船舶脫硫塔分類及船上應(yīng)用分析

董凡新

摘 要：通過對船舶脫硫塔系統(tǒng)的分類梳理，不同類型脫硫塔系統(tǒng)特性的分析，結(jié)合實船自身特點，闡述現(xiàn)階段脫硫塔系統(tǒng)在船舶上的應(yīng)用，并對未來的應(yīng)用提供參考作用。

關(guān)鍵詞：船舶;海水脫硫;船上應(yīng)用;環(huán)境

中圖分類號：U676.3? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）07-0077-02

國際海事組織（IMO），根據(jù)全球海域船舶限硫規(guī)定，要求各成員國船級社注冊的船舶積極履行該決議，于2020年1月1日起，進入排放控制區(qū)的海船使用的船用燃油硫含量<0.5% 。中國交通運輸部也出臺了中國海域相關(guān)"限硫"規(guī)定，加快了船舶脫硫市場的發(fā)展。

隨著MARPOL公約對船舶主機輔機的排放做出了嚴格的限量規(guī)定，船舶業(yè)主和運營商必須面對如何減少硫化物排放的問題。目前可用的有效方法有：一是使用低硫燃油，二是使用清潔能源代替燃料油，三是安裝使用脫硫塔廢氣清洗系統(tǒng)（EGCS）（下文簡稱脫硫塔）。目前，在船舶設(shè)計、建造/改造中行之有效的方法之一是安裝脫硫塔廢氣清洗系統(tǒng)（EGCS）。由于脫硫塔之前在滾裝及輪渡船上的成功應(yīng)用及考慮到安裝/改造成本、后期運營成本等綜合因素，目前干散貨船、集裝箱船、郵輪也開始加入安裝脫硫塔改造的行列。

1 脫硫塔的分類

煙氣脫硫有干法脫硫和濕法脫硫。干法脫硫塔（Dry scrubbers）技術(shù)脫硫吸收和產(chǎn)物處理均在干狀態(tài)下進行，煙氣進入脫硫塔與脫硫劑逆向流動相混合，脫硫產(chǎn)物呈干態(tài);該法具有無污水廢酸排出、設(shè)備腐蝕程度較輕等優(yōu)點，但存在脫硫效率低，反應(yīng)速度較慢等問題。濕法脫硫塔（Wet scrubbers）技術(shù)煙氣進入脫硫塔經(jīng)過堿性溶液噴淋洗滌，煙氣中的硫化物被溶液吸收生成硫酸鹽等產(chǎn)物;該法具有脫硫反應(yīng)速度快、設(shè)備簡單、脫硫效率高等優(yōu)點，但普遍存在腐蝕嚴重、對設(shè)備材質(zhì)要求高等問題。

目前船舶脫硫以濕法脫硫為主，主要利用海水或堿性溶液藥劑實現(xiàn)脫硫，船舶脫硫塔根據(jù)工作原理可分類為：開環(huán)式脫硫塔（Open-loop scrubbers）、閉環(huán)式脫硫塔（Closed-loop scrubbers）、混合式脫硫塔（Hybrid scrubbers）。

2 開環(huán)式脫硫塔

開環(huán)式脫硫塔使用海水來清洗煙氣，海水通常呈堿性，這使得海水具有天然的酸堿緩沖能力及吸收硫化物的能力，海水與煙氣中的硫化物發(fā)生中和以達到脫硫的目的。開環(huán)式脫硫塔系統(tǒng)的基本組成包括：海水供水系統(tǒng)、海水排放系統(tǒng)、脫硫塔、控制模塊、氣體取樣監(jiān)測系統(tǒng)、水質(zhì)取樣檢測系統(tǒng)。開環(huán)式脫硫塔洗滌過程：海水被抽入到脫硫塔并通過脫硫塔內(nèi)的噴頭噴出，與通過脫硫塔的煙氣發(fā)生反應(yīng)，脫硫后的煙氣繼續(xù)上行經(jīng)過氣體監(jiān)測系統(tǒng)后排入大氣，而中和了硫化物的海水溶液下行經(jīng)水質(zhì)檢測系統(tǒng)后通過海水排放系統(tǒng)流入大海。

開環(huán)式脫硫塔系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單，相對而言更容易在船舶上安裝、改造加裝，由于直接使用海水又節(jié)約了藥劑的費用，但對海洋環(huán)境是否會帶來長期影響，仍有待驗證。

3 閉環(huán)式脫硫塔

閉環(huán)式脫硫塔在淡水中添加脫硫藥劑來吸收煙氣中的硫化物，淡水是循環(huán)使用的清潔水，而海水僅作為冷卻水來為循環(huán)淡水降溫，海水不直接作為洗滌溶液與煙氣反應(yīng)。閉環(huán)式脫硫塔系統(tǒng)的基本組成包括：海水循環(huán)冷卻系統(tǒng)、淡水循環(huán)系統(tǒng)、脫硫塔、控制模塊、水處理單元、氣體取樣監(jiān)測系統(tǒng)、水質(zhì)取樣檢測系統(tǒng)、加藥單元及循環(huán)柜、存儲柜等。閉環(huán)式脫硫塔洗滌過程：先根據(jù)船舶的負荷加入適量脫硫藥劑，脫硫工作時脫硫藥劑和淡水在循環(huán)柜中混合后進入脫硫塔，脫硫塔內(nèi)的作用過程與開環(huán)式類似，但洗滌后溶液的去向與開式直接排入大海不同，閉環(huán)式脫硫塔洗滌后的溶液循環(huán)進入循環(huán)柜，當(dāng)循環(huán)柜內(nèi)的溶液濃度和殘雜到達定值，水處理單元開始對溶液進行分離，分離出的殘雜移入存儲柜、分離出的水重新進入循環(huán)柜并補充脫硫藥劑，補充藥劑后的洗滌溶液經(jīng)過海水冷卻系統(tǒng)冷卻，重新進入脫硫塔，從而開啟循環(huán)洗滌工作。

閉環(huán)式脫硫塔系統(tǒng)的淡水脫硫部分是封閉式的循環(huán)設(shè)計，參加反應(yīng)的淡水與脫硫劑的混合溶液是不直接排放到海洋里的，存儲柜里的殘渣將在船舶靠港時進行轉(zhuǎn)運處理，因此閉環(huán)式脫硫塔是真正意思上的零排放，但閉環(huán)式脫硫塔的系統(tǒng)組件多，占用船舶空間大，安裝、改造加裝的成本也隨之增加，而且脫硫藥劑也是消耗品。

4 混合式脫硫塔

混合式脫硫塔是開環(huán)式和閉環(huán)式脫硫塔的一種有機組合，在脫硫工作時可以根據(jù)需求在開式和閉式模式間相互切換?；旌鲜矫摿蛩到y(tǒng)的基本組成包括了開環(huán)式和閉環(huán)式脫硫塔系統(tǒng)的組成，并且其控制模塊增加了自動切換等功能及更多的檢測、監(jiān)測點?；旌鲜矫摿蛩礈爝^程：開式模式下運用海水洗滌煙氣脫硫，與開環(huán)式脫硫塔工作方式相同;閉式模式下運用淡水添加脫硫劑的循環(huán)溶液洗滌煙氣脫硫，與閉環(huán)式脫硫塔工作方式相同。

混合式脫硫塔系統(tǒng)能在雙模式間靈活選擇，在無排水要求的水域可以使用開式模式利用天然海水脫硫，減少脫硫劑的消耗，降低成本;在嚴格控制硫排放的水域可以使用閉式模式，達到零排放的要求。雙模式的好處也是需要代價的，初期的安裝、改造加裝的成本也大幅增加，占用船舶空間更大。

5 脫硫塔結(jié)構(gòu)

脫硫塔在船舶上的實際應(yīng)用中一般有兩種結(jié)構(gòu)，一種是單塔體結(jié)構(gòu)，一種是雙塔體結(jié)構(gòu)。單塔體結(jié)構(gòu)是船上鍋爐和所有發(fā)電機都組合在一起，煙氣匯集后進入唯一的脫硫塔體完成脫硫;雙塔體結(jié)構(gòu)是有兩個塔體，可以根據(jù)需要進行組合，比如，鍋爐的煙氣進入一個單獨的塔體完成脫硫，所有發(fā)電機煙氣匯集到另一個單獨的塔體完成脫硫。

這兩種結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點，單塔結(jié)構(gòu)初期投資成本低，但如果一部分發(fā)電機沒工作的情況下，脫硫系統(tǒng)就會處在過載運行狀態(tài)，白白消耗船上的能源;雙塔結(jié)構(gòu)運營時更靈活，操作費用低，但初期投入成本相對高。

6 應(yīng)用

現(xiàn)階段步入脫硫塔改造的船舶類型主要有干散貨船、集裝箱船等，下面列舉一個216000載重噸散貨船實例（由于商務(wù)原因，船名不便在此公布，下文簡稱“該船”）來說明脫硫塔在船上的應(yīng)用。

如圖1 所示，該船選擇了雙塔結(jié)構(gòu)的脫硫塔改造方案，主機煙氣可以直通1號塔體，輔機煙氣通往2號塔體，在兩個獨立的塔體之間設(shè)有氣密遙控閥，可根據(jù)實際船舶工況下的煙氣排放量來調(diào)控氣密閥的開啟和關(guān)閉，實現(xiàn)單塔洗滌工作、雙塔洗滌工作的切換。

7 結(jié)語

在船舶上應(yīng)用脫硫塔實現(xiàn)脫硫時，要綜合考慮船舶的負荷、船上的空間、脫硫塔的類型、船舶航道水域特點、船舶運營區(qū)域的法規(guī)規(guī)范等因素，總之，沒有完美的脫硫塔系統(tǒng)，而是要選擇合適船型的脫硫塔類型，搭配出既有經(jīng)濟性又符合環(huán)境限流標(biāo)準的脫硫塔方案。

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