廢氣清洗脫硫裝置在船舶設計中的應用分析

林嵩松

摘 要：船舶廢氣中的硫氧化物（SOX）是燃油中的硫燃燒后形成的污染物，依靠燃油燃燒設備自身技術改造很難達到硫排放控制的目的，只能通過燃料前、廢氣后處理或者替代燃料的方式進行控制。目前主要有3種應對的方法：船舶使用液化天然氣（LNG）為燃料;船舶使用含硫量不大于0.1%的船用輕柴油（MGO）;船舶仍使用船用燃料油（HFO），但在排氣端安裝使用煙氣脫硫裝置。目前，國際海事組織（IMO）推薦的解決船舶廢氣中二氧化硫（SO2）含量超標問題的方法主要使用低硫燃油和安裝廢氣處理裝置。選用低硫燃料能從源頭上解決船舶廢氣中的二氧化硫含量超標的問題，但由于低硫燃油在提煉過程中須經過額外的脫硫工藝處理，因而價格遠高于常規重油，因而并不經濟。

關鍵詞：廢氣清洗脫硫裝置;工作原理;硫氧化物;洗滌水;設計要點

引言

脫硫塔在船舶工程當中發揮著至關重要的作用，是科技發展成效的標志。隨著我國外貿交易數量的不斷增加，船舶成為貨物主要運輸的交通工具。因此，為了能夠有效的保護自然環境，對于船舶尾氣、硫元素排放的控制及處理尤為重要。? 脫硫塔具備高效、快捷、價格較低、維修方便、操作低要求、適應能力強等特點。同時，還能夠用于各種船舶當中，與船舶當中的各種引擎相互兼容。在船舶工程中合理利用脫硫塔能夠有效地降低船舶尾氣、有害元素的排放，對海洋當中的生物進行有效的保護，促進海洋生態系統的和諧發展。因此，船舶工程當中運用整套脫硫塔裝置能夠有效地將船舶尾氣、廢棄的排放進行合理的控制及管理，還能夠讓船舶尾氣、廢棄、硫元素的排放控制在標準當中，在保證自然環境的前提下，提升企業自身整體的經濟收益。

1脫硫塔裝置工作概況

在整個系統中，洗滌塔是影響安裝的核心部件，它的選型直接影響于船舶主機的工況，以保持最低的能耗和最低的背壓。如果船的空間真的有限，洗塔的尺寸可以在一定程度上進行調整。

在整個工作過程中，尾氣從洗滌塔底部向上通過洗滌塔，在塔內尾氣流速得到了很好的控制。海水通過塔頂噴嘴從塔頂均勻排出，形成均勻的水霧，有效地洗滌尾氣，包括以下3個過程：1）冷卻。船舶的尾氣排出來之后進入到脫硫塔的塔頂，然后會經過兩層級噴霧的處理，最后被冷卻到合適的溫度。2）消除粉塵顆粒。這個過程中所有的粉塵顆粒會在洗滌塔的處理下被其中的噴霧有效去除。3）去除SOx物。在船舶尾氣最后被排放進大氣中之前，尾氣中依然存有一些SOx，這些SOx會在塔內的噴霧中的藥劑產生化學反應，形成鹽溶液被收集起來集中處理，最后塔頂會將已經被處理干凈的尾氣排放到大氣中。

2廢氣清洗脫硫裝置在船舶設計中的應用分析

2.1海水總管及海底門等設計問題

因為脫硫裝置的脫硫是通過海水中的堿性成分與柴油機燃燒后的廢氣中所含的硫化物產生化學反應從而達到脫硫的結果，所以海水使用量很大。以某9200TEU項目為例，該項目主機排氣系統與發電機排氣系統為獨立的兩套船舶廢氣脫硫系統，主機脫硫系統海水泵為4臺（三用一備），單臺流量為850m3/h;輔機脫硫系統海水泵2臺（一用一備），每臺流量為850m3/h，6臺海水泵共用一根海水總管。脫硫系統海水總流量為3×850+1×850=3400m3/h。原船海水總管管徑為DN750，若將脫硫系統海水總管連接至原船海水總管，根據計算，原船海水總管海水流速將超過2m/s，流速太高。所以，需要考慮新增加一個脫硫系統海底門或者在原有海底門上新開脫硫系統海水總管，若在原有海底門上新開脫硫系統海水總管，則還需要考慮海底門格柵流通面積是否大于海水總管流通面積的兩倍。

2.2船舶廢氣脫硫技術的選擇

對于開式系統，廢氣中的硫氧化物將通過被海水中的堿性物質進行中和而起到脫硫效果。開式系統無需攜帶任何堿性藥劑以及水處理裝置，具有加裝投資成本少和運營成本低的特點。只要保證一定的海水堿度和充足的海水量，洗滌效果同樣能達到相當于使用含硫量0.1%的低硫油。開式系統因其成本相對低廉被許多船東所接受。

對于閉式或混合式系統，目前主流的國內外船舶廢氣清洗系統采用的脫硫技術主要有鈉堿法和鎂基法兩種。鈉堿法脫硫是使用氫氧化鈉溶液（NaOH）作為脫硫劑，添加到循環水中來吸收廢氣中的硫氧化物。鎂基法是使用氧化鎂粉末（MgO）作為脫硫劑，氧化鎂與海水或淡水在高溫（90℃）條件下水化制得氫氧化鎂漿料，再添加到循環水中來吸收廢氣中的硫氧化物、并中和洗滌水中的硫酸。從設備運行成本考慮，鈉堿法設備使用的脫硫劑氫氧化鈉（NaOH）溶液市場價格大約為人民幣2000元/t，鎂基法設備使用的氧化鎂（MgO）粉末國內采購價約為為人民幣800～1000元/t，價格不到鈉堿法的一半。同樣處理1t含硫量3.5%的重燃油，氫氧化鈉大約需要80kg，氧化鎂粉末大約需要40kg，用量是鈉堿法的1/2。考慮其他綜合因素，鎂基法設備運營成本大約為鈉堿法的1/3。

2.3脫硫裝置的設計要點

（1）脫硫塔布置在艉樓（煙筒）內時，結構需要較大改造，應對船舶舾裝數、船舶穩性、船舶重心進行計算分析;對吊裝方案進行合理評估，吊點的位置和加強提前做好預案和相關強度的計算，新設備要提前考慮新的施工工藝，避免影響生產工期。（2）若需擴沖修改機艙，一定要核實機艙總容積，重新計算機艙通風量。

（3）脫硫洗滌排放系統中排舷外管的選材須耐強酸特性。建議提供雙相不銹鋼管，由船廠完成管子放樣及安裝。開始系統的排舷外管安裝時要伸出外板一段距離，便于密性試驗及驗船師檢查。（4）排舷外口的位置距離海水吸入口一般要求大于4m，且在水流的尾部方向，避免酸性液體腐蝕;洗滌水排放舷外口附近船殼板需做防酸油漆處理，洗滌液酸堿值等參數須發油漆廠商進行技術確認。排舷外口和螺旋槳的間距要滿足螺旋槳廠家推薦距離，一面損傷螺旋槳。（5）洗滌海水泵排量根據設計參數選定后，需確認防海生物裝置的尺寸規格以及安裝位置是否滿足要求;洗滌海水泵一般推薦為變頻控制，變頻電纜的鋪設需滿足電氣規范，與其他電力系統和信號電纜分開布置，避免相互干擾;海水管或海水箱的流通面積需考慮新增加的洗滌海水泵的流量，并進行相應的計算，通海閥的控制位置應滿足《國際海上人命安全公約》要求的船舶吃水計算高度。

（6）核實主機，發電機等設備排氣的最大背壓及油耗變化，及時反饋給船東認可。（7）脫硫裝置的電氣控制系統需要連接船上的導航定位系統及柴油機負載信號，已記錄氣工作狀態。

結語

隨著國際組織針對硫元素對海洋生態系統造成嚴重的影響的關注，各國際組織或政府機構均相繼推出了各自的限硫令，將船舶硫元素排放控制在0.5%或更嚴格的范圍內，此系列規定陸續于2020年初進入實施階段，因此，為滿足船舶排放的整體要求，相關的設計人員通過對船只的脫硫塔裝置進行全面性的設計工作，選擇合理經濟的脫硫處理方式從而有效的保證脫硫塔裝置系統的質量能夠達到預期的標準。通過在船只當中加裝脫硫塔裝置能夠有效的保證船只自身條件符合國際的各項標準及需求，對船舶尾氣進行全面性的處理工作能夠有效的保障海洋生態系統及人民群眾生活的環境安全。

參考文獻：

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