船舶废气脱硫系统研究

船舶废气脱硫系统研究

朱翔

单位名称:武汉龙净环保工程有限公司湖北武汉430200

摘要：船舶的主要动力来源是船舶发动机动力，发动机废气排放中含有大量的硫氧化物.氮氧化物以及颗粒物等污染物,根据IMO2014年统计数据显示,船舶尾气年排放SO2、NO2分别约占全球排放总量的13%和15%，已经受到国际社会的广泛关注。

关键词：船舶；废气；脱硫系统；研究

中图分类号：X736文献标识码：A

引言

船舶废气脱硫技术主要分为干法、湿法两种，目前湿法脱硫系统在船舶领域应用较为广泛。根据脱硫系统中脱硫剂地循环方式，湿法脱硫系统又可以细分为开式脱硫系统、闭式脱硫系统和混合式脱硫系统。

1系统原理及特性

针对湿式脱硫系统中的开式脱硫系统、闭式脱硫系统和混合式脱硫系统，从原理及特性方面进行对比，见表1。由表1可见，开式脱硫系统简单，脱硫剂—海水获取方便，比较适用于以在开放海域航运为主的远洋船舶。闭式脱硫系统较为复杂，适用于沿海、沿江等航运为主的船舶，特别是主要航行于ECA区域内的船舶。混合式脱硫系统最复杂，适用比较广泛，特别适用于经常在ECA和非ECA区域之间往返航行的船舶。

2船舶废气脱硫技术

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。开式系统一次投资低，所以早期船舶脱硫选择开式系统，预留改造为混合式的空间，但是随着各国对开式脱硫装置的限制，后续基本不会再安装开式，船东更多倾向选择混合式系统。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。镁基法优点1.原料便宜，2.相对氢氧化钠比较安全。缺点：1.氧化镁不太好买；2.容易潮解；3.脱硫翻译中间液有沉淀，易结垢堵塞。目前闭式中氢氧化钠法和镁法都各占有一定市场份额。

3废气清洗系统在不同排放控制区域的应用

3．1硫排放控制区域(SECA)

对于航线是一直在硫排放控制区域内航行的船舶来说，可使用重质燃油(HFO)，采用闭式系统。

3．2硫排放控制区域(SECA)与非控制区域(NonECA)

对于航线经过硫排放控制区域和非控制区域的船舶来说，在硫排放控制区域应使用重质燃油，同时采用闭式系统。在非控制区域(如公海等区域)应使用重质燃油并采用开式系统;但是某些海域、港口或是江河里海水碱值不够高，无法满足洗涤效果时，也应采用闭式系统。

4船舶废气脱硫技术研究

4.1海水脱硫技术

4.1目前各种烟气脱硫技术比较

对含硫烟气进行脱硫处理是控制ＳＯ２对大气环境污染的重要途径之一。目前用于工业上的烟气脱硫方法甚多，一般按脱硫剂的形态可分为干法、半干法和湿法三类。表１为海水法烟气脱硫技术与其它主要烟气脱硫技术综合评价的对比。但是迄今为止，各种烟气脱硫技术的应用尚停留在固定污染源的工业上，而在移动污染源的船舶上，一方面各国研究者关注较少，另一方面由于现有的脱硫工艺限于条件，并不完全适用于船舶。

１．２海水脱硫技术的发展及船舶应用的可行性

从２０世纪８０年代起至今，世界范围内共建成近百套海水脱硫设备用于沿海热电厂的运行。挪威ＡＢＢ公司在海水脱硫技术方面走在世界的前列，其国内所有烟气脱硫几乎都采用该技术。欧美和我国等的环保公司对海水法烟气脱硫技术也都有长足的发展和研究。由图１可见，一定浓度和压力条件下，ＳＯ２在水中的溶解度随温度的降低而增大。ＧｈａｚｉＡｌ－Ｅｎｅｚｉ、ＨｉｓｈａｍＥｔｔｏｕｎｅｙ等人［４］在实验室利用不同盐度海水进行ＳＯ２吸收实验，实验结果表明：ＳＯ２在海水中的溶解度要大于在纯水中的溶解度，在一定范围内，温度越低、水中含盐量越大，越有利于ＳＯ２的溶解和吸收。由于船舶获取海水十分方便，航行中的船舶更有利于脱硫后的海水排入海中稀释和扩散，并节省脱硫剂和淡水等资源。因此海水法烟气脱硫工艺应用于船舶柴油机排气具有良好的适应性和广阔的发展前景。

在航行于低碱度海水区域或淡水区域的船舶，仅仅利用海水(或淡水)的碱度不能达到脱硫的效果,在系统设计时需要额外增加碱液供给,以确保洗涤液保持-一定的碱度,保证脱硫效果。适合于船舶脱硫使用的碱液主要有:氢氧化钠溶液、碳酸钠等溶液,也有部分厂家使用氢氧化镁作为脱硫剂,其基本原理如下所示:

SO2+2NaOH=Na2SO,+H2O,Na2SO3+SO2+HO=2NaHSO,

NaHSO,+NaOH=Na2SO;+H20

2Na2SO;+O-=2Na2SO

其基本工艺流程如,同海水法脱硫--样,含有硫氧化物的烟气从脱硫塔底部向上经过与自上而下的多层喷淋海水逆流充分接触混合,烟气中硫氧化物被喷淋海水吸除，烟气继续向上通过除雾器实现脱硫排放，喷淋后的海水-小部分被释放到水处理单元进行处理，大部分通过循环泵重新返回脱硫塔顶部反复进行喷淋，但由于循环液每循环--次都会溶解,吸收烟气中的硫氧化物而发生理化反应,生成大量的HSO;和SO;,pH值降至2.7~3.5,为了确保系统的脱硫效率，流程中配置循环箱，采用补充新鲜海水并在管路上补充碱液的方法，提高重新进入喷淋塔顶部循环液的pH值。

结束语

截至2018年5月31日，在全球范围内，共计983艘船已经安装或订购了废气清洁系统，其中散货船和油船合计占比51%。全球已安装的或者计划安装的1561台船用废气清洗脱硫系统中，采用开式脱硫系统的是988台，市场份额占比达到了63．3%，成为最受船东青睐的废气清洗脱硫系统。这从另外一个侧面也再次表明，开式脱硫系统是可以满足多数船东的日常运营需求的。相关法规陆续出台，并明确了实施节点，船舶废气硫排放问题的解决迫在眉睫。船舶废气脱硫系统不仅充分利用了重质燃油资源，有效解决了废气硫排放问题，还可大幅降低因采用低硫油而引起的船舶营运成本的提升。船舶废气脱硫系统是具有广阔市场前景的新兴环保设备，我国相关船舶配套企业应积极开展研制。

参考文献

[1]王伟,刘雪雷,王廷勇,王洪仁.基于DCS的船舶废气脱硫系统电气控制方案[J].船舶工程,2018,40(S1):230-232.

[2]张广彧.船舶废气脱硫系统的安装设计[J].山东工业技术,2018(16):215+211.