船舶脱硫塔系统浅析

单兴鹏

（大连中远海运重工有限公司，辽宁大连 116113）

0 引言

按照 MARPOL公约的要求[1]，在排放控制区内，船舶燃油含硫量在2015年1月1日以后，不得超过0.1% m/m；2015年1月1日以后在除排放控制区之外的所有欧洲海域，船舶燃油含硫量不得超过0.5%，从2020年1月1日起进一步降至0.1% m/m；全球海域 2020年后行驶船舶“硫排放限值”不得超过0.5% m/m。在MPEC第58次会议上[2]，废气处理系统（脱硫设备等）被允许用来减少船上的硫化物排放。

目前主要有3种方式可以解决船舶脱硫问题：

1）使用低硫油。低硫油与重油之间的高额差价必将使船东不堪重负。

2）采用LNG燃料代替燃油。LNG设备及配套系统价格昂贵，世界范围内港口加注设施也普遍不完善。

3）加装船舶脱硫设备。安装后一劳永逸可正常使用重油，一年左右即可收回成本，且安全可靠并无后顾之忧。

综合比较而言，加装船舶脱硫设备（图 1）是船东履约的最佳选择。

1 脱硫塔系统简介

脱硫塔是一种被设计用水清洗主辅机废气来清除其中硫化物的系统。如今市场上有许多不同的设计，主要分为两大类，开环式和闭环式。脱硫塔系统的耗电量通常占到主机能量的1%～2%。

2 脱硫塔系统分类与研究

2.1 工作原理

脱硫塔的工作原理取决于脱硫塔的类型。通常来说，脱硫塔可以被分为以下类型（图2）。

图1 脱硫塔实物照片

图2 脱硫塔分类

船舶上考虑海水使用的便利性，主要采用湿式的脱硫塔。

1）开环式脱硫塔

开环式脱硫塔（图3）使用海水来清洗废气，海水中天然的化学物质将废气中的硫化物溶液中和以达到脱硫的目的，清洗用的水经简单处理随后排放到海里。开环式脱硫塔是目前一般使用较为广泛的系统。

图3 开环式脱硫塔

2）闭环式脱硫塔

开闭环式脱硫塔（图4）使用封闭的循环清洁水。这些水会用一些碱性物质的水进行处理，例如烧碱中和剂。清洗水会被重新循环利用，损失的部分添加新的淡水。少量的清洗水会被送到污水处理系统中处理再被排放到大海中。通过这个系统，也可以设计出一个储存柜来实现真正的零排放。

3）混合式脱硫塔

混合式脱硫塔（图5），如其名字，是一个各种系统的总合。这个名字被定义为一种既有开环又有闭环的系统，能够使操作者在低浓度碱和高浓度碱的区域灵活转换。混合式系列也包括一些其他产品，比如，开环式系统在清洁水中加入一定的烧碱使排放液体的碱度达到适合的水平。

图4 闭环式脱硫塔

图5 混合式脱硫塔

2.2 选择合适的脱硫塔

如何选择一种合适的脱硫塔，通常来说，没有哪一种完全比另一种好，只要去寻找一个有着确定货物的严格的供应商，这就仅仅是看哪种系统是最适合你的船型。到最后都可以归结为碱度和运营路线的问题。

碱度用来描述清洁水缓冲酸性的程度，而且在某种程度上在所有的自然水中都存在。在洗涤过程中，碱性被用来缓冲硫化物并将它们溶解到清洁水中。碱会帮助中和硫化物并保持PH值在一个较高的水平。

在开放的海域，海水碱值普遍偏高，所以海水可以被用在脱硫塔系统中。开环式脱硫塔正是这样做的。然而，世界上也有一些区域碱度值太低以至于不能被脱硫塔利用。这些区域包括，美国五大湖地区、圣彼得堡港、密西西比河等。如果船舶一直在这些地方运营，一个闭环式脱硫系统将会是最好的选择，因为它使用烧碱来中和清洁水中的酸性。

因此，系统中的碱值取决于船舶行驶区域的水质。如果一艘船经常在高碱度水域运营，但偶尔也会去一些低碱度水域，那么选择一个混合式脱硫塔更合适，因为混合式系统可以根据操作需要在开环式和闭环式系统间转换。

成本也是考虑不同系统优缺点的一个重要因素。考虑到资金成本、运营成本还有平时的可操作性，可能也会有一些其他原因去选择一些特殊的脱硫塔，不仅仅只是因为海水碱度和船舶的航线。比如，如果一条船在高碱度水域运营，但是水深较浅且含沙量较高，那么船东将会考虑安装一个闭环式系统或者混合式系统。这是因为如果采用开环式系统，那么沙就会进入系统损坏设备，尤其是水处理器。这将增加一笔很大的维修费用。另一个需要考虑的是水进入系统的量，因为脱硫塔系统中的水泵通常耗能非常高。

开环系统的用水量明显要比闭环系统多，因此它的耗能也比较高。然而在闭环系统中，所消耗的碱性试剂也是一项成本支出。系统中设备的数量自然也会影响投资成本。开环系统在这方面看起来会比较好，因为它的系统最简单。

2.3 实船实例和设计要点

以大连中远海运重工改造的“PB SHARP ISLAND”号为例，采用开环式脱硫塔，相关的系统示例如图6所示。

图6 脱硫塔系统实例[3]

如上系统有独立海水吸入管路，配置2台脱硫塔海水泵（一用一备），脱硫塔布置在船舶的烟囱区域，以保证海水进入脱硫塔压力在约0.2 MPa左右，使海水与烟气充分混合。同时，使脱硫塔的排出管路倾斜向下，保证排舷外顺畅。海水与烟气混合会具有腐蚀性，所以排舷外的海水管路需要采用耐腐蚀性的管材，本项目采用玻璃钢管和双相不锈钢管。

功能实现：脱硫塔需要检测几个重要指标，以满足相关规范和船级社的要求[3]，包括：1）烟气的SOX物；2）排舷外海水的酸碱度；3）排舷外海水的浊度；4）排舷外海水的多环芳烃含量。所有的系统配置都需要满足这些重要指标。不同厂家对于系统的配置稍有不同，但实现的目标相同。

3 结论

综上，通过对脱硫塔系统研究，结合在建项目的实践应用，综合考虑脱硫塔分类和实际选型，已基本掌握了脱硫塔的技术，为承接脱硫塔新造项目做好了充分的技术储备，同时也为其他类似产品的设计和建造提供宝贵的经验。