三角、环渤海(京津冀)水域 船舶排放控制区实施方案》( 2015年12月4日) 硫氧化物排放限值规定 氮氧化物排放限值规定 【研究目的】 适合船舶特点 (体积、重量…) ? 课题名称:船用柴油机废气综合处理关键技术研究 ? 项目来源:交通运输部建设科技项目 ? 研究期限:2015/02-2016/12 同时脱硫脱硝 船舶柴油机 废气综合处 理技术 经济性高、能耗少、 管理方便… 电解海水、湿法洗涤 船舶柴油机废气处理技术分类如下: 船 低硫燃油技术 舶 柴 油 脱硫技术 替代燃料技术 干法洗涤技术 湿法洗涤技术 机 废 废气再循环(EGR) 气 机内净化技术 柴油机参数优化技术 脱 机内加湿技术 硫 脱硝技术 脱 选择性催化还原(SCR) 硝 技 机外后处理技术 非热等离子体(NTP)氧化 液相还原方法 术 液相氧化方法 【废气脱硫技术】 技术名称 优点 低硫燃油技术 脱硫效果好; 适用性广; LNG技术 干法洗涤技术 Ca(OH)2 湿法洗涤技术 NaOH海水、尿素 几乎无SOx排放; 减少85-90%的NOx排放; 减少15-20%的CO2排放; 具有一定的价格优势; 相应速度快; 脱硫效果好; 有利于与SCR脱硝系统集成; 可以较长时间工作; 脱硫效果好; 经济性高; 应用性强; 缺点 燃油价格高; 燃油润滑性下降,增加磨损; 燃油密封性下降,燃油泵内部漏 泄加大; LNG加注等基础设施不完善; LNG储罐占用空间; 续航里程较短; 存在一定的安全风险; 重量和尺寸较大; 需要较大的物料存储空间; 脱硫剂供给、运输、排放不便; 个别国家不认可开式洗涤方式; 体积和重量较大; 能耗较高; 【废气脱硝技术】 技术名称 废气再循环 (EGR) 选择性催化还 原(SCR) 优点 脱硝效果好; 适用于新船; 脱硝效率可达95%; 无废液处理问题; 技术较为成熟; NH3和尿素 缺点 会降低柴油机热效率; 增加PM、CO排放; 设备投资成本高; 运行管理复杂; 投资成本高、占用空间大; 催化剂易脏堵或中毒; 存在氨逃逸问题; 催化剂要求较高的活化温度; 非热等离子体 (NTP) 脱硝效果好; 有利于与湿法洗涤技术集成; 无需催化剂; 能耗高; 设备造价高; 液相氧化技术 有利于实现同时脱硫脱硝; 工艺简单; 船舶适用性高; 需要随船存储或制备氧化剂; 废液需处理; KMnO4、NaClO2、H2O2、O3和ClO2(二氧化氯) 【废气同时脱硫脱硝技术】 (1) 低硫燃油+SCR (6) 湿法洗涤 解决NO在水 中的溶解度低 (5) SCR+湿法洗涤 船舶尾气同时 脱硫脱硝技术 (2) 替代燃料+SCR (3) 干法氧化+湿法洗涤 (4) EGR+湿法洗涤 基于湿法洗涤的同时脱硫脱硝技术,需解决如下关键问题: ? 脱硝氧化剂、脱硫剂的获取方式; ? 脱硝氧化剂的高效利用(强化); ? 同时脱硫脱硝的高效性; ? 洗涤废液的处理,以避免二次污染; ? 系统结构要紧凑,占用尽量少的船舶空间; ? 系统运行能耗与成本要低,满足船舶的供应能力; ? 管理维护方便,减少船员的劳动强度; ? 。。。 ? 日本的Sukheon等人最初提出采用电解海水方法对船舶柴 油机废气进行脱硫脱硝。反应原理:阳极获得酸性氧化溶 液,可用于氧化NO;阴极获得碱性溶液,可用于湿法吸 收SOx、NOx。 ? 2010年,新加坡ECOSPEC公司船舶废气综合处理系统 CSNOx,反应原理:基于电解技术和电磁波强化技术,可 以通过还原反应脱除柴油机废气中的SOx、NOx和CO2。 结果表明脱硫率为99%,NOx脱除率为66%,CO2脱除率 为77%。 研究思路: 实验台 电解海水 电解液脱硝 强化脱硝 脱硫机理 无隔膜电解海 水→有效氯溶 液 电解海水、 电解NaClO 溶液 电磁波、紫 外辐照、 NaClO2 A. 提出采用中间无离子隔膜的电解海水方法; B. 反应机理不同; C. 物理或化学强化技术手段。 电解海水 NaClO 、钠 碱海水 2 实验平台 实验平台构成图 烟气的流量是1.5 L/min,其中NO的 初始浓度为1340 mg/m3。 不锈钢喷嘴(B1/4TTSS+TG-SS0.4,美国斯 普瑞公司) 烟气分析仪(MGA5, 德国MRU公司)对O2、 NO、NO2等测试 采用碘量法对电解海水中ρ (有效氯)浓度进行标定。 (高度为25 cm,内径为 5 cm) 蠕动泵加压喷淋,流量 约为0.3 L/min。 采用pH测量仪测 量溶液的pH值 模拟烟气脱硝典型实验系统图 臭氧氧化脱硝系统示意图 模拟烟气系统 德MRU-MGA型红外烟气 分析仪 气相色谱仪 鼓泡反应系统实物图 瑞士梅特勒公司水质 参数测量仪 美2B公司臭氧浓度测量仪 3 电解海水技术 ? 对比有无离子隔膜对电解海水溶液理化性质的影响规律, 确定无离子隔膜的单槽型电解方式。 ? 电解海水产生有效氯(Cl2、HClO和ClO-)。 (RuO2/IrO2金属氧化 物涂层的钛金属板) (玻璃) (模拟海水) 电解原理示意图 电极尺寸:10×10 × 0.1 cm 电解电源:直流恒流电源。 磁力搅拌 (1)无离子隔膜的单槽型电解装置 无隔膜电解槽 ?+ 电极间距(δ) 直流电源 磁力搅拌器 电解装置示意图 2.5 ≤ δ ≤ 20 mm 有效氯浓度测量:分光光度计。 pH值、ORP及温度测量:pH/ORP检测仪(Mettler)。 (2)对电解海水溶液理化性质的影响因素 电极材料对电解海水效率的影响 相比Pt/Ti阳极与纯钛阳极,IrO2-RuO2/Ti阳极具有更好的 析氯性能,有效氯产率及电流效率均更高。 不同阳极材料的有效氯浓度随电 不同阳极材料的电流效率随电解 解时间的变化 时间的变化 电流密度150 mA/cm2,电极间距20 mm,模拟海水23.3 psu,pH 8.2 电极间距对电解海水效率的影响 ?电解槽电压与电极间距满足线性正相关关系,从提高电解效 率的角度出发,宜选用较小的电极间距(20 mm)。 pH和电解电压随电极间距的变化 有效氯ρ随电极间距的变化 阳极IrO2-RuO2/Ti,阴极Ti,电流密度150 mA/cm2,模拟海水23.3 psu,pH 8.2 电流密度、电解时间对有效氯生成的影响 有效氯生成速率与电流密度、电解时间保持正比例函数关系。原水处理设备 阳极IrO2-RuO2/Ti,阴极 Ti,电极间距20 mm, 模拟海水30 psu,溶液 初始pH 8.2,温度20 ℃ a)不同电流密度条件下有效氯浓度随电解时间的变化; b) 有效氯生成速率随电流密度的变化 电流密度、电解时间对电流效率的影响 同一电流密度条件下,电流效率随着电解时间延长而逐渐下 降。且电流密度变化对电流效率没有显著影响。 阳极IrO2-RuO2/Ti,阴极Ti,浮球式疏水阀 电极间距20 mm,模拟海水 30 psu,溶液初始pH 8.2,温 度20 ℃ 不同电流密度条件下电解电流效率随电解时间的变化 海水盐度对有效氯生成的影响 当海水盐度较小,盐度有效氯生成速率随海水盐度增加而增 加。 阳极IrO2-RuO2/Ti ,阴极Ti, 电极间距20 mm,电流密 度150 mA/cm2,模拟海水 pH 8.2,温度20 ℃ a) 不同海水盐度psu条件下有效氯浓度随电解时间的变化;b) 有效氯生 成速率随海水盐度的变化 海水盐度对电解电流效率的影响 海水盐度较小,电流效率随着盐度增加而显著升高。 不同海水盐度条件下电解电流效率随电解时间的变化 阳极IrO2-RuO2/Ti,阴极Ti,电极间距20 mm,电流密度150 mA/cm2,模拟海水 pH 8.2,温度20 ℃ (3)电解海水相关反应机理 阳极表面附近涉及的化学反应 2Cl? → Cl2 + 2e? Cl2 + H2O ? HClO + H + + Cl? HClO ? H + + OCl? (pKa = 7.5) 阴极表面发生的主要反应 2H2O + 2e? → H2 + 2OH ? 无隔膜电解槽存在中和反应 HClO + OH ? → H2O + OCl? 无隔膜电解槽中有效氯主要以HClO、ClO-的形式存在。 4 电解海水脱硫脱硝性能 模拟烟气脱硝系统示意图 (1)电解海水湿法洗涤脱硝性能 有效氯浓度对脱硝的影响 随着有效氯浓度的增加,出口气体中NO的浓度快速下 降,NO去除率为79%,NOx去除率为57%。 NO和NO2的初始浓度分别为1340 mg/m3和0 mg/m3。 出口气体中NO和NO2浓度随有效 氯浓度的变化 NO去除率和NOx去除率随电解溶液 有效氯浓度的变化 (2)影响电解海水脱硝的主要因素及规律 电解海水溶液pH值对脱硝率的影响 pH 9~10:抑制了电解 海水中有效氯的氧化性。 57% pH 5~8:有效氯中的 ClO-起主要作用。 44.6% pH 3~5:有效氯成分以 2% HClO、Cl2的形式存在。 NOx去除率随电解溶液pH值的变化 (3)循环洗涤脱硝的性能 电解海水循环喷淋对脱硝的影响 电解时间增加→有效氯浓度增加→ NO去除率增加→脱硝 持续时间明显增加。 当电解时间为30 min时,循环喷淋持续时间大于50 min, NO去除率约为80%。原水处理设备 出口气体中NO的浓度随循环喷淋 出口气体中NO2的浓度随循环喷淋 脱硝持续时间的变化 持续时间的变化 SO2浓度对NO与NOx的脱除率的影响 由于NO与SO2之间存在竞争关系,在本实验研究条件下,电 解海水有效氯浓度350 mg/L [Cl2] ,且液气比达到280 L/m3, 故电解海水NO与NOx脱除率随着SO2浓度升高仅小幅下降。 SO2的脱除率均接近 100%。原水处理设备 NO与NOx的脱除率随SO2浓度的变化 (NO浓度1000 ppm,装载机二轴怎么判断好坏有效氯浓度350 mg/L [Cl2],溶液pH值7) (4)电解海水脱硝作用机理与反应模型 有效氯脱硝的机理 NO(g) → NO(aq) NO(aq) + ClO? → NO2(aq) + Cl? NO(aq) + HClO → NO2(aq) + HCl Cl2(aq) + 2NO(aq) ? 2NOCl NOCl + H2O ? HNO2 + HCl NO(g) + NO2(g) → N O2 3(g) 模拟烟气中的NO被电解海水 2NO2(g) → N2O4(g) 溶液中有效氯氧化为NO2和 HNO2 (5)电解海水湿法洗涤脱硝经济分析 根据实验系统的烟气脱硝的成本分析 ?电解时间为30 min时,浮球式疏水阀产生有效氯浓度为2288 mg/L, 所消耗电量为36.45×10-3 kW·h。 ?计算电解海水在循环喷淋脱硝过程中的NO去除量约为 2.86×10-3 mol。若电价按0.5元/kWh计,则去除单位 摩尔数(30 g)的NO约需6.37元???。 ?考虑船上电力成本较低,以及后续研究强化脱硝方法,浮球式疏水阀 此成本有很大降低空间。 5 紫外/NaClO协同脱硝性能 紫外辐照反应器:有机玻璃,内径 100 mm,高度400 mm 紫外灯:Philips UV-C,波长 253.7 nm,11 W。 UV辐照预处理NaClO溶液实验平台示意图 不同反应条件的对比研究 无UV辐照 的NaClO 溶液 有UV辐照 的NaClO 溶液 单纯UV辐 照处理去 离子水 不同反应条件的NO氧化率对比 (pH值6) (1)单纯UV辐照处 理去离子水:几乎没 有明显效果。 (2)无UV辐照条件 下,0.1 wt%有效氯 NaClO溶液对NO氧化 率为30.6%。 (3)有UV辐照条件 下相同有效氯浓度的 NaClO溶液对NO氧化 率为48.8%。 UV辐照作用使NaClO 溶液对NO氧化率升高 59.4%! (1)紫外辐照脱硝的影响因素和作用规律 UV辐照时间对强化效果的影响 当UV辐照时间为17.5 min时,NaClO溶液NO氧化率为 48.8%,而NO氧化强化率达到59.4%。 UV灯不 稳定? NO氧化率随UV辐照时间的变化 (UV/NaClO溶液,有效氯0.1 wt%与pH值6) NaClO溶液有效氯浓度的影响 NO氧化率随NaClO溶液有效氯浓 度的变化(UV,17.5 min;NaClO 溶液,pH值6) 当有效氯浓度小于0.1 wt%, UV辐照能够明显强化NO氧 化率; 当有效氯浓度超过0.1 wt% 时,UV辐照对NO氧化率相 比无辐照处理情况反而下降 (HClO与强氧化性活性物 质的副反应逐渐加强)。 NaClO溶液初始pH值的影响 NO氧化率随NaClO溶液初始pH值 的变化(UV,17.5 min;NaClO溶 液,有效氯0.1 wt%) 当NaClO溶液初始pH值为6 时,UV辐照强化效果最好, NO氧化强化率为59.4%。 然而当NaClO溶液初始pH 值为2~4时,NaClO溶液 NO氧化率相比无辐照情况 反而降低; 当NaClO溶液初始pH值为 8~10时,NaClO溶液NO 氧化率相比无辐照情况几乎 没有变化。 (2)紫外辐照强化脱硝作用机理 UV辐照强化的机理 HClO + hv → HO ? + Cl? HO ? + HClO → ClO ? + H 2O 2ClO ? ? Cl2O2 UV辐照NaClO溶液 会促使HClO/ClO–发 生光分解反应,生成 大量强氧化性活性自 由基(如HO?、O?、 O3–、ClO?等),增 强了溶液的氧化能力。 Cl2O 2 + H 2O → ClO ? 2 + OCl ? + 2H + 当UV辐照时间进一 步增加到20 min时, Cl2O2 + H 2O → Cl ? + O2 + OCl ? + 2H + 过量UV辐照会导致 Cl2O2 → Cl2 + O2 副反应 生成的活性自由基发 生副反应,降低UV 辐照作用的强化效果 6 紫外/电解海水协同脱硝性能 实验平台示意图:(1-5)气体钢瓶;(6-10)减压阀;(11-15)质量流量 计;(16)气体混合器;(17)恒温水浴;(18)气体分布器;(19)紫外 灯(254 nm);(20)鼓泡反应器;(21)密封盖;(22-23)截止阀; (24)温度计;(25)电子冷凝器;(26)烟气分析仪;(27)尾气吸收瓶; 气路A,主通道;气路B,旁通通道。 (1)紫外辐照脱硝的影响因素和作用规律 不同反应体系脱硝对比实验 NOx脱除率递减顺序为:紫外/NaOCl海水溶液≈紫外/电解 海水溶液(60%)>紫外/NaOCl淡水溶液。 不同反应体系脱硝对比 (NO 1000 ppm,装载机二轴怎么判断好坏UV 0.047 W/cm3) 电解海水有效氯浓度对脱硝及脱硝强化因子影响 随着有效氯浓度增加,NO与NOx的脱除率均逐渐增加, 而脱硝强化因子却逐渐减小。 紫外/电解海水有效氯浓度对脱硝率及脱硝强化因子的影响 (NO 1000 ppm,UV 0.047 W/cm3) 电解溶液pH值对脱硝及脱硝强化因子的影响 随着溶液pH值从3升高到9,紫外/电解海水的脱硝强化 因子从5.3迅速增加到18.6。 溶液pH值对紫外/电解海水脱硝率及脱硝强化因子的影响 (NO 1000 ppm,气体流量1.26 L/min,UV 0.047 W/cm3,有效氯 250 mg/L [Cl2],溶液温度20 ℃) 紫外灯功率对脱硝及脱硝强化因子的影响 随着紫外灯功率线性增加,脱硝强化因子随之几乎线性 增加。 紫外灯功率对脱硝率及脱硝强化因子的影响 (NO 1000 ppm,UV 0.047 W/cm3,有效氯 250 mg/L [Cl2]) NO入口浓度对脱硝及脱硝强化因子的影响 NO与NOx的脱除率随着NO入口浓度增加呈下降(后上 升?)的规律。 NO入口浓度对脱硝率及脱硝强化因子的影响 (UV 0.047 W/cm3,有效氯 250 mg/L [Cl2]) 模拟烟气中共存组分CO2、SO2与O2浓度的影响 (NOx 1000 ppm, 气体流量1.26 L/min,UV 0.047 W/cm3,有效氯 250 mg/L [Cl2],溶 液pH值6,温度20 ℃) 紫外/电解海水的脱硝率及脱硝强化因子随模拟烟气中共存组分浓度的变化: a) CO2浓度;b) SO2浓度;c) O2浓度;d) 入口NOx成分随O2浓度的变化 船用燃油硫含量因素对同时脱硫脱硝及脱硝强化因子的影响 当船用燃油硫含量从0.1 wt%增加到3.5 wt%时,NO与 NOx的脱除率分别从77%和76%缓慢下降到75%和72%。 SO2的脱除率均接近 100%。 船用燃油硫含量对脱硝率及脱硝强化因子的影响 (UV 0.047 W/cm3,有效氯 250 mg/L [Cl2],NOx 1000 ppm, O2 15%, CO2 5%, SOx 0-750 ppm) (3)紫外辐照强化脱硝作用机理 有效氯(HOCl与OCl-)能在254 nm紫外辐照下分解生成 若干种活性自由基(如HO?, O?-, Cl?) HOCl ? H+ + OCl? HOCl + hv → HO? + Cl? OCl? + hv → O?? + Cl? O?? + H2O ? HO? + OH? ?这些活性自由基的氧化还原电位均明显高于HOCl与OCl-, 因此紫外协同有效氯溶液能够取得显著的协同增强效果。 ?海水中较高浓度的Cl-和HCO3-会消耗部分有效氯光分解得 到的活性自由基,进而影响溶液氧化性。 (4)紫外辐照强化脱硫作用机理 SO2 (g) ? SO2 (aq) SO2 (aq) + H2O ? HSO3? + H+ HSO3? + HO? ? SO 2? 4 + 2H+ HSO3? + HOCl → SO 2? 4 + 2H+ + Cl? HSO3? + OCl? → SO42? + H+ + Cl? 成果 1. 提出了一种基于电解海水的船舶柴油机废气同时脱硫脱 硝方法,揭示了电解海水脱硫脱硝的反应机理。 2. 发现了紫外辐照对电解海水脱硝性能的显著强化作用, 提出了一种基于紫外/电解海水的协同脱硝方法,并揭示了 相关反应机理。 【经济效益分析】 ? 脱除效率高、系统结构紧凑、初始投资少、运行成本低; ? 估算我国市场空间360亿元,世界市场空间7000亿元。 【社会效益分析】 ? 有效减少船舶废气污染物排放,估算我国远洋船队平均每 年NOx减排量为51 万吨/年; ? 提高船舶符合相关法规能力; ? 实现船舶关键设备的国产化。 汇报结束!

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