船舶尾氣脫硫裝置實船驗證技術(shù)分析

李長杰 劉真斌 劉若倩

摘? 要：隨著海上交通的快速發(fā)展，在貨運和客運上已經(jīng)廣泛采用船舶運輸方式。目前我國船舶業(yè)朝著節(jié)能化和多功能化的方向發(fā)展，因此對于船舶脫硫凈化的要求也不斷提升。在船舶上應(yīng)用脫硫裝置屬于新型技術(shù)工藝，我國對于該項技術(shù)的應(yīng)用還缺乏經(jīng)驗。該次研究主要探討分析了船舶尾氣脫硫裝置實船驗證技術(shù)，重點介紹了船舶脫硫裝置的應(yīng)用。由于當前我國在技術(shù)應(yīng)用和實驗方面缺乏成熟技術(shù)，通過該次對船舶尾氣脫硫裝置的研究分析，希望能夠促進我國船舶尾氣治理技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：船舶;尾氣脫硫裝置;實船驗證

中圖分類號：X511? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

發(fā)動力是船舶的主要動力來源，發(fā)動機在運行期間常常會產(chǎn)生較多廢氣，廢氣中包括較多顆粒物，氮氧化物以及硫氧化物。按照我國相關(guān)數(shù)據(jù)報告顯示，船舶尾氣年排放量中氮氧化物占據(jù)全球總排放量的15%，二氧化硫占據(jù)13%?；谝陨戏矫?，必須深入研究分析船舶尾氣脫硫裝置，全面降低污染物排放量。

1 船舶脫硫裝置工藝

船舶尾氣脫硫技術(shù)源于工業(yè)行業(yè)尾氣脫硫技術(shù)，按照相關(guān)統(tǒng)計報告顯示，目前世界范圍內(nèi)尾氣脫硫技術(shù)已經(jīng)超過200種。根據(jù)不同脫硫劑種類劃分為堿液法和海水法。由于船舶屬于移動物體，會受到電功率和安裝空間影響，此時可以應(yīng)用的脫硫技術(shù)主要為堿液法和海水法洗滌脫硫。

1.1 海水法煙氣脫硫技術(shù)

由于海水的酸堿度通常在7.8～8.5，堿度大約在2.5 mmol/L左右。海水中含有一定含量的可溶性碳酸鹽，這樣就會導(dǎo)致海水具備酸堿緩沖能力和堿度緩沖能力。船舶在大海中航行時可以借助海水堿度洗滌煙氣，達到脫硫效果。因此海水脫硫技術(shù)的反應(yīng)原理如下。

對于含有硫氧化物的煙氣來說，其主要是從脫硫塔底部逐漸向上運行，在經(jīng)過多層噴淋海水逆流之后能夠全面接觸混合，噴淋的海水能夠吸除煙氣當中的硫氧化物，煙氣在向上運行時主要是利用除霧器脫硫排放。將除霧器加設(shè)在脫硫塔頂部的作用在于將煙氣中所包括的白色水霧殘留硫氧化物去除掉，在經(jīng)過洗滌處理之后，噴淋海水可以通過水處理模塊對煙氣殘留污染物進行凈化，之后排入大海中。

1.2 堿液法脫硫技術(shù)

船舶在航行至淡水區(qū)域或者低堿度海水區(qū)域時，如果只是應(yīng)用海水洗滌脫硫處理技術(shù)將無法實現(xiàn)預(yù)期效果。所以在設(shè)計系統(tǒng)期間需要加設(shè)堿液供給裝置，提升脫硫處理效果?？梢詰?yīng)用到船舶中的堿液主要包括碳酸鈉和氫氧化鈉溶液。也有部分企業(yè)選擇氫氧化鎂溶液，脫硫處理技術(shù)的反應(yīng)原理如下。

該文所介紹的脫硫技術(shù)與海水脫硫技術(shù)比較相似。從脫硫塔底部使硫化物煙氣向上運行，并且與噴淋海水逆流結(jié)合，此時噴淋海水就會吸除煙氣中的硫氧化物。煙氣持續(xù)向上運行，在經(jīng)過除霧器之后可以達到脫硫排放效果。在噴淋之后，海水中的一部分會被運送到處理單元進行處理，剩余部分會經(jīng)過循環(huán)泵進入脫硫塔頂部，這樣可以實現(xiàn)反復(fù)多次噴淋。由于循環(huán)液在循環(huán)時會將煙氣中的硫氧化物進行吸收、溶解，此時就會產(chǎn)生物化反應(yīng)，生成硫化物和亞硫酸氫化合物，且pH值降低值3.0。此時為了提升系統(tǒng)脫硫效率，就需要將循環(huán)箱配置在處理工藝流程中，并且使用海水補充堿液方法提升塔頂部循環(huán)液的pH值。在經(jīng)過水處理單元凈化處理之后可以直接排放到海水中。

2 船舶脫硫裝置系統(tǒng)分析

對于原理相同的船舶脫硫裝置來說，雖然主體配置差不多。然而對于不同船型，載貨量船舶來說，其配置存在較大差異性。該次所進行的實船驗證試驗主要是將脫硫裝置加設(shè)在船舶主機上，其處理能力為每小時6×104 Nm?。脫硫裝置組成包括循環(huán)泵組、脫硫塔、堿液存儲箱、熱交換器、海水泵、水處理單元以及控制系統(tǒng)，測量單元。

對于脫硫塔來說，其屬于脫硫裝置的核心組成，能夠為循環(huán)液與煙氣反應(yīng)提供重要場所，結(jié)構(gòu)內(nèi)部包括除霧器層，填料層以及噴淋層等，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計合理性會直接對脫硫效率產(chǎn)生影響。

對于堿液存儲箱來說，其主要是為船舶航行期間所需堿液提供存儲空間，可以避免低溫條件下堿液結(jié)晶。由于該存儲箱具備保溫加熱功能，其加熱方法主要包括電加熱、水加熱和蒸汽加熱。該次試驗采用水加熱方法，在設(shè)計堿液箱容積時需要充分考慮船舶航行線以及加堿便利性。在確保正常運行情況下盡量縮小堿箱容積。

對于堿液供給泵來說，其主要是將堿液輸送到加堿點，并且按照不同工況對加堿量進行調(diào)節(jié)。在配置供堿泵時需要優(yōu)先選擇靠近堿箱位置，避免系統(tǒng)停運時管道內(nèi)殘留較多堿液。

3 脫硫裝置實船安裝技術(shù)分析

在船舶上安裝脫硫裝置屬于系統(tǒng)性工程，特別是將尾氣脫硫裝置安裝在船舶中，常常會受到時間和空間影響，增加施工難度。對于新造船舶來說，脫硫裝置安裝難度相對較小。在船舶上安裝脫硫裝置的施工工藝如下：就位和固定脫硫塔、箱柜、泵閥和控制柜等，并且進行管道和船艙件放樣和制造，鋪設(shè)電纜、接入電系統(tǒng)、水系統(tǒng)和壓縮空氣系統(tǒng)。從上述工藝技術(shù)能夠看出，安裝脫硫裝置的難度比較大，并且對技術(shù)要求比較高。因此需要組建專門的安裝團隊，并且細化安裝工藝流程，注重管理安裝過程，全面提升安裝質(zhì)量。

4 脫硫裝置實船試驗技術(shù)

在進行船舶脫硫裝置實船試驗時主要包括以下環(huán)節(jié)：檢查部件電氣連接→部件電試運轉(zhuǎn)→功能、性能試驗→船級現(xiàn)場檢驗。在實船試驗中最重要的就是性能試驗，該項試驗內(nèi)容的目的在于測試燃燒裝置工況下脫硫裝置是否滿足煙氣排放要求。在試驗期間需要按照船舶特性優(yōu)化調(diào)整系統(tǒng)控制邏輯，此項試驗過程會極大地影響試驗成功性。對于脫硫裝置來說，應(yīng)當確保其各項燃燒設(shè)備滿足標準限制要求。

為了對脫硫裝置性能進行驗證，在實船試驗期間時，應(yīng)當選擇4個負荷點實行排放測量，，在確保所有負荷點滿足標準之后，才能夠獲取排放符合性證明文件。在4個負荷點中，一個負荷點選取為脫硫裝置最小廢氣量的98%，并且一個負荷點在最小和最大廢氣量質(zhì)量流量中呈現(xiàn)等間距分布。在試驗期間，若系統(tǒng)運行穩(wěn)定性較差，則需要增加試驗負荷點，這樣能夠驗證廢氣質(zhì)量在流量范圍內(nèi)滿足標準。

5 結(jié)語

該次研究主要圍繞船舶尾氣脫硫裝置展開討論，簡要介紹了船舶脫硫裝置的基本組成和技術(shù)原理，希望能夠普及船舶脫硫知識和技術(shù)，全面提升我國船舶脫硫裝置的技術(shù)水平，并以此研究希望能夠?qū)ο嚓P(guān)人員起到參考性價值。

參考文獻

[1]龔鵬，張光旭，楊超，等. pH對Q235B鋼在船舶尾氣脫硫液中電化學(xué)腐蝕行為的影響[J].表面技術(shù)，2018，47（12）：181-186.

[2]石瑞.船舶發(fā)動機尾氣脫硫技術(shù)研究進展[J].廣州化工，2018，46（21）：21-24.

[3]陳雄波，唐子君，黃建航，等.船舶柴油機大氣污染物排放特性及控制技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].化工進展，2017，36（3）：1067-1076.

[4]常敬州，朱國金.船舶尾氣脫硫脫硝應(yīng)用技術(shù)研究與發(fā)展趨勢[J].航海，2016，23（5）：38-41.