中船澄西新荣船舶有限公司 江苏泰州 214513
摘要：海水脱硫是海洋工业生态化建设的重要内容，实现海水脱硫工艺在船舶中的规范应用，能够实现船舶废弃硫化物的有效处理。本文在阐述海水脱硫工艺应用必要性的同时，对其在船舶中的应用进行分析，并指出具体的应用要点。期望有利于海水脱硫工艺应用的规范，继而在提升船舶废弃硫化物处理质量的同时，实现海洋工业的生态化和可持续发展。
关键词：海水脱硫；船舶硫化物；生态化
中图分类号：X736.3文献标识码：A
1.海水脱硫工艺应用的必要性
随着海洋产业的不断发展，船舶总吨位获得了急剧增长，且总数量持续增加。据统计，当前世界贸易运输中，超过80%以上的货物通过船舶进行运输。而在船舶应用中，柴油机是其主要的动力装置，为确保较高吨位船舶运输需求的满足，以低质高硫分燃油为主要形态的重质油在船舶中得以广泛应用。从油料燃烧过程来看，这些重质油会排放大量的硫化物、氮氧化物、碳氧化物，这些废弃污染物的年排放量已经超过了900万吨，占到全球污染物总量的10%，并且处于持续增长过程中。这对于港口、海峡和一些航线密集区域造成了严重的污染。
2.海水脱硫工艺在船舶中的应用
2.1海水脱硫工艺的应用原理
进行海水碱度值控制，实现烟气中二氧化硫脱除是海水脱硫工艺应用的基本要求。具体而言，天然海水中的PH值一般会保持在7.8~8.5，对其进行化学成分分析可知，海水碱度值约为2.2~2.7mmol/L，并且其中含有一定成分的可溶性酸碱盐。这种天然的酸碱缓冲能力为海水脱硫工艺应用奠定了基础。具体而言，海水脱硫工艺应用中，海水会在脱硫塔中吸收烟气中的二氧化硫，净化后的烟气会在经过除雾器后进行排放。吸收了硫氧化物的海水（洗涤水）直接排放到大海。此时，洗涤水和船外的海水会进行混合，使得SO32-被氧化成为稳定的SO42-。
2.2海水脱硫工艺的应用流程
海水脱硫工艺应用中，船用主柴油机排出废气，废气锅炉系统会进行余热的充分吸收，使其废气温度降到大概225℃，然后汇总到废气总管；船用发电机排出的废气经过消音器后汇总到废气总管，其烟气温度大概在335℃。废气总管将所有废气引到脱硫塔废气进口管段，废气被雾化的海水降温，并初步脱硫和洗去颗粒物，然后废气和洗涤水到达脱硫塔底部，此时废气上升并在反应床处充分脱硫后，排入大气；同时，脱硫塔排出的海水会排入大海。在海水吸入管和洗涤水排出管分别连接水质检测仪，用以检测海水和洗涤水的PH值、浑浊度和多环芳香烃含量。如图1所示。
2.3海水脱硫工艺的应用形态
低硫燃料的成本较高，容易对船舶运输的经济效益造成影响；而且在应用过程中，容易对供油系统、油泵和喷油器造成影响，导致柴油器燃烧性能稳定性降低，故而在大型船舶的远程运输中应用较少。在海水酸碱缓冲能力应用的基础上，实现了废气中二氧化硫的有效吸收，并且确保了废气净化的效率。从应用过程来看，海水脱硫工艺将海水作为吸收剂，这使得整个工艺的应用会受到地域的一定影响。具体而言，在不同的海域，其海水的碱性度会存在差异，这导致了酸碱缓冲能力的限制，影响了高浓度烟气的脱硫效果。
按MEPC.259(68)规定，海水碱度值2.2mmol/L为脱硫系统设计标准，这意味着海水碱度值大于等于2.2mmol/L的海域都适合船舶海水脱硫系统的使用。与其它处理工艺相比，海水作为吸收剂的应用使得净化处理过程中，反应原材料较为广泛，并且从处理结果来看，硫酸盐是其主要的副产物，二次污染较小。现阶段，燃烧后海水脱硫工艺的脱硫效率达到了90%以上，并且工艺简单、成本低廉，其充分满足了IMO以及相关国家法规的要求，既减少了空气污染，又尽量减少了对海洋环境的影响。
3.海水脱硫工艺在船舶中的应用要点
3.1注重烟气的预降温
海水脱硫工艺应用中，若压力条件一定，则二氧化硫在水中的溶解度会随着温度的降低而增大。船舶柴油机废气污染物处理中，要确保海水脱硫工艺应用的规范，注重海水降温系统的规范设计。具体而言，在海水降温系统建设下，脱硫塔废气进口端设置海水喷嘴，雾化的海水用于降低含硫烟气的温度，并使得其温度控制在100℃以内，确保了脱硫塔应用效率的提升。海水降温系统应用中，为确保设备运行的稳定，并实现含硫烟气的有效降温，故而需要对船舶烟气预降温系统的进出口温度进行严格规范。
通常情况下，烟气预降温系统的出口温度设置以进口海水温度为基础，且应当保持温差在50~70℃。需要注意的是，一旦温度过高，则烟气的冷却效果会受到影响，而当温度过低时，则会因为海水流量的增大而增加设备功耗。若脱硫设备的功耗增大超过某个临界值，需要增大运行发电机的功率，同时增加全船的燃油消耗，然后会产生更多的废气量。需要尽量避免这种情况的发生。
3.2脱硫塔的选择应用
实践过程中，确保其对柴油机排气阻力的高效控制是脱硫塔应用的关键所在。一般情况下，阻力较小、操作方便、运行可靠是脱硫塔及塔内件布置的基本要求。现阶段，海水喷淋式脱硫塔的塔内构件较少，这使得其结构总量较低，而且具有运行维修方便、脱硫成本低廉的特征，故而其在船舶中的应用较为普遍。
脱硫塔应用过程中，应确保烟气流速保持在2.2~3.0m/s，可以实现脱硫塔性价比的有效提升。然而在当前实践中，大型船舶的燃气排量较大，且速度较高；通常情况下，常规烟道内，其烟气排放的流速可达到10~15m/s；因此为确保脱硫塔应用的规范，提升海水脱硫处理质量，还应对船舶的烟道系统进行设计，确保塔内截面积保持在排烟管道的4~6倍，实现船舱环境的有效控制。
3.3喷嘴的有效选择
将海水分散成细小的液滴，增加废气与海水的接触面积是喷嘴应用的主要目的。现阶段，切向喷嘴、轴向喷嘴和螺旋形喷嘴是工业海水脱硫工艺中喷嘴应用的主要形式（见表1）。实践过程中，船舶管理人员应根据船舶废气的具体容量，然后针对性的进行脱硫塔规格设计和喷嘴形式选择，确保海水脱硫工艺应用的规范。
3.4反应床填料的选择
海水在脱硫塔内吸收硫化物后PH值降低，呈酸性，对反应床填料的材质有防腐蚀要求。目前使用较多的反应床的材质为不锈钢和塑料，前期以不锈钢材质为主，随着越来越多船级社的许可，价格低廉的塑料慢慢使用多起来。
填料性能的优劣常根据效率、通过量及压降3要素衡量。相同条件下，比表面积愈大，气液分布愈均匀，表面湿润性能愈优良，传质效率愈高；空隙率愈大，压降也愈低。归纳为丝网波纹填料综合性能最好，拉西环型式最差。
4.结语
海水脱硫工艺对于海洋产业的绿色发展具有深刻影响。实践过程中，设计人员只有充分认识到海水脱硫工艺应用的必要性，并在工艺原理、工艺流程、技术类型和控制要点掌控的基础上，实现海水脱硫工艺在船舶上的规范应用，才能确保海水脱硫工艺应用的规范，继而在提升船舶废弃硫化物处理质量的同时，实现海洋工业的生态化和可持续发展。
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论文作者:陈志华
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第07期
论文发表时间:2019/9/3
标签：海水论文; 船舶论文; 废气论文; 工艺论文; 烟气论文; 喷嘴论文; 硫化物论文; 《科学与技术》2019年第07期论文;