船舶脱硫改装技术及前景分析

石培培

（罗伊特（南通）海洋工程技术有限公司，江苏南通 226004）

0 引言

作为重要的海上运输工具，船舶为世界经济的发展作出突出贡献，但也对环境造成严重污染[1-2]。近年来，国际社会对环境保护的要求越来越高，对船舶尾气的排放标准也愈加严格。根据国际海事组织（International Maritime Organization，IMO）的相关要求[3]，全球船舶使用燃油的含硫量（质量分数）须降低至0.5%以下。船舶尾气中主要含有硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）和颗粒物等有害物质，对船舶尾气进行脱硫处理势在必行，脱硫改装业务也随之大量增加。合理的脱硫改装设计和科学的布 置不仅能有效减少船东的改装成本，还能为船厂增加可观的收益。本文对船舶脱硫改装技术进行介绍，阐述不同改装设计的优缺点，并对脱硫改装市场的前景进行分析。

1 脱硫改装分类

为便于处理尾气，需要对现有船舶加装脱硫设备。脱硫改装可分为3 种类型：开式脱硫、闭式脱硫和混合式脱硫。船东对船舶租期、改装成本、改装周期的预期不同，其选择的类型也不同。

2 脱硫改装技术及改装设计

2.1 脱硫改装技术

开式脱硫技术利用海水碱性对烟气中的SOx进行中和，洗涤烟气后的海水直接排放至大海，不能循环使用。实船试验结果表明：开式脱硫技术虽能满足IMO 的相关要求，但直接排放的海水pH 值低且含有大量的杂质（重金属、多环芳烃等），只是将大气污染转化为海洋污染，长期运行会导致海水酸化，海洋生物灭绝。

开式脱硫技术的原理较为简单，具有改装成本低、改装周期短、改装工程量小、维护方便等优势，受到广大船东的欢迎。其缺点也较为明显，虽满足污染物的排放要求，但没有消除硫化物对环境的破坏，只是将大气污染转化为海洋污染。目前，已有部分国家或地区对加装开式脱硫系统的船舶限制通行。

闭式脱硫技术将碱液（NaOH 或Mg(OH)2）加入循环喷淋的淡水中以提高淡水的pH 值，进而用于中和尾气中的SOx。喷淋过程的淡水循环使用，长时间的循环会使溶液饱和，导致结晶体堵塞填料和喷头等问题。因此，需要定期排出和补充循环过程的淡水以降低溶液的浓度。污水在经处理达标后可直接排入大海。与开式脱硫相比，闭式脱硫更加环保，主要体现在以下3 个方面：1）直接排放到大海的废液少；2）污水先处理后排放；3）过滤出的重金属、多环芬烃等杂质储先存在污泥柜中，等船舶靠岸后再进行处理。闭式脱硫技术的不足之处主要在于以下3 点：1）需要消耗大量淡水和碱液；2）船员的皮肤和眼睛存在受到碱液腐蚀的风险；3）必须在原船隔出专门的舱室用于存储，运行成本和改装成本较高。

混合式脱硫技术是开式脱硫技术和闭式脱硫技术的结合：在允许使用开始脱硫的海域运行开式脱硫模式以降低运行成本；当船舶行驶到禁止使用开式脱硫的海域时，脱硫系统将切换为闭式脱硫模式，混合式脱硫技术可显著提高脱硫的灵活性。但混合式脱硫技术也存在一定的缺点，其相当于在船上安装了2 套脱硫系统，初始投入较大，改装成本较高，且当船舶在使用开式脱硫模式时，仍会对海洋造成污染。

相较于开式脱硫技术，闭式脱硫技术和混合式脱硫技术已成为当前船东选择的主流形式，在市场中占据了相当的份额。

2.2 脱硫改装设计

在船舶脱硫改装设计中，脱硫塔的布置尤为重要，其对后续管路的布置，老船结构、管路、设备等的改装影响较大。合理的改装设计能够缩短船舶的改装周期，减少脱硫改装的成本。脱硫改装设计主要有以下3 种方案。

1）脱硫塔室外布置方案

该方案没有独立的塔房，其设备和管路完全露天布置。瓦锡兰（Wärtsilä）集团研发的脱硫塔及附属设备在脱硫改装设计中采用了该技术方案。脱硫塔室外布置方案的改装工作量小、改装周期短，但对塔体的减振和防腐要求较高。将脱硫塔完全布置在室外，原理上可行，但外观方面较为杂乱，整体性和美观性不好。因此，脱硫塔室外布置方案并未成为市场的主流方案。

2）背包式脱硫改装设计方案

在艉部甲板增设新塔房结构，用来安装新的脱硫塔及附属设备。该方案可进行单元模块化设计和制作，在船舶进厂前将塔房结构、管路、设备、舾装件、电子元件等安装到位。待船舶到场后，进行整体吊装。待新增脱硫塔单元和老船结构合龙后，改变原船排烟管的布置，使其与新塔房连接。在整个改装过程中，除新增海水泵和相应进、排水管路外，机舱区域未作其他改动。背包式脱硫改装设计方案的优点在于改装环境良好、改装周期短、现场工作量小、改装成本低廉等。然而，该方案会增加艉部的质量，对船舶的质心位置有明显的影响。此外，该方案还存在稳性差、装载能力不足等问题。虽存在不足，背包式脱硫改装设计方案依旧应用广泛，目前已有上百条船舶采用此方案完成了脱硫改装（见图1）。

图1 采用背包式脱硫改装设计方案改装的船舶

3）烟囱重新设计方案

该方案将原船的烟囱从机舱棚甲板位置全部割除，再根据脱硫塔的形状和数量对新烟囱结构和内部管路进行重新设计。该方案的优点在于改装后完整性较好、外形美观，且船舶额外增加的质量较少，对船舶的稳性有利。然而，该方案存在明显的缺点：1）需要扩大机舱面积以布置配套设备；2）很难进行大面积的单元模块化预制；3）现场改装工作量较大，改装周期较长，改装费用较高。

各种脱硫改装设计方案均有其优缺点，船东在进行选择时，需要综合考虑成本，改装周期和后期运行维护等因素，最终敲定合适的方案。

3 船舶脱硫改装的形势和前景

自2008 年金融危机以来，国际船舶市场进入大萧条期。直至2018 年的第一季度，随着供需面的改善，船舶市场出现回暖的趋势。船东对脱硫态度的转变显示了脱硫改装的巨大空间和前景。在限排公约生效与实施后，船舶脱硫改装业务非常可观。2019年下半年，受到脱硫设备厂家产能的限制和国内各大修船厂泊位、坞期的影响，船舶改装订单量已趋于饱和，船东需要提前预约改装船厂进行脱硫改装。

随着2020 年新冠疫情在全球蔓延和国际油价的再度暴跌，国际和国内的船舶脱硫改装市场面临着巨大的挑战。特别是在新冠疫情暴发以后，我国对外来船舶的检查要求更为严格，国内各大港口对外来船舶采取了相应的限制措施，以防新冠病毒的传播。这对船舶脱硫改装市场带来了巨大打击，船舶改装订单量急剧下降，很多改装厂出现船东撤单的情况。仅从当下分析，船舶脱硫改装似乎已失去优势。但从长远看来，现在的科技日新月异，创新不断，世界经济必将回暖，国际油价也会持续回升，世界贸易的需求持续旺盛，船舶脱硫改装还存在巨大的空间和前景。

4 结论

船舶脱硫改装对减少污染物排放与保护环境非常重要。本文介绍了船舶脱硫改装技术，对不同改装设计的优缺点进行分析，并分析了脱硫改装市场的前景。研究表明：相较于开式脱硫改装，闭式脱硫改装和混合式脱硫改装在环境保护方面具有显著优势。希望本文研究成果可为船舶脱硫改装设计提供一定参考。