船舶內燃機脫硫洗滌水PH值排放符合性方法研究

王海江

摘要：船舶內燃機尾氣加裝尾氣脫硫裝置后，其煙氣排放指標和洗滌水排放指標都要滿足規范的限值要求，并且需同時安裝在線監測設備實時監控并記錄數據;開式脫硫系統的洗滌廢水呈強酸性，為滿足脫硫洗滌水PH值的排放要求，須通過完善排放管道路徑，引入稀釋水，優化舷外管內部和外部結構等方案的組合，才能最終滿足排放要求。

關鍵詞：舷外管;洗滌水PH值;排放符合性

中圖分類號：X736.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）21-0069-02

0? 引言

據統計數據表明，截止到2020年3月，全球約9萬艘遠洋船隊中，有3015艘船裝有脫硫裝置，而2019年初為506艘，由此看出2019年度處于爆發式增長，這些已加裝脫硫裝置的船舶中，以開式或開式預留混合式系統為主，約占90%以上，這是因為目前階級加裝開式系統對于船東來說是最經濟、最簡單的選擇方案，一方面總投資較少，施工周期短，而且可以滿足IMO的排放要求;但開式系統滿足洗滌水排放限值的難點在于PH值很難達標，因為脫硫后的洗滌廢水處于SOX飽和狀態，開式系統洗滌水PH值遠低于IMO規定的6.5和VGP規定的6.0。如果不采取措施很難滿足排放法規要求。本文將對目前裝船最多的開式系統的洗滌水怎么滿足排放法規的要求進行分析。

1? 開式系統洗滌水PH值特性

1.1 開式系統洗滌水泄放管道特點

對于開式脫硫系統，洗滌水在洗滌塔內對發動機煙氣進行洗滌反應后從脫硫塔底部（或側面）排出，靠自身重力作用自流到舷外排口，一般洗滌水的排舷外口都必須在輕載水線以下若干距離外，這個距離至少要超過4m，防止船舶輕載時，由于大浪，導致舷外口裸露出水面，腐蝕船體舷外板，同時也為了保證排出的洗滌水跟海水充分混合和擴散。泄放管道的布置路徑也會對排水的流速和流向產生影響，彎頭越多、變徑越多，閥件越多，對管道流速和背壓都有很大影響，模型設計時要綜合考慮，選取最佳方案。

1.2 法規對洗滌水PH排放要求

根據法規的要求，對脫硫洗滌水PH值的監測是指在船舶禁止狀態下，監測距離舷外排放點4m范圍的排放水的PH值，當滿足如表1要求時，判定為洗滌水PH值排放合格;監測方法包括直接測量法或經船級社認可的計算流體力學（CFD仿真）或其他有科學依據的經驗公式計算獲得。

1.3 開式系統洗滌水PH值特性

對于開式脫硫系統，船舶內燃機尾氣脫硫的主要原理為：

煙氣中的SO2與海水反應生成SO32-：SO2+H2O→2H++SO32-

因此，開式脫硫系統的洗滌廢水呈酸性，PH值大多小于3.2，如果不進行處理直接排入大海，實際是用酸性對海洋水進行中和反應，長此以往將破壞海洋環境、破壞海洋生物圈，從而改變海洋環境，導致大氣環境改變，可能會影響人類和生物圈的生存和繼續進化。

2? 幾種應對措施比較

為了滿足排放洗滌水PH的要求，通常可采用增加排舷口數量、增加排舷管直徑、增設稀釋水和加堿性物質等方式來加速洗滌水跟海水的混合，提高混合效率，滿足大負荷工況下的排放要求，但效率仍需繼續提升，仍然需要對脫硫工藝，洗滌水排出路徑和管道結構進行深入研究，尋求更優方案。

2.1 增加舷外口數量

該方法通過將大管徑洗滌水分流成小管徑，可以調高管道流速，加速洗滌水排出舷外后與海水的混合，具有一定的效果，但缺點是需要額外布置管道，增設止回閥、舷外閥等設備，改造復雜，增加額外成本，尤其對于運營船舶加裝脫硫項目，艙底空間非常有限，布設額外的管道非常困難。對于大型船舶，由于洗滌水流量太大，單位體積排除的洗滌水量太大，減緩了排出水跟海水的擴散混合，不得不通過增加舷外口數量，化整為零，否則很難滿足PH值排放要求，同時洗滌水舷外管排出角度對排出后混合效果也有較大影響。

常見的幾種排舷外口如圖1-圖3所示。

2.2 增設稀釋水

該方法是通過向洗滌水排出管道內引入稀釋水來提前稀釋洗滌水，當洗滌水排出舷外時已經提前經過稀釋，這樣洗滌水排出舷外后更容易滿足PH的限值要求，但是這種方法可用的稀釋水非常有限，一般選用船舶中央冷卻器的冷卻水，考慮到設備布置和管道位置，可能會對中央冷卻器的排出水造成一定背壓，可能會影響船舶冷卻系統的冷卻效果，所以進行生產設計時要不斷優化管道布局。

2.3 增設擴散器

為了加速洗滌水排舷外后跟海水的混合，運用流體力學軟件的模擬計算和積累的大量數據仿真計算表明，通過在舷外管內部增設特殊結構的擴散器，改變洗滌水排出舷外后的流向，可以大大提高洗滌水與海水的混合效率;同時由于船舶航行過程中，會不斷有新鮮的海水參與跟排出洗滌水的混合，可以一直保持這種高效的混合效果。但是如果不合理的擴散器機構可能導致洗滌水排出不暢，管道背壓增高，甚至會導致洗滌水倒灌，嚴重時可能導致洗滌水倒灌入發動機排氣煙管，損壞發動機，造成重大的安全事故，所以進行擴散器結構設計時一定要反復進行流體力學模擬和仿真計算。常見的擴散器類型如圖4所示。

2.4 加注堿性物質

向排放洗滌水中加注堿性物質進行中和一般用于閉式系統中，通過酸堿中和提高排放洗滌水的PH值，也能滿足法規的要求，但是由于開始系統洗滌水量大，導致堿性物質消耗量大，是一種易耗品，盡管單價不高，但由于耗量大，所需的存儲空間和附屬保溫設備都較復雜，目前實際裝船應用很少。

3? 結論

近年來，隨著交付的船舶內燃機尾氣脫硫系統實船項目越來越多，各廠家的產品設計技術、工程化技術，設計院的詳細設計和生產技術都已經基本趨于成熟，同時船廠也積累了豐富的安裝和施工經驗，這些軟件和硬件實力的提升都為脫硫系統的排放符合性提供了保障;為了取得更好的洗滌水排放路徑和排出后跟海水的擴散混合效果，各設計院都會根據各船舶船體結構和內部管道特點設計合理的洗滌水排放路徑，同時通過以上幾種措施的組合，最終滿足法規的要求，其中關鍵點是擴散器的結構和排出口的角度對最終效果影響較大。

參考文獻：

[1]MEPC 259（68）? 2015 GUIDELINES FOR EXHAUST GAS CLEANNING SYSTEMS，May 15，2015.

[2]Wash water discharge analysis forTexas city vessel， April 25， 2019.

[3]李相軍.海水脫硫技術的優化研究[D].山東：山東大學，2007.

[4]周松，肖友洪，朱元清.內燃機排放與污染控制[M].北京航空航天大學出版社，2010.