船舶脱硫塔分类及船上应用分析

    董凡新

    

    摘 要：通过对船舶脱硫塔系统的分类梳理，不同类型脱硫塔系统特性的分析，结合实船自身特点，阐述现阶段脱硫塔系统在船舶上的应用，并对未来的应用提供参考作用。

    关键词：船舶;海水脱硫;船上应用;环境

    中图分类号：U676.3? ? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ? ? ? 文章编号：1006—7973（2019）07-0077-02

    国际海事组织（IMO），根据全球海域船舶限硫规定，要求各成员国船级社注册的船舶积极履行该决议，于2020年1月1日起，进入排放控制区的海船使用的船用燃油硫含量<0.5% 。中国交通运输部也出台了中国海域相关"限硫"规定，加快了船舶脱硫市场的发展。

    随着MARPOL公约对船舶主机辅机的排放做出了严格的限量规定，船舶业主和运营商必须面对如何减少硫化物排放的问题。目前可用的有效方法有：一是使用低硫燃油，二是使用清洁能源代替燃料油，三是安装使用脱硫塔废气清洗系统（EGCS）（下文简称脱硫塔）。目前，在船舶设计、建造/改造中行之有效的方法之一是安装脱硫塔废气清洗系统（EGCS）。由于脱硫塔之前在滚装及轮渡船上的成功应用及考虑到安装/改造成本、后期运营成本等综合因素，目前干散货船、集装箱船、邮轮也开始加入安装脱硫塔改造的行列。

    1 脱硫塔的分类

    烟气脱硫有干法脱硫和湿法脱硫。干法脱硫塔（Dry scrubbers）技术脱硫吸收和产物处理均在干状态下进行，烟气进入脱硫塔与脱硫剂逆向流动相混合，脱硫产物呈干态;该法具有无污水废酸排出、设备腐蚀程度较轻等优点，但存在脱硫效率低，反应速度较慢等问题。湿法脱硫塔（Wet scrubbers）技术烟气进入脱硫塔经过碱性溶液喷淋洗涤，烟气中的硫化物被溶液吸收生成硫酸盐等产物;该法具有脱硫反应速度快、设备简单、脱硫效率高等优点，但普遍存在腐蚀严重、对设备材质要求高等问题。

    目前船舶脱硫以湿法脱硫为主，主要利用海水或碱性溶液药剂实现脱硫，船舶脱硫塔根据工作原理可分类为：开环式脱硫塔（Open-loop scrubbers）、闭环式脱硫塔（Closed-loop scrubbers）、混合式脱硫塔（Hybrid scrubbers）。

    2 开环式脱硫塔

    开环式脱硫塔使用海水来清洗烟气，海水通常呈碱性，这使得海水具有天然的酸碱缓冲能力及吸收硫化物的能力，海水与烟气中的硫化物发生中和以达到脱硫的目的。开环式脱硫塔系统的基本组成包括：海水供水系统、海水排放系统、脱硫塔、控制模块、气体取样监测系统、水质取样检测系统。开环式脱硫塔洗涤过程：海水被抽入到脱硫塔并通过脱硫塔内的喷头喷出，与通过脱硫塔的烟气发生反应，脱硫后的烟气继续上行经过气体监测系统后排入大气，而中和了硫化物的海水溶液下行经水质检测系统后通过海水排放系统流入大海。

    开环式脱硫塔系统结构相对简单，相对而言更容易在船舶上安装、改造加装，由于直接使用海水又节约了药剂的费用，但对海洋环境是否会带来长期影响，仍有待验证。

    3 闭环式脱硫塔

    闭环式脱硫塔在淡水中添加脱硫药剂来吸收烟气中的硫化物，淡水是循环使用的清洁水，而海水仅作为冷却水来为循环淡水降温，海水不直接作为洗涤溶液与烟气反应。闭环式脱硫塔系统的基本组成包括：海水循环冷却系统、淡水循环系统、脱硫塔、控制模块、水处理单元、气体取样监测系统、水质取样检测系统、加药单元及循环柜、存储柜等。闭环式脱硫塔洗涤过程：先根据船舶的负荷加入适量脱硫药剂，脱硫工作时脱硫药剂和淡水在循环柜中混合后进入脱硫塔，脱硫塔内的作用过程与开环式类似，但洗涤后溶液的去向与开式直接排入大海不同，闭环式脱硫塔洗涤后的溶液循环进入循环柜，当循环柜内的溶液浓度和残杂到达定值，水处理单元开始对溶液进行分离，分离出的残杂移入存储柜、分离出的水重新进入循环柜并补充脱硫药剂，补充药剂后的洗涤溶液经过海水冷却系统冷却，重新进入脱硫塔，從而开启循环洗涤工作。

    闭环式脱硫塔系统的淡水脱硫部分是封闭式的循环设计，参加反应的淡水与脱硫剂的混合溶液是不直接排放到海洋里的，存储柜里的残渣将在船舶靠港时进行转运处理，因此闭环式脱硫塔是真正意思上的零排放，但闭环式脱硫塔的系统组件多，占用船舶空间大，安装、改造加装的成本也随之增加，而且脱硫药剂也是消耗品。

    4 混合式脱硫塔

    混合式脱硫塔是开环式和闭环式脱硫塔的一种有机组合，在脱硫工作时可以根据需求在开式和闭式模式间相互切换。混合式脱硫塔系统的基本组成包括了开环式和闭环式脱硫塔系统的组成，并且其控制模块增加了自动切换等功能及更多的检测、监测点。混合式脱硫塔洗涤过程：开式模式下运用海水洗涤烟气脱硫，与开环式脱硫塔工作方式相同;闭式模式下运用淡水添加脱硫剂的循环溶液洗涤烟气脱硫，与闭环式脱硫塔工作方式相同。

    混合式脱硫塔系统能在双模式间灵活选择，在无排水要求的水域可以使用开式模式利用天然海水脱硫，减少脱硫剂的消耗，降低成本;在严格控制硫排放的水域可以使用闭式模式，达到零排放的要求。双模式的好处也是需要代价的，初期的安装、改造加装的成本也大幅增加，占用船舶空间更大。

    5 脱硫塔结构

    脱硫塔在船舶上的实际应用中一般有两种结构，一种是单塔体结构，一种是双塔体结构。单塔体结构是船上锅炉和所有发电机都组合在一起，烟气汇集后进入唯一的脱硫塔体完成脱硫;双塔体结构是有两个塔体，可以根据需要进行组合，比如，锅炉的烟气进入一个单独的塔体完成脱硫，所有发电机烟气汇集到另一个单独的塔体完成脱硫。

    这两种结构各有优缺点，单塔结构初期投资成本低，但如果一部分发电机没工作的情况下，脱硫系统就会处在过载运行状态，白白消耗船上的能源;双塔结构运营时更灵活，操作费用低，但初期投入成本相对高。

    6 应用

    现阶段步入脱硫塔改造的船舶类型主要有干散货船、集装箱船等，下面列举一个216000载重吨散货船实例（由于商务原因，船名不便在此公布，下文简称“该船”）来说明脱硫塔在船上的应用。

    如图1 所示，该船选择了双塔结构的脱硫塔改造方案，主机烟气可以直通1号塔体，辅机烟气通往2号塔体，在两个独立的塔体之间设有气密遥控阀，可根据实际船舶工况下的烟气排放量来调控气密阀的开启和关闭，实现单塔洗涤工作、双塔洗涤工作的切换。

    7 结语

    在船舶上应用脱硫塔实现脱硫时，要综合考虑船舶的负荷、船上的空间、脱硫塔的类型、船舶航道水域特点、船舶运营区域的法规规范等因素，总之，没有完美的脱硫塔系统，而是要选择合适船型的脱硫塔类型，搭配出既有经济性又符合环境限流标准的脱硫塔方案。

    参考文献：

    [1] MARPOL 附则VI 第14.1.3条[Z].1983-10-2.

    [2]中国船级社. 船舶废气清洗系统预设指南[Z].2016-09-27.

    [3]谭云松，张雪滨. 几种脱硫技术特点简介[J].锅炉技术，2005， （1）：31-32.

    [4]高明智，王鸯鸯. 烟气脱硫方法简介[J]. 中国环保产业，2010， （8）：28-30.