船用柴油机废气脱硫技术
船用柴油机废气脱硫技术
烟气 中 Ｓ Ｏ２与 海 水 反 应 生 成 Ｓ Ｏ３ ： Ｓ Ｏ２ ＋ Ｈ２ ｏ一
２ Ｈ ＋ ＳＯ３ 一
日期
全 球上 限
日期
Ｓ Ｅ Ｃ Ａ控 制 区
生成 的 Ｈ 与 海 水 中 的 碳 酸 根 离 子 反 应 ：Ｈ ＋ ＨＣ Ｏ３ － 一
ＣＯ ２ ＋Ｈ ２ ｏ
摘
要 ：国际海事组织对于船用柴油机排放 Ｓ Ｏ 日益严格 的规 范 ，文 中总结 了 目前 国内外各主要烟气脱硫技术 ，对
其 原 理 、 工 艺 流 程 、 设备 构造 及效 果进 行 分 析 比较 ，并对 其在 船 用 柴 油机 硫 化 物 排 放 控 制 上 应 用 的可 行 性 及 优 缺 点
组织对 Ｓ Ｏ 的排 放 控 制 越 来 越 严 格 。
烟 气 脱 硫 技 术 在 火 电厂 的应 用技 术 比 较 成 熟 ，对 柴 油 机
硫化物排放后处理还处于试验 阶段 ，考虑到船上可利用空 间 小、淡水资源缺少 、烟气温 度高 （ ＞ ２ ０ ０ ￣ Ｃ） 、无法使用较大
体 积 的除 尘 设 备 、 无 法 大 量 存 储 耗 材 和 副产 物 等 限 定 条 件 ， 船 用 烟 气 脱 硫 不 同于 一 般 工 业 烟 气 脱 硫 ，而 具 有 其 自身 鲜 明 的特 点 。在 综 合 比较 各 脱 硫 技 术 和考 虑船 舶 自身 特 点 的基 础 上 ，本 文 主 要 认 为 以 下 两种 方法 在 船 舶 上较 为 可 行 ：
其燃 油含硫量不得超过 ０ ． １ ％的最高 限制 。因此，控制 船机
Ｓ Ｏ 排放势在必行 。
二 、 船 用 柴 油 机烟 气脱 硫 技 术
水生物都会造成破坏 。Ｓ Ｏ 作为船用柴油机 的主 要有害排放 物之一 ，随着 国际船舶事业的飞速发展 ，据统计 ，以柴油机 为动力 的船舶每年 向大气排放硫化物约 ６ ０ ０万 ｔ ，国际海事
船舶废气脱硫系统设计要点分析
船舶废气脱硫系统设计要点分析摘要：国际海事组织已经在2021年初，开始在除了ECA之外的全球海域内强制推行船舶燃油含量的限制法令。
其中船舶废气脱硫技术是船舶排放控制发展的一个有效举措，世界各航运大国均在大力的开发和研究船舶废气脱硫系统的设计和技术运用。
相关调查数据显示，目前已经有将近2000艘船舶已经确认安装了废气脱硫系统。
随着今后限硫令的逐步推行和深入，将会有更多的船舶增设废气脱硫系统。
本文分析船舶废气脱硫系统设计要点及相关内容，重点对船舶废气脱硫系统设计要点展开分析。
关键词：船舶；废气脱硫系统；设计要点；分析总的来说，船舶废气脱硫系统的设计及应用具有现实意义，一方面设计和使用脱硫系统满足大部分船东的日常运行需求；同时，在节能减排以及废气排放备受重视的当下，做好船舶废气脱硫工作，注重船舶废气脱硫系统的设计，可以良好的解决目前废气中硫排放的关键问题，也能有效应对因为采用低硫油所引起船舶运营成本大幅增加的问题。
1.船舶废气脱硫技术概述船舶废气脱硫技术作为一种有效的技术被船东们广泛地应用到船舶的日常运行管理中。
该技术主要包括干式和湿式两个系统。
其中船舶干式废气脱硫技术使颗粒，把其作为吸收材料，可以良好的吸收废气中的SOx。
此外，为了保用CaOH2证脱硫的效果，在使用干式脱硫方法时，还需定期地更换新材料[1]。
又因为船舶内部的空间范围有限，吸收塔的尺寸很大，相应增加了设备的安装难度。
所以，在实际安装环节，还需安排专业人员进行安装。
湿式脱硫技术主要包括三种不同方式，其一是开式船舶废气脱硫系统，其二是闭式船舶废气脱硫系统，其三是混合式船舶废气脱硫系统，具体选择，还要结合实际需求和预期目标来选择和使用。
2.船舶废气脱硫系统的安装设计分析2.1系统的布置船舶废气脱硫系统中常见的一个设备是洗涤塔设备，该设备常设计在船舶烟囱内，针对循环柜与处理和加药单元进行设计，同时还需依据船舶现实情况来分析，综合考虑各个因素之后进行设计。
船舶废气脱硫脱硝工艺探究
闭式系统：指采用碱液对废气进行清洗脱硫，完成脱硫后的洗涤水经补充碱液后循环进行废气清洗的系统。
混合系统：即将开式和闭式组合起来的系统，在不同海域/水域航行时可根据需要选择运行开式或闭式系统，比如在公海航行时可选择开式系统运行，而在洗涤水排放限制区域或淡水水域航行/停泊时，可选择闭式系统运行。
在具体脱硫技术应用中，海水脱硫和碱液洗涤脱硫是两种主要的应用形态。
2.1.2 海水脱硫海水脱硫法系统装置包含了烟气系统、供排海水系统、SO 2吸收系统。
在实际处理中，海水具有极强的酸碱缓冲能力和强中和酸性气体能力，在废气处理中，海水脱硫以天然海水作为基础反应物，可有效去除烟气中的SO 2。
2.1.3 强碱法脱硫强碱法脱硫在当前船舶废气脱硫中也有深入应用。
与海水脱硫所不同的是，海水法脱硫用于开式系统，而强碱法脱硫用于闭式系统。
在强碱法应用中，注重额外增加碱液供给，这样能确保洗涤液保持在一定的碱度范围内，氢氧化钠溶液、氢氧化镁等都是较为主要的碱性脱硫剂。
具体应用原理如下：SO 2+2NaOH =Na 2SO 3+H 2O ，Na 2SO 3+SO 2+H 2O =NaHSO 3NaHSO 3+NaOH =Na 2SO 3+H 2O 2Na2SO 3+O 2=2Na2SO 4强碱法脱硫与海水脱硫工艺基本相同。
在实际脱硫处理中，含有硫氧化物的烟气会从脱硫塔底部向上经过，而多层喷淋循环液会从上而下经过，两者逆流充分接触混合，在这一过程中，烟气中的硫氧化物被海水吸收，剩余烟气在经过除雾器作用后，完成脱硫排放。
而就脱硫后的循环液而言，只有极少的一部分会被排放到海水中进行淡化处理，其余循环液会在循环泵的支撑下，再次循环到脱硫塔顶进行喷淋。
循环液每循环都会发生溶解作用，并生成大量的HSO 3-和SO 32-；这使得循环液pH 值降至2.7～3.5，影响了实际的脱硫效率。
基于此，在该脱硫过程中配置循环箱，一方面，起到补充海水的作用，另一方面，在通过管路中补充氢氧化钠溶液或氢氧化镁浆液等碱液，提升整体脱硫效率。
船用柴油机废气综合脱硫脱硝技术-严志军
能耗高； 设备造价高；
液相氧化技术
有利于实现同时脱硫脱硝； 工艺简单； 船舶适用性高；
需要随船存储或制备氧化剂；
废液需处理；
KMnO4、NaClO2、H2O2、O3和ClO2（二氧化氯）
【废气同时脱硫脱硝技术】
(1) 低硫燃油+SCR
(6) 湿法洗涤
解决NO在水 中的溶解度低
(5) SCR+湿法洗涤
a) 不同海水盐度psu条件下有效氯浓度随电解时间的变化；b) 有效氯生 成速率随海水盐度的变化
海水盐度对电解电流效率的影响 海水盐度较小，电流效率随着盐度增加而显著升高。
不同海水盐度条件下电解电流效率随电解时间的变化
阳极IrO2-RuO2/Ti，阴极Ti，电极间距20 mm，电流密度150 mA/cm2，模拟海水 pH 8.2，温度20 ℃
烟气的流量是1.5 L/min，其中NO的 初始浓度为1340 mg/m3。
不锈钢喷嘴（B1/4TTSS+TG-SS0.4，美国斯 普瑞公司）
烟气分析仪（MGA5，
德国MRU公司）对O2、 NO、NO2等测试
采用碘量法对电解海水中ρ （有效氯）浓度进行标定。
（高度为25 cm，内径为 5 cm）
蠕动泵加压喷淋，流量 约为0.3 L/min。
日本的Sukheon等人最初提出采用电解海水方法对船舶柴 油机废气进行脱硫脱硝。反应原理：阳极获得酸性氧化溶 液，可用于氧化NO；阴极获得碱性溶液，可用于湿法吸 收SOx、NOx。
2010年，新加坡ECOSPEC公司船舶废气综合处理系统 CSNOx，反应原理：基于电解技术和电磁波强化技术，可 以通过还原反应脱除柴油机废气中的SOx、NOx和CO2。 结果表明脱硫率为99%，NOx脱除率为66%，CO2脱除率 为77%。
船舶废气处理中海水脱硫技术的应用
船舶废气处理中海水脱硫技术的应用摘要：由于船舶运输载货量大，总体运输成本低等突出优点，海运成为国际贸易中的重要运输手段。
由于船舶燃用劣质燃油，船舶废气排放对环境造成了很大的影响。
为此，海水脱硫技术的应用是非常有必要的，本文重点分析了船舶废气处理工作中海水脱硫技术的应用问题，以供参考。
关键词：船舶废气处理；海水脱硫技术；脱硫系统一、海水脱硫技术在船舶废气处理中的应用必要性分析当前随着我国工业生产水平的快速进步，船舶的数量和吨位等级都有所提升。
当代全球贸易运输过程中，其主要的动力源头就是柴油发动机装置，为了保证高吨位船舶在工作中能够正常运输，通常会选择使用含硫量较高的燃料，这种类型的燃料在燃烧过程中会产生较多硫化物等有害物质，在全球污染物排放总量中占有很大比例，并且呈现持续增长的趋势，长此以往，船舶的航线相对密集的区域以及港口等区域将遭受严重的环境污染，为了有效缓解这种情况，净化环境，海水脱硫技术的应用势在必行。
二、海水脱硫技术海水脱硫技术是指，利用海水的酸碱性，对船舶废气中的酸性二氧化硫进行吸收处理的技术类型，其本质上属于湿法脱硫技术的一种。
海水中含有大量的碳酸氢根和碳酸根，具有良好的酸碱中和能力，在海水脱硫吸收塔中，船舶烟气中存在的二氧化硫能够转换成为可溶解的酸性物质，然后逆向流动与喷淋出的海水相接触，转换成为硫酸氢根离子和亚硫酸氢根离子，这些离子与氧气接触之后，最终能够生成硫酸根离子，达到船舶废气净化处理的目的。
对于在海上行驶的船舶来说，海水脱硫技术在其废气处理中的主要优势就是用之不竭的海水资源，远洋航行的船舶能够利用海水直接进行废气脱硫处理，此种技术应用便捷，原理简单，不会产生大量废弃物，便于维护且应用成本较低，脱硫效果显著。
三、海水脱硫技术在船舶废气处理中的应用要点1、海水脱硫技术应用流程船舶在运行过程中，其中的柴油机会排放出大量的废气，此时船舶中的废气锅炉装置会吸收余热，对排放出的废气实施降温处理，将其温度控制在225℃左右。
船舶废气排放与污染控制技术
• 4.燃油-水分层喷射 燃油-水分层喷射SFWI（Stratified FuelWater Injection）系统，它与燃油掺水乳化来 加水的方法不同，在柴油机的喷油阶段，该系统 将水送至喷油器，使油和水分层喷入气缸，以降 低火焰温度。 该系统给水量是由一个控制器根据发动机的 负载和NOX所需削减水平来控制的，船舶环境下， 造水机的容量要相对增大，同时由于不能加入任 何防锈剂，所以必须对供水系统的防锈问题加以 充分考虑。
• 二 船舶NOX排放控制技术 NOX包括NO、NO2、N2O2等，其中对环境危害 最大的是NO和NO2。通常所提及的氮氧化物的污 染，即指NO及NO2污染。在柴油机的排气中，NO2 的浓度仅占5%，而N2O2的浓度更低，因此主要研 究的便是氮氧化物NO。 高温、富氧和氮与氧在高温环境中长时间停 留，是柴油机燃烧过程中促进NO生成的三要素。
• 2.废气再循环 废气再循环EGR（ Exhaust Gas Recirculation ）是指让发动机的一部分排气引回 进气管，与新鲜空气混合后作为工质参加气缸内 的热循环。EGR作为控制NOX排放的一项有效措施， 越来越受到重视。 废气再循环能使排气中NOX的浓度下降的原 因是： （1）废气能使燃烧时反映混合物中的氧含量显著 降低。 （2）废气中含有较多的水蒸气和二氧化碳，二者 的比热比空气大，会使燃烧过程所达到的火焰温 度降低。
• 3.延迟喷油定时 延迟喷油定时是在燃烧过程中降低NOX发生 量的简便、有效的改进方法。延迟喷油定时的作 用主要是使燃料燃烧所形成的温度颠峰值降低， 但会使油耗率略有增加。 通过调整喷油规律，减少上止点前喷入气缸 的燃油量；或者调整气阀正时，降低最高燃烧温 度和压力； 另外，改进喷油器结构，如减小喷油器压力 室容积，改动喷油嘴喷孔数目、孔径和长度等。
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第三阶段 2020 年 1 月 1 日以后 0.50 2015 年 1 月 1 日以后 0.10
SECA 控制区燃油硫含量限值也即将生效。同时欧盟法令则 规定[1]：自 2010 年 1 月 1 日起，所有停靠欧盟港口的船舶， 其燃油含硫量不得超过 0.1%的最高限制。因此，控制船机 SOX 排放势在必行。
图 3 混合式系统结构图 2．喷雾干燥法 以石灰水为脱硫剂的喷雾干燥法脱硫工艺过程：石灰水 （浆）经雾化器雾化成雾滴 20~60um，在吸收器内与含硫热 烟气混合接触，SO2 和 Ca（OH）2 发生强烈的化学反应，生 成 CaSO3 和 CaSO4，烟气中的热量将雾滴水分逐渐蒸发，最 终得到 CaSO3和 CaSO4干粉，其中大部分经脱硫塔下部排除， 随气流排除的小部分细粉经除尘器收集[4]。反应方程式如下： 2Ca（OH）2+2SO2→2CaSO3H2O+H2O 烟气中含有 CO2，因此还有反应： Ca（OH）2+CO2→CaCO3+H2O 有氧气存在时，CaSO3 氧化成 CaCO4，反应如下： CaSO3H2O+O2+H2O→CaSO4 2H2O 反应流程图如下图 4。
进行研究与评价，在满足 MARPOL 公约相关规范的前提下，寻找一种脱硫效率高、造价低廉且适用于船舶的烟气
脱硫技术。
关键词：船用柴油机，SOx，脱硫
中图分类号：X736.3
文献标识码：A
文章编号：1006-7973（2013）11-0202-03
一、前言
SOX 对人体健康有极大的危害，对人体的呼吸器官有很 强的毒害作用，除此之外，SOX 引起的酸雨对森林，建筑物， 水生物都会造成破坏。SOX 作为船用柴油机的主要有害排放 物之一，随着国际船舶事业的飞速发展，据统计，以柴油机 为动力的船舶每年向大气排放硫化物约 600 万 t，国际海事 组织对 SOX 的排放控制越来越严格。
MARPOL 公约附则 VI 修正案要求从 2012 年 1 月 1 日 起，全球重质燃油的含硫量从现在的 4.5%降低至 3.5%，并 在 2018 年之前做出可行性评估.如果通过评估，则到 2020 年 1 月 1 日，将要求全球船用重质燃油的含硫量降低到 0.5%。对于硫氧化物（SOX）排放控制区（波罗的海、北海 等），从 2010 年 7 月 1 日开始，该区域船舶所使用的燃油含 硫量不得超过 1.0%；从 2015 年 1 月 1 日开始不得超过 0.1%；此外[1]，MEPC 第 58 次会议于 2008 年 10 月 6 日 至 10 日在英国伦敦 IMO 总部召 开，会 议一致通过了 MARPOL73/78 公约附则Ⅵ关于减少船舶排放废气的修正 案，对船舶大气污染物的排放提出了进一步的要求。该修正 案将于 2010 年 7 月 1 日默认生效。
综上所述，海水法和半干式喷雾干燥法烟气脱硫工艺较 适合在船上推广应用，但是具体在船舶上使用还需要对柴油 机的管道进行改造，如何形成与船用柴油机自身特点相符合， 经济性良好的成熟脱硫工艺，是今后柴油机烟气脱硫的重点。 改进现有工艺，提高脱硫效率，降低烟气脱硫费用，是以后 柴油机脱硫技术的发展趋势。探索新技术，开发新设备，降 低设备造价和运行成本是发展柴油机脱硫的关键。开发能同 时脱硫脱氮的烟气后处理技术，是适应未来发展的需要。
三、船用柴油机脱硫工艺的选择[5]
虽然脱硫方法很多，但就算其中较好的方法也有很多缺 陷和局限性，因此不能提出一种适合任何条件的脱硫方式。
船用柴油机烟气脱硫工艺选择应遵循经济有效，完全可 靠，资源节约，占地面积小的总体原则，前面总结了各脱硫 工艺的优缺点，在满足 MARPOL 排放标准的前提下，因地 制宜选择最优脱硫工艺。
表 1 MARPOL 附则 VI 的 SOX 排放法规
阶段
日期
SOX 排放等效燃油含硫（%mm）
全球上限
日期
SECA 控制区
第一阶段 2012 年 1 月 1 日以前 4.50 2010 年 7 月 1 日以前 1.50
第二阶段 2012 年 1 月 1 日以后 3.50 2010 年 7 月 1 日以后 1.00
表 2 不同温度船舱内空气中 TVOC 浓度（mg/m3）
温度
20
22
24
26
28
30
32
（℃）
A
0.61
0.94
1.05
1.45
1.83
2.03
2.51
B
0.79
1.04
1.21
1.75
2.06
2.57
2.91
C
0.56
0.81
1.01
1.34
1.62
1.90
2.04
D
0.46
0.62
0.83
1.03
1．海水脱硫技术
海水脱硫工艺是利用天然海水的碱度中和烟气中的酸性 气体二氧化硫。天然海水中含有大量的可溶盐，其主要成分 是氯化物、碳酸盐和硫酸盐。海水通常呈碱性，海水 pH 值 的正常范围在 7.3~8.6 之间，自然碱度为 1.2~2.5mmol/L， 海水所含碳酸盐对酸性物质有缓冲作用及吸收 SO2 能力。主 要反应机理：
1．自然环境和地理优势 结合船用柴油机的自然环境和地理位置的优势可以选择 符合自身的脱硫工艺，虽然石灰石-石膏法脱硫效率高，工作 可靠。但占地面积广，在船上副产物石膏和废水都很难处理， 不适合在船上推广。而以海水为吸收剂的工艺具有结构简单、 系统可靠、脱硫率高、不用加投化学品、投资小和运行费用 低等特点。在海水碱度符合条件，海域环境影响通过有关部 门的审查，可以考虑海水脱硫工艺。 2．吸收剂来源和副产物 船用柴油机脱硫工艺的选择，其中很重要的一个因素就 是脱硫剂的来源和成本，用氨作为吸收的氨法成本较高，且 副产物硫胺的处理过程复杂，对设备的防腐性能也有很高的 要求。石灰由于价格低廉，原料易得可以选择。但柴油机自 身载重量有限，不能携带大量的脱硫剂，所以可以考虑脱硫 剂能重复利用的脱硫工艺，如旋转喷雾法，系统占地面积都 比较小，脱硫剂循环利用，使得脱硫剂的利用率较高，一个 航行周期内不需携带大量脱硫剂和副产物。 3．初投资和年运行费用 另外一个需要考虑的问题是柴油机脱硫的经济性。柴油 机所用燃料含硫量不高的特点可以选择投资小，脱硫成本适 中的脱硫工艺，如喷雾干燥法，海水烟气脱硫法，具有投资 小、运行费用低等优点。根据实际船舶运行情况，对脱硫工 艺的经济性进行分析，选择更经济有效的脱硫工艺。 四、结语
（下转第 205 页）
第 11 期
丁 兵等：船舱中有害物质浓度改善措施分析
205
了 4 个船舱编号为 A、B、C、D，测试了 TVOC 体积分数在 不同温度的变化情况，温度变化范围采用 20.0℃~31.8℃。 在温度升高 2℃的时候进行采样分析，采样完成中间间隔 30min 开窗通风后再次进行升温检测，以便减少上一个采样 点对下一个采样点的影响。
船舶建筑装饰材料的选用外，还应加强船绿色制造技术在船
舶制造业的推广和应用。
（1）采用新型环保材料。选用重量轻、绝缘效果良好的
新型的聚氨酯风管或者酚醛铝箔风管代替传统的镀锌铁皮包
扎绝缘材料风管；对船舱内防火涂料采用新型的水性防火涂
料；对船舱内所使用的板材和家具采用环保性材料降低有害
物质挥发。（2）对人员相对比较密集、通风效果差、污染源
图 4 喷雾干燥法流程图 喷雾干燥法烟气脱硫技术在船舶上应用的最大限制因素
是脱硫剂的供给和反应副产物的堆积。喷雾干燥法大多使用 生石灰作为原料，经消化后再稀释至约 20%左右浓度，由于 石灰浆液稳定性较低，需要现场配置，增加了配置装置，减 少了船舶的可利用空间。喷雾干燥法的优点在于脱硫剂的利 用率高，通过除尘器捕集的一部分灰分含有未反应的脱硫剂， 可通过循环浆液罐泵入吸收塔循环使用。同时，喷雾干燥法 系统简单，操作简便，能使用低品质的石灰，不产生污水， 且可以用低品质的水，河水、海水等。投资小，运行成本低， 运行寿命也比较长等。目前，本方案还处于实验研究阶段， 还没有在实船上进行相关试验，但具有较好的应用前景。
二、船用柴油机烟气脱硫技术
烟气脱硫技术在火电厂的应用技术比较成熟，对柴油机 硫化物排放后处理还处于试验阶段，考虑到船上可利用空间 小、淡水资源缺少、烟气温度高（>200℃）、无法使用较大 体积的除尘设备、无法大量存储耗材和副产物等限定条件， 船用烟气脱硫不同于一般工业烟气脱硫，而具有其自身鲜明 的特点。在综合比较各脱硫技术和考虑船舶自身特点的基础 上，本文主要认为以下两种方法在船舶上较为可行：
网只能过滤去除空气中较大粒径的灰尘和杂质，而静电吸附
和电气集尘只可以去除空气中微小的杂质和尘埃。而现在开
发的负离子发生器、光触媒技术等净化方式，已经能够有效
的清除空气中的细菌及其它有害物质，大大提高了室内空气
净化效率。但是，在船舶的舱室内的异味和有害化学物质都
是以气体分子形式存在于空气中的，上述过滤设备无法对其
工艺流程图如图 2。
图 1 燃油硫含量标准 目前，船用燃油硫含量限值正处于第二阶段，第三阶段
图 2 海水脱硫流程图
收稿日期：2013-07-19 作者简介：陈章跃，长江武汉航道工程局设备管理处高级工程师，船舶轮机、设备专业。
第 11 期
陈章跃：漂卵砾石地层沉井下沉稳定及敏感性分析研究
203
对于船舶来说，应用海水烟气脱硫最大的优势在于海水 的来源非常广泛，VLCC、ULCC、万箱轮等长期航行于开放 海域的船舶，可以有充足的海水资源。但对于航行于内河河 口的船舶来说，水质碱度较低，甚至都是淡水，为满足脱硫 要求，可采用舷外水或自身淡水添加碱性化学添加剂，如氢 氧化钠或碳酸钠等，增加吸收剂的碱性，使脱硫效率提高。 海水烟气脱硫采用的是开式结构设计，吸收 SO2 后的海水需 要经过海水恢复曝气系统处理才能满足废水排入海洋标准， 对于船舶来说，可将船舶尾尖舱内部分上层空间改造为曝气 池，以类似压载水的溢流置换法，进行脱硫后海水的稀释和 曝气[2]，这样既可增加船舶可利用空间，又可节约尾甲板上 层空间，尤其适用于集装箱船。