煙氣海水脫硫技術在大型船舶中的應用

陳春峰

（浙江天地環保科技股份有限公司，杭州 311121）

0 引言

隨著海上環境保護委員會（ Marine Environmental Protection Committee，MEPC）第70次會議在倫敦通過決議，2020年在全球海域實行船舶燃油0.5%含硫上限的規定也被確定，且除之前劃設的實行燃油0.1%的含硫限制的4大排放控制區，歐盟其他海域以及包括中國在內的亞洲海域也在逐步增設硫排放控制區，使硫排放最終降至0.1%的標準。與此同時，2020年3月1日起將禁止船舶攜帶以燃燒為目的的不合規燃油（船舶安裝洗滌裝置除外）。

如何應對日益嚴格的船舶硫排放，船東通常采取使用低硫油或更換雙燃料主機或者安裝船舶尾氣脫硫設備3種應對措施[1]。MEPC的最新決議，促使越來越多的船東公司選擇加裝用于煙氣脫硫的船舶尾氣洗滌器。

1 煙氣海水脫硫技術原理

海水煙氣脫硫是利用海水的堿性吸收煙氣中的SO2[2]。海水中的主要成分是氯化物、硫酸鹽和一部分可溶性碳酸鹽，以重碳酸鹽（HCO3）來計算，自然堿度約為1.2 mmol/L～2.5 mmol/L，這使得海水具有天然的酸堿緩沖能力及吸收SO2的能力。海水脫硫的一個基本理論依據就是自然界的硫大部分存在于海洋中，硫酸鹽是海水的主要成分之一，環境中的SO2絕大部分最終以硫酸鹽的形式排入大海。

煙氣海水脫硫技術的原理為SO2和水反應生成亞硫酸，化學方程式為

SO2＋H2O→H2SO3→H＋＋HSO3?

HSO3?→H＋＋SO32?

SO32?＋1/2O2?→SO42

上述反應為吸收和氧化的過程，海水吸收煙氣中氣態的SO2生成H2SO3，H2SO3不穩定，將分解成H＋和HSO3?；HSO32不穩定，將繼續分解成H＋和SO32?。SO32?與水中的溶解氧結合可化成SO42。

2 煙氣海水脫硫技術工藝介紹

原煙氣從船舶主機、輔機上引出，通過混合后進入煙氣洗滌塔脫硫凈化，經除霧器除去液滴后，通過煙囪排入大氣。在主機、燃油鍋爐和每臺輔機煙道上設置旁路擋板門，當洗滌塔緊急停運時，煙氣走旁路煙道排入大氣。

如圖1所示，煙氣海水脫硫系統主要由煙氣洗滌塔、循環泵和除霧器沖洗水泵等組成。海水從海底門引入，通過變頻循環泵至煙氣洗滌塔噴淋層吸收煙氣中的SO2，經常分析儀表測量處理前、后海水的pH差、濁度差，如滿足設計要求，則可通過弦外排放閥排入大海。

圖1 海水脫硫工藝流程圖

3 熱控設備配置及選型介紹

海水脫硫系統儀表有用于煙氣外排監測的SO2/CO2煙氣分析系統、用于監測海水的PH、多環芳烴（PAHs）、濁度的水質分析儀表[3]及常規的液位、溫度、壓力和流量等過程控制儀表。基于海水脫硫系統的特點（晃動、腐蝕），結合系統需要和使用的條件，儀表選型均選用具有類似工況使用經驗的產品，并考慮經濟可靠性、安全性和先進性。與介質接觸的儀表部件采用適合于工作環境的材質。所有顯示儀表刻度單位應符合國際單位制工程計量單位。

1）SO2/CO2煙氣分析系統

用于船舶海水脫硫煙氣分析系統，首先需有考慮廠家所供的設備是否有船級社認證，其次要考慮它的維護性和測量精度。

2）PH、多環芳烴（PAHs）、濁度的水質分析儀表[4-5]

用于船舶海水脫硫PH、多環芳烴（PAHs）、濁度測量一般采用抽取測量，由廠家成套提供取樣泵、切換閥及測量儀表。

3）液位儀表

海水脫硫系統中對于液位測量主要為洗滌塔液位的測量，主要考慮的是洗滌塔液位過高、洗滌塔外排管路有堵塞，一般選用電容是液位開關，與介質接觸的部件采用C276材質，保證不應海水沖刷引起磨損、腐蝕情況出現。

4）溫度儀表

海水脫硫系統中最主要的溫度測量為預噴淋前后煙氣溫度測量[6]，根據預噴淋前后溫度來判斷預噴淋是否正常運行。遠傳溫度測量選擇雙支熱電阻（PT100），并配置溫度變送器。為保證密封性，連接方式采用法蘭式，與介質接觸的部件采用C276材質，并采用了適合高溫環境的柔性石墨作為密封墊片。

5）壓力儀表

海水脫硫系統中壓力測量儀表的設置最主要以監測為主，不參與控制。壓力變送器采用進口智能式變送器。壓力表采用隔膜式不銹鋼壓力表，與介質接觸的部件采用C276材質?？紤]到船舶的特點，海水壓力測量采用法蘭式隔膜壓力變送器，煙氣、壓縮空氣及密封風測量采用普通壓力變送器。

6）流量測量

通過設置的海水流量計來核實洗滌塔循環泵所提供的海水量。海水流量測量采用電磁流量計，電極材質選用C276及以上。

7）執行機構

海水脫硫系統中執行機構分布在除霧器沖洗水層，正常一般配置電動執行機構。

4 主要控制回路

4.1 控制回路總體設計思路

在進行船舶煙氣海水脫硫系統設計時，主要考慮以下2個方面：

1）煙氣外排參數到達船級社相關要求。2）洗滌液外排要達到船級社相關要求。

為達到以上目的，系統的控制方式是：通過調節洗滌塔循環泵的頻率，調節洗滌水流量控制煙氣外排和洗滌液外排滿足船級社相關要求。由此，系統組態邏輯主要是洗滌塔循環泵調節回路的設計。

4.2 SO2/CO2 的比值控制

煙氣外排濃度控制，CO2/SO2比例控制投入運行。當海水噴入洗滌器時，廢氣被清洗，SO2濃度降低?？刂茀禐镾O2/CO2比值，滿足標準規定。SO2/CO2比值控制器自動調節循環泵頻率。洗滌塔循環泵VFD自動控制系統見圖2。

圖2 洗滌塔循環泵VFD 自動控制

4.3 PAH 差值、濁度差值控制

洗滌液外排自動控制，SO2被洗滌液吸收，洗滌液的pH開始下降，而多環芳烴（PAHs）及濁度開始升高。

若多環芳烴（PAHs）差值或者濁度差值高于設定值，那么煙氣洗滌塔循環泵將自動提高泵的流量從而維持外排洗滌液的多環芳烴（PAHs）差值、濁度差值低于設定值，且此時循環泵不受外排SO2濃度的控制，一旦洗滌液的多環芳烴（PAHs）差值或者濁度差值低于設定值，則循環泵又恢復至VFD自動控制。

5 結論

隨著船舶硫排放要求的提高，船舶脫硫技術會越來越普及。通過進一步分析大型船舶煙氣海水脫硫技術；對海水脫硫技術中儀表使用環境，材質選擇等方面的分析；對控制回路需實現功能的需求分析，選擇合適的控制回路；選擇合適大型船舶特點的海水脫硫技術、儀表及控制方式。