船舶脫硫塔系統淺析

單興鵬

（大連中遠海運重工有限公司，遼寧大連 116113）

0 引言

按照 MARPOL公約的要求[1]，在排放控制區內，船舶燃油含硫量在2015年1月1日以后，不得超過0.1% m/m；2015年1月1日以后在除排放控制區之外的所有歐洲海域，船舶燃油含硫量不得超過0.5%，從2020年1月1日起進一步降至0.1% m/m；全球海域 2020年后行駛船舶“硫排放限值”不得超過0.5% m/m。在MPEC第58次會議上[2]，廢氣處理系統（脫硫設備等）被允許用來減少船上的硫化物排放。

目前主要有3種方式可以解決船舶脫硫問題：

1）使用低硫油。低硫油與重油之間的高額差價必將使船東不堪重負。

2）采用LNG燃料代替燃油。LNG設備及配套系統價格昂貴，世界范圍內港口加注設施也普遍不完善。

3）加裝船舶脫硫設備。安裝后一勞永逸可正常使用重油，一年左右即可收回成本，且安全可靠并無后顧之憂。

綜合比較而言，加裝船舶脫硫設備（圖 1）是船東履約的最佳選擇。

1 脫硫塔系統簡介

脫硫塔是一種被設計用水清洗主輔機廢氣來清除其中硫化物的系統。如今市場上有許多不同的設計，主要分為兩大類，開環式和閉環式。脫硫塔系統的耗電量通常占到主機能量的1%～2%。

2 脫硫塔系統分類與研究

2.1 工作原理

脫硫塔的工作原理取決于脫硫塔的類型。通常來說，脫硫塔可以被分為以下類型（圖2）。

圖1 脫硫塔實物照片

圖2 脫硫塔分類

船舶上考慮海水使用的便利性，主要采用濕式的脫硫塔。

1）開環式脫硫塔

開環式脫硫塔（圖3）使用海水來清洗廢氣，海水中天然的化學物質將廢氣中的硫化物溶液中和以達到脫硫的目的，清洗用的水經簡單處理隨后排放到海里。開環式脫硫塔是目前一般使用較為廣泛的系統。

圖3 開環式脫硫塔

2）閉環式脫硫塔

開閉環式脫硫塔（圖4）使用封閉的循環清潔水。這些水會用一些堿性物質的水進行處理，例如燒堿中和劑。清洗水會被重新循環利用，損失的部分添加新的淡水。少量的清洗水會被送到污水處理系統中處理再被排放到大海中。通過這個系統，也可以設計出一個儲存柜來實現真正的零排放。

3）混合式脫硫塔

混合式脫硫塔（圖5），如其名字，是一個各種系統的總合。這個名字被定義為一種既有開環又有閉環的系統，能夠使操作者在低濃度堿和高濃度堿的區域靈活轉換。混合式系列也包括一些其他產品，比如，開環式系統在清潔水中加入一定的燒堿使排放液體的堿度達到適合的水平。

圖4 閉環式脫硫塔

圖5 混合式脫硫塔

2.2 選擇合適的脫硫塔

如何選擇一種合適的脫硫塔，通常來說，沒有哪一種完全比另一種好，只要去尋找一個有著確定貨物的嚴格的供應商，這就僅僅是看哪種系統是最適合你的船型。到最后都可以歸結為堿度和運營路線的問題。

堿度用來描述清潔水緩沖酸性的程度，而且在某種程度上在所有的自然水中都存在。在洗滌過程中，堿性被用來緩沖硫化物并將它們溶解到清潔水中。堿會幫助中和硫化物并保持PH值在一個較高的水平。

在開放的海域，海水堿值普遍偏高，所以海水可以被用在脫硫塔系統中。開環式脫硫塔正是這樣做的。然而，世界上也有一些區域堿度值太低以至于不能被脫硫塔利用。這些區域包括，美國五大湖地區、圣彼得堡港、密西西比河等。如果船舶一直在這些地方運營，一個閉環式脫硫系統將會是最好的選擇，因為它使用燒堿來中和清潔水中的酸性。

因此，系統中的堿值取決于船舶行駛區域的水質。如果一艘船經常在高堿度水域運營，但偶爾也會去一些低堿度水域，那么選擇一個混合式脫硫塔更合適，因為混合式系統可以根據操作需要在開環式和閉環式系統間轉換。

成本也是考慮不同系統優缺點的一個重要因素?？紤]到資金成本、運營成本還有平時的可操作性，可能也會有一些其他原因去選擇一些特殊的脫硫塔，不僅僅只是因為海水堿度和船舶的航線。比如，如果一條船在高堿度水域運營，但是水深較淺且含沙量較高，那么船東將會考慮安裝一個閉環式系統或者混合式系統。這是因為如果采用開環式系統，那么沙就會進入系統損壞設備，尤其是水處理器。這將增加一筆很大的維修費用。另一個需要考慮的是水進入系統的量，因為脫硫塔系統中的水泵通常耗能非常高。

開環系統的用水量明顯要比閉環系統多，因此它的耗能也比較高。然而在閉環系統中，所消耗的堿性試劑也是一項成本支出。系統中設備的數量自然也會影響投資成本。開環系統在這方面看起來會比較好，因為它的系統最簡單。

2.3 實船實例和設計要點

以大連中遠海運重工改造的“PB SHARP ISLAND”號為例，采用開環式脫硫塔，相關的系統示例如圖6所示。

圖6 脫硫塔系統實例[3]

如上系統有獨立海水吸入管路，配置2臺脫硫塔海水泵（一用一備），脫硫塔布置在船舶的煙囪區域，以保證海水進入脫硫塔壓力在約0.2 MPa左右，使海水與煙氣充分混合。同時，使脫硫塔的排出管路傾斜向下，保證排舷外順暢。海水與煙氣混合會具有腐蝕性，所以排舷外的海水管路需要采用耐腐蝕性的管材，本項目采用玻璃鋼管和雙相不銹鋼管。

功能實現：脫硫塔需要檢測幾個重要指標，以滿足相關規范和船級社的要求[3]，包括：1）煙氣的SOX物；2）排舷外海水的酸堿度；3）排舷外海水的濁度；4）排舷外海水的多環芳烴含量。所有的系統配置都需要滿足這些重要指標。不同廠家對于系統的配置稍有不同，但實現的目標相同。

3 結論

綜上，通過對脫硫塔系統研究，結合在建項目的實踐應用，綜合考慮脫硫塔分類和實際選型，已基本掌握了脫硫塔的技術，為承接脫硫塔新造項目做好了充分的技術儲備，同時也為其他類似產品的設計和建造提供寶貴的經驗。