废气清洗脱硫装置在船舶设计中的应用分析

林嵩松

摘 要：船舶废气中的硫氧化物（SOX）是燃油中的硫燃烧后形成的污染物，依靠燃油燃烧设备自身技术改造很难达到硫排放控制的目的，只能通过燃料前、废气后处理或者替代燃料的方式进行控制。目前主要有3种应对的方法：船舶使用液化天然气（LNG）为燃料;船舶使用含硫量不大于0.1%的船用轻柴油（MGO）;船舶仍使用船用燃料油（HFO），但在排气端安装使用烟气脱硫装置。目前，国际海事组织（IMO）推荐的解决船舶废气中二氧化硫（SO2）含量超标问题的方法主要使用低硫燃油和安装废气处理装置。选用低硫燃料能从源头上解决船舶废气中的二氧化硫含量超标的问题，但由于低硫燃油在提炼过程中须经过额外的脱硫工艺处理，因而价格远高于常规重油，因而并不经济。

关键词：废气清洗脱硫装置;工作原理;硫氧化物;洗涤水;设计要点

引言

脱硫塔在船舶工程当中发挥着至关重要的作用，是科技发展成效的标志。随着我国外贸交易数量的不断增加，船舶成为货物主要运输的交通工具。因此，为了能够有效的保护自然环境，对于船舶尾气、硫元素排放的控制及处理尤为重要。  脱硫塔具备高效、快捷、价格较低、维修方便、操作低要求、适应能力强等特点。同时，还能够用于各种船舶当中，与船舶当中的各种引擎相互兼容。在船舶工程中合理利用脱硫塔能够有效地降低船舶尾气、有害元素的排放，对海洋当中的生物进行有效的保护，促进海洋生态系统的和谐发展。因此，船舶工程当中运用整套脱硫塔装置能够有效地将船舶尾气、废弃的排放进行合理的控制及管理，还能够让船舶尾气、废弃、硫元素的排放控制在标准当中，在保证自然环境的前提下，提升企业自身整体的经济收益。

1脱硫塔装置工作概况

在整个系统中，洗涤塔是影响安装的核心部件，它的选型直接影响于船舶主机的工况，以保持最低的能耗和最低的背压。如果船的空间真的有限，洗塔的尺寸可以在一定程度上进行调整。

在整个工作过程中，尾气从洗涤塔底部向上通过洗涤塔，在塔内尾气流速得到了很好的控制。海水通过塔顶喷嘴从塔顶均匀排出，形成均匀的水雾，有效地洗涤尾气，包括以下3个过程：1）冷却。船舶的尾气排出来之后进入到脱硫塔的塔顶，然后会经过两层级喷雾的处理，最后被冷却到合适的温度。2）消除粉尘颗粒。这个过程中所有的粉尘颗粒会在洗涤塔的处理下被其中的喷雾有效去除。3）去除SOx物。在船舶尾气最后被排放进大气中之前，尾气中依然存有一些SOx，这些SOx会在塔内的喷雾中的药剂产生化学反应，形成盐溶液被收集起来集中处理，最后塔顶会将已经被处理干净的尾气排放到大气中。

2废气清洗脱硫装置在船舶设计中的应用分析

2.1海水总管及海底门等设计问题

因为脱硫装置的脱硫是通过海水中的碱性成分与柴油机燃烧后的废气中所含的硫化物产生化学反应从而达到脱硫的结果，所以海水使用量很大。以某9200TEU项目为例，该项目主机排气系统与发电机排气系统为独立的两套船舶废气脱硫系统，主机脱硫系统海水泵为4台（三用一备），单台流量为850m3/h;辅机脱硫系统海水泵2台（一用一备），每台流量为850m3/h，6台海水泵共用一根海水总管。脱硫系统海水总流量为3×850+1×850=3400m3/h。原船海水总管管径为DN750，若将脱硫系统海水总管连接至原船海水总管，根据计算，原船海水总管海水流速将超过2m/s，流速太高。所以，需要考虑新增加一个脱硫系统海底门或者在原有海底门上新开脱硫系统海水总管，若在原有海底门上新开脱硫系统海水总管，则还需要考虑海底门格栅流通面积是否大于海水总管流通面积的两倍。

2.2船舶废气脱硫技术的选择

对于开式系统，废气中的硫氧化物将通过被海水中的碱性物质进行中和而起到脱硫效果。开式系统无需携带任何碱性药剂以及水处理装置，具有加装投资成本少和运营成本低的特点。只要保证一定的海水碱度和充足的海水量，洗涤效果同样能达到相当于使用含硫量0.1%的低硫油。开式系统因其成本相对低廉被许多船东所接受。

对于闭式或混合式系统，目前主流的国内外船舶废气清洗系统采用的脱硫技术主要有钠碱法和镁基法两种。钠碱法脱硫是使用氢氧化钠溶液（NaOH）作为脱硫剂，添加到循环水中来吸收废气中的硫氧化物。镁基法是使用氧化镁粉末（MgO）作为脱硫剂，氧化镁与海水或淡水在高温（90℃）条件下水化制得氢氧化镁浆料，再添加到循环水中来吸收废气中的硫氧化物、并中和洗涤水中的硫酸。从设备运行成本考虑，钠碱法设备使用的脱硫剂氢氧化钠（NaOH）溶液市场价格大约为人民币2000元/t，镁基法设备使用的氧化镁（MgO）粉末国内采购价约为为人民币800～1000元/t，价格不到钠碱法的一半。同样处理1t含硫量3.5%的重燃油，氢氧化钠大约需要80kg，氧化镁粉末大约需要40kg，用量是钠碱法的1/2。考虑其他综合因素，镁基法设备运营成本大约为钠碱法的1/3。

2.3脱硫装置的设计要点

（1）脱硫塔布置在艉楼（烟筒）内时，结构需要较大改造，应对船舶舾装数、船舶稳性、船舶重心进行计算分析;对吊装方案进行合理评估，吊点的位置和加强提前做好预案和相关强度的计算，新设备要提前考虑新的施工工艺，避免影响生产工期。（2）若需扩冲修改机舱，一定要核实机舱总容积，重新计算机舱通风量。

（3）脱硫洗涤排放系统中排舷外管的选材须耐强酸特性。建议提供双相不锈钢管，由船厂完成管子放样及安装。开始系统的排舷外管安装时要伸出外板一段距离，便于密性试验及验船师检查。（4）排舷外口的位置距离海水吸入口一般要求大于4m，且在水流的尾部方向，避免酸性液体腐蚀;洗涤水排放舷外口附近船壳板需做防酸油漆处理，洗涤液酸碱值等参数须发油漆厂商进行技术确认。排舷外口和螺旋桨的间距要满足螺旋桨厂家推荐距离，一面损伤螺旋桨。（5）洗涤海水泵排量根据设计参数选定后，需确认防海生物装置的尺寸规格以及安装位置是否满足要求;洗涤海水泵一般推荐为变频控制，变频电缆的铺设需满足电气规范，与其他电力系统和信号电缆分开布置，避免相互干扰;海水管或海水箱的流通面积需考虑新增加的洗涤海水泵的流量，并进行相应的计算，通海阀的控制位置应满足《国际海上人命安全公约》要求的船舶吃水计算高度。

（6）核实主机，发电机等设备排气的最大背压及油耗变化，及时反馈给船东认可。（7）脱硫装置的电气控制系统需要连接船上的导航定位系统及柴油机负载信号，已记录气工作状态。

结语

随着国际组织针对硫元素对海洋生态系统造成严重的影响的关注，各国际组织或政府机构均相继推出了各自的限硫令，将船舶硫元素排放控制在0.5%或更严格的范围内，此系列规定陆续于2020年初进入实施阶段，因此，为满足船舶排放的整體要求，相关的设计人员通过对船只的脱硫塔装置进行全面性的设计工作，选择合理经济的脱硫处理方式从而有效的保证脱硫塔装置系统的质量能够达到预期的标准。通过在船只当中加装脱硫塔装置能够有效的保证船只自身条件符合国际的各项标准及需求，对船舶尾气进行全面性的处理工作能够有效的保障海洋生态系统及人民群众生活的环境安全。

参考文献：

[1]张海燕，许星.国外烟气脱硫技术的发展与我国的现状[J].有色金属设计，2003，30（1）：38-42.

[2]王晓中.船舶柴油机废气的危害及排放限制[J].科技咨询，2010（1）：145-146.

（青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司，山东 青岛 266101）