化学品船配置废气洗涤塔的经济性研究

钱 强，刘 佳

（沪东中华造船（集团）有限公司，上海 200129）

轮机与辅机

化学品船配置废气洗涤塔的经济性研究

钱 强，刘 佳

（沪东中华造船（集团）有限公司，上海 200129）

以沪东中华造船集团建造的某型化学品船为例，在船舶航线假定为从欧洲鹿特丹港到美国纽约港，且合理假定船舶运营时间和等待货物时间的情况下，对整个航程中航行于控制区域内外的时间及在此期间主机、发电机、锅炉等设备的运转情况进行分析细化，计算不同情况下全船的油耗；同时，对近期国际油价走势进行分析对比，以获得重油（Heavy Fuel Oil，HFO）与轻油（Marine Gas Oil，MGO）之间的差价，从而得出该船一年中在控制区域内设备使用MGO所增加的费用。在此基础上，通过对使用MGO所增加的费用、洗涤塔系统安装的前期投入费用和洗涤塔系统运行费用等因素进行综合分析，粗略计算该船安装洗涤塔所需额外费用的回收周期，对化学品船安装废气洗涤塔是否具有经济性优势进行相关研究和探讨。

化学品船；排放控制区；洗涤塔；经济性

0 引 言

船舶运营过程中废气所产生的硫氧化物（SOx）等酸性气体对大气环境造成的损害近来受到国际社会越来越多的关注，由此促使国际海事组织（International Maritime Organization，IMO）针对部分海域中船舶产生的硫氧化物排放制定了相应的法规，严格限制排放。IMO及欧美船舶燃油硫含量标准和生效时间见表1［1］。

表1 燃油含硫标准生效时间 单位：%（m/m）

船舶排放的SOx全部来源于燃油（主要是重油（Heavy Fuel Oil，HFO））的燃烧，目前IMO推荐减少船舶SOx排放的方法主要有2种：① 选用轻柴油（或轻油（Marine Gas Oil，MGO））；② 对废气进行脱硫洗涤［2］。由于MGO在炼制过程中经过了脱硫，因而价格相对较高。废气脱硫技术则是使用洗涤塔去除废气中的硫氧化物。排气脱硫技术被认为是控制船舶SOx污染的最经济、最有效的途径。随着SOx排放控制区域的出现和扩大，考虑到MGO与HFO之间的差价，很多船东把目光投向了洗涤塔。这里以38000t化学品船为例，以北美到欧洲的航线为假设运营线路对安装洗涤塔的经济性进行探讨。

1 废气洗涤塔技术

目前船舶上常用湿式废气洗涤系统，主要有3种形式。

1） 开式模式。采用海水洗涤废气，利用海水中的钠离子中和废气中的 SOx，洗涤后的废水经处理检测后直接排入海中，系统简单，成本较低，缺点是航行于内河或含盐度低的海区时不能有效工作。

2） 闭式模式。使用淡水对废气进行洗涤，通过添加碱性物质（通常是50%的NaOH溶液）与废气中的 SOx发生中和反应，从而去除废气中的SOx。反应后的洗涤污水经过处理清洁后进入系统柜重复使用，产生的污泥渣等存储在船上，到港时驳运到岸上。此类模式系统较复杂，任何区域均能有效去除废气中的SOx，缺点是全程使用NaOH，运行成本高。

3） 混合模式。同时具备海水洗涤和淡水洗涤功能，综合了开式模式和闭式模式的优点［3］，根据不同航行区域，可以灵活地选择开式模式或闭式模式运行。

1.1 洗涤塔除硫原理

为满足IMO MARPOL有关船舶硫氧化物排放标准，本船选用混合模式洗涤塔。主机、发电机组及锅炉共用一台洗涤塔，废气由洗涤塔顶部的导风口进入塔身，经风机抽吸后进入主洗涤部分；在此过程中，喷入NaOH溶液或海水，使喷入的液体和废气充分混合，进入洗涤塔主塔后进一步反应，达到去除废气中SOx成分的目的［4］。反应后的烟气经过上升通道由洗涤塔顶部排入大气中（见图1）。

混合式洗涤塔综合采用了开式和闭式循环系统的特点。当船舶在离岸排放控制区航行时，使用开式循环洗涤，海水泵抽吸海水后送入洗涤塔，吸收废气中的SOx，经处理后直接排至海中，分离物排至油渣柜；当船舶停泊港口时，使用闭式循环系统，系统根据检测到的排气中SOx的含量喷入适量氢氧化钠溶液，以中和SOx成分，使用淡水作为洗涤的介质。洗涤后的淡水进入处理柜，经设备处理后，进入系统柜重复使用。

图1 洗涤塔结构

1.2 洗涤塔技术优点

该船采用的废气洗涤塔脱硫具有以下优点：

1） 脱硫效率高，一般＞95%；

2） 可以除去废气中≈80%的颗粒物以及部分的氮氧化物［5］；

3） 设备适应性强，不影响柴油机的排气背压；

4） 运行和维护费用较低，操作灵活，避免更换燃油时存在的安全隐患；

5） 可以继续使用含硫量高的燃油，运营成本降低。

2 船舶配置及油耗

2.1 设备配置

该船SCR点航速为14kn，配置Wärtsilä-6RTflex50D主机1台；轴带发电机1台，功率1500kW；发电机3台，功率1110kW；辅锅炉2台，蒸发量16t/h；混合锅炉1台，燃油侧蒸发量为5t/h。考虑到以上设备同时运行的比率，洗涤塔容量按照以下工况配置。

（1） 主 机：1台，功率取SMCR点，7900kW；

（2） 发电机：2台，功率取2×1110kW；

（3） 辅锅炉：1台，约16t/h，0.8MPa。

2.2 油耗

正常情况下，以该船航速从欧洲鹿特丹港出发到达美国纽约所需时间为12d，其中处于排放控制区域的天数算上港口操作时间为2.5～3d，现在取大值，按照3d计算。港口卸货时间在货油泵最大排量时为24h。考虑到运营实际情况，船舶会有一段时间停泊在锚地等待货物到港或等待进港，这段时间按照每单个航次10d计算，此时仅需1台发电机运转。

针对以上各航行状况，分别计算油耗［6］。

1） 排放控制区内航行。主机功率6715kW，油耗为163g/kWh，3d所需燃油为78.8t；发电机1台，在进出港时运转时间约为8h，在洗舱时时间为24h，总计32h，按85%MCR计算，功率为943.5kW，油耗为185g/kWh，所需燃油约为5.6t；货油加热综合考虑需一台锅炉运行1d，油耗为1.2t/h，锅炉需燃油为28.8t；洗舱时2台锅炉运转24h，所需燃油为57.6t。燃油耗量合计为170.8t。

2） 港口卸货。时间为1d，锅炉1台，油耗为28.8t；发电机3台全开，负荷均为85%MCR，所需燃油为12.5t。燃油耗量合计为41.3t。

3） 锚地等待。1台发电机运转，功率为350kW，油耗设定为190g/kWh，燃油耗量为15.9t，混合锅炉运转，所需蒸汽约为500kg/h，燃油耗量约为37kg/h，油耗为8.9t，燃油耗量合计为24.8t。

4） 非排放控制区域内航行。主机工作10d，油耗为263t，1台发电机在洗舱时运转，功率为85%MCR，工作时间为2d，油耗为8.4t，其他时间船用电力由轴带发电机供应；洗舱时2台辅锅炉保持最大功率运转，工作时间为2d，油耗为115.2t，其他时间1台辅锅炉运转用来保持货舱温度，负荷约为80%，油耗为184.3t，合计燃油570.9t。

对于以上运行情况，前3种均在排放控制区内，因此单次航程中控制区内油耗共计为236.9t，非控制区内油耗为570.9t。控制区域内油耗为3930t/a，非控制区域内油耗为9471t/a。

3 洗涤塔费用回收时间估算

在排放控制区航行时，不安装洗涤塔的船舶需要使用价格较高的MGO作为燃料，而安装洗涤塔的船舶则可继续使用廉价的HFO作为船舶燃料。通过探讨燃油成本和洗涤塔设备成本，确定该船安装洗涤塔的经济性。

图2 HFO与MGO价格走势（2010—2011年）

3.1 油价走势

图2为2010—2011年的HFO与MGO油价走势。从图中可以看出，HFO与MGO之间的价格差异从2010年初的200美元/t上升到2011年末的320美元/t，此后价格差异维持在300美元左右，直到俄乌危机爆发后，油价开始回落，HFO与MGO之间的价格差异也随之缩小。

近期船用燃油市场价格较高位时下降约50%，表2为2015年7月3个国际上主要港口的燃油价格。

表2 3个国际主要港口燃油价格 单位：美元/t

假定为欧美航线，考虑经济因素，加油港口设置在鹿特丹，那么HFO与MGO之间的价格差异就为205美元/t。控制区域内用油3930t，则使用MGO较之使用HFO增加的成本为80.565万美元。

3.2 安装洗涤塔费用

安装洗涤塔所需增加成本为：1） 设备本身价格；2） 洗涤塔系统安装所带来的大量管路、阀件及箱柜的增加；3） 耗电量的增加导致的部分电气设备成本增加。根据对洗涤塔的技术要求，几家设备厂家均提供了系统价格，由于船用洗涤塔的应用尚处于初始阶段，因此此类设备价格极为昂贵，均在370万美元以上。此外，与设备配套的管路、箱柜、电气部分必须做的改动及人工成本等合计费用约为170万美元，两项总计约为540万美元。

3.3 运行洗涤塔费用

洗涤塔运行所需费用大致有以下3个部分组成：1） 洗涤塔系统正常运行所需电能约为350kW/h，为产生这一部分电能，一年需要耗费的燃油103t，按照每吨302.5美元计算，合计3.115万美元；2） 在港口内该套系统以闭环型式运转，需要额外消耗一定数量的NaOH溶液，基本比例为150kg 50%NaOH溶液对应1t燃油，港口停靠期间所需燃油为685t，所需NaOH溶液为102.75t，按照每吨160美元计算，一年所需费用为1.644万美元；3） 洗涤塔日常维修管理费用，因洗涤塔本体结构简单，运行期间维修管理成本较低，采用的洗涤塔此项费用每年约为系统价格的1%，合计3.7万美元。3项合计为8.459万美元。一年内使用MGO较使用洗涤塔实际增加成本总计为72.106万美元。

3.4 安装洗涤塔费用回收周期

基于以上“3.2”节和“3.3”分析得出的数据，在不考虑银行利息的情况下，系统初始投资额为540万美元，使用HFO较使用MGO每年可节省72.106万美元，据此得出回收周期约为7.5a；若考虑银行利息，按每年1.5%计算，则回收周期需要延长≈8.5a。

4 结 语

该船安装洗涤塔的费用在考虑银行利息的情况下，所需回收时间约为8.5a。一般来说，化学品船船东建造的船舶都是交由自己的船队运营，此类船舶使用寿命按25～30a计算，考虑到整个使用寿命周期，按照当前HFO与MGO之间的价格差异，配置洗涤塔系统对船东来说相当有吸引力。如果船舶在控制区内的航行时间更长或将来HFO和MGO之间的差价增大的话，则费用回收时间还会缩短。随着2020年全球范围内对硫氧化物排放要求进一步提高，配置洗涤塔的经济性优势将会进一步提高。洗涤塔这一系统的安装不可避免地会增加船舶质量，除了本体外，尚需配置相应的泵和水处理单元，增设NaOH溶液存储柜、系统循环柜等一系列箱柜。包括基座等附属物在内，总计增加质量约为90t，这意味着船舶载重量相应减少，降低了船舶运营的经济性。考虑到船舶使用寿命，配置洗涤塔对于船东来说，从环保角度考虑，仍然具有很大的吸引力。

［1］ MEPC. MARPOL 73/78公约附则VI及其修正案：MEPC. 176 （58）［S］.

［2］ Lloyd's Register. Understanding Exhaust Gas Treatment ［S］. 2012.

［3］ 董伟. 基于NaOH的船舶废气洗涤效率实验研究［D］. 哈尔滨：哈尔滨工程大学，2013.

［4］ 徐镔，冯志华. 基于海水脱硫原理的船舶烟气净化系统［J］. 苏州大学学报，2012 （4）： 40-43.

［5］ 魏永，廉宝刚，金贤，等. 大型船舶NOx和SOx控制技术［J］. 船舶工程，2003 （S2）： 151-155

［6］ 中国船舶工业集团公司，中国船舶重工集团公司，中国造船工程学会. 船舶设计实用手册 轮机分册［M］. 北京：国防工业出版社，1997.

Economic Study on Chemical Tankers Equipped with Exhaust Gas Scrubber

QIAN Qiang， LIU Jia

（Hudong-Zhonghua Shipbuilding （Group） Co.， Ltd.， Shanghai 200129， China）

Taking a chemical tanker built by Hudong-Zhonghua Shipbuilding （Group） Co.， Ltd. as example and assuming its route between Rotterdam in Europe and New York in USA with reasonable operation and waiting time， this paper analyzes in detail the operation of the tanker in and out of the Emission Control Area （ECA） as well as the operation condition of main engine， power generator， boiler and other equipment to determine the fuel consumption under different conditions. Meanwhile， it analyzes and compares the recent trends of global fuel prices to know the price difference between Heavy Fuel Oil （HFO） and Marine Gas Oil （MGO）， and thus to find out the cost increased by MGO used in ECA. On this basis， a comprehensive analysis is carried out on the cost increased by MGO， initial investment of scrubber system and operational cost to estimate roughly the additional cost caused by scrubber and its payback period， and thus to study and discuss if it is economically competitive to install the scrubber on chemical tankers.

chemical tanker； emission control area； scrubber； economy

X196；U674.13+3.2

A

2095-4069 （2016） 04-0023-04

10.14056/j.cnki.naoe.2016.04.006

2015-09-07

钱强，男，高级工程师，1975年生。1998年毕业于武汉交通科技大学轮机工程学院热能动力机械与装置专业，现从事船舶轮机开发设计工作。