陳春峰

（浙江天地環(huán)保科技股份有限公司，杭州 311121）

0 引言

隨著海上環(huán)境保護(hù)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?qū)嵭写叭加?.5%含硫上限的規(guī)定也被確定，且除之前劃設(shè)的實(shí)行燃油0.1%的含硫限制的4大排放控制區(qū)，歐盟其他海域以及包括中國在內(nèi)的亞洲海域也在逐步增設(shè)硫排放控制區(qū)，使硫排放最終降至0.1%的標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，2020年3月1日起將禁止船舶攜帶以燃燒為目的的不合規(guī)燃油（船舶安裝洗滌裝置除外）。

如何應(yīng)對日益嚴(yán)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(jī)或者安裝船舶尾氣脫硫設(shè)備3種應(yīng)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(shù)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(jì)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(gè)基本理論依據(jù)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(huán)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(shù)的原理為SO2和水反應(yīng)生成亞硫酸，化學(xué)方程式為

SO2＋H2O→H2SO3→H＋＋HSO3?

HSO3?→H＋＋SO32?

SO32?＋1/2O2?→SO42

上述反應(yīng)為吸收和氧化的過程，海水吸收煙氣中氣態(tài)的SO2生成H2SO3，H2SO3不穩(wěn)定，將分解成H＋和HSO3?；HSO32不穩(wěn)定，將繼續(xù)分解成H＋和SO32?。SO32?與水中的溶解氧結(jié)合可化成SO42。

2 煙氣海水脫硫技術(shù)工藝介紹

原煙氣從船舶主機(jī)、輔機(jī)上引出，通過混合后進(jìn)入煙氣洗滌塔脫硫凈化，經(jīng)除霧器除去液滴后，通過煙囪排入大氣。在主機(jī)、燃油鍋爐和每臺輔機(jī)煙道上設(shè)置旁路擋板門，當(dāng)洗滌塔緊急停運(yùn)時(shí)，煙氣走旁路煙道排入大氣。

如圖1所示，煙氣海水脫硫系統(tǒng)主要由煙氣洗滌塔、循環(huán)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(huán)泵至煙氣洗滌塔噴淋層吸收煙氣中的SO2，經(jīng)常分析儀表測量處理前、后海水的pH差、濁度差，如滿足設(shè)計(jì)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(shè)備配置及選型介紹

海水脫硫系統(tǒng)儀表有用于煙氣外排監(jiān)測的SO2/CO2煙氣分析系統(tǒng)、用于監(jiān)測海水的PH、多環(huán)芳烴（PAHs）、濁度的水質(zhì)分析儀表[3]及常規(guī)的液位、溫度、壓力和流量等過程控制儀表?；诤Ｋ摿蛳到y(tǒng)的特點(diǎn)（晃動、腐蝕），結(jié)合系統(tǒng)需要和使用的條件，儀表選型均選用具有類似工況使用經(jīng)驗(yàn)的產(chǎn)品，并考慮經(jīng)濟(jì)可靠性、安全性和先進(jìn)性。與介質(zhì)接觸的儀表部件采用適合于工作環(huán)境的材質(zhì)。所有顯示儀表刻度單位應(yīng)符合國際單位制工程計(jì)量單位。

1）SO2/CO2煙氣分析系統(tǒng)

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

2）PH、多環(huán)芳烴（PAHs）、濁度的水質(zhì)分析儀表[4-5]

用于船舶海水脫硫PH、多環(huán)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(tǒng)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(guān)，與介質(zhì)接觸的部件采用C276材質(zhì)，保證不應(yīng)海水沖刷引起磨損、腐蝕情況出現(xiàn)。

4）溫度儀表

海水脫硫系統(tǒng)中最主要的溫度測量為預(yù)噴淋前后煙氣溫度測量[6]，根據(jù)預(yù)噴淋前后溫度來判斷預(yù)噴淋是否正常運(yùn)行。遠(yuǎn)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(zhì)接觸的部件采用C276材質(zhì)，并采用了適合高溫環(huán)境的柔性石墨作為密封墊片。

5）壓力儀表

海水脫硫系統(tǒng)中壓力測量儀表的設(shè)置最主要以監(jiān)測為主，不參與控制。壓力變送器采用進(jìn)口智能式變送器。壓力表采用隔膜式不銹鋼壓力表，與介質(zhì)接觸的部件采用C276材質(zhì)?？紤]到船舶的特點(diǎn)，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(fēng)測量采用普通壓力變送器。

6）流量測量

通過設(shè)置的海水流量計(jì)來核實(shí)洗滌塔循環(huán)泵所提供的海水量。海水流量測量采用電磁流量計(jì)，電極材質(zhì)選用C276及以上。

7）執(zhí)行機(jī)構(gòu)

海水脫硫系統(tǒng)中執(zhí)行機(jī)構(gòu)分布在除霧器沖洗水層，正常一般配置電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

4 主要控制回路

4.1 控制回路總體設(shè)計(jì)思路

在進(jìn)行船舶煙氣海水脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮以下2個(gè)方面：

1）煙氣外排參數(shù)到達(dá)船級社相關(guān)要求。2）洗滌液外排要達(dá)到船級社相關(guān)要求。

為達(dá)到以上目的，系統(tǒng)的控制方式是：通過調(diào)節(jié)洗滌塔循環(huán)泵的頻率，調(diào)節(jié)洗滌水流量控制煙氣外排和洗滌液外排滿足船級社相關(guān)要求。由此，系統(tǒng)組態(tài)邏輯主要是洗滌塔循環(huán)泵調(diào)節(jié)回路的設(shè)計(jì)。

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(yùn)行。當(dāng)海水噴入洗滌器時(shí)，廢氣被清洗，SO2濃度降低?？刂茀?shù)為SO2/CO2比值，滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。SO2/CO2比值控制器自動調(diào)節(jié)循環(huán)泵頻率。洗滌塔循環(huán)泵VFD自動控制系統(tǒng)見圖2。

圖2 洗滌塔循環(huán)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(huán)芳烴（PAHs）及濁度開始升高。

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

5 結(jié)論

隨著船舶硫排放要求的提高，船舶脫硫技術(shù)會越來越普及。通過進(jìn)一步分析大型船舶煙氣海水脫硫技術(shù)；對海水脫硫技術(shù)中儀表使用環(huán)境，材質(zhì)選擇等方面的分析；對控制回路需實(shí)現(xiàn)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(diǎn)的海水脫硫技術(shù)、儀表及控制方式。