陈春峰

（浙江天地环保科技股份有限公司，杭州 311121）

0 引言

随着海上环境保护委员会（ Marine Environmental Protection Committee，MEPC）第70次会议在伦敦通过决议，2020年在全球海域实行船舶燃油0.5%含硫上限的规定也被确定，且除之前划设的实行燃油0.1%的含硫限制的4大排放控制区，欧盟其他海域以及包括中国在内的亚洲海域也在逐步增设硫排放控制区，使硫排放最终降至0.1%的标准。与此同时，2020年3月1日起将禁止船舶携带以燃烧为目的的不合规燃油（船舶安装洗涤装置除外）。

如何应对日益严格的船舶硫排放，船东通常采取使用低硫油或更换双燃料主机或者安装船舶尾气脱硫设备3种应对措施[1]。MEPC的最新决议，促使越来越多的船东公司选择加装用于烟气脱硫的船舶尾气洗涤器。

1 烟气海水脱硫技术原理

海水烟气脱硫是利用海水的碱性吸收烟气中的SO2[2]。海水中的主要成分是氯化物、硫酸盐和一部分可溶性碳酸盐，以重碳酸盐（HCO3）来计算，自然碱度约为1.2 mmol/L～2.5 mmol/L，这使得海水具有天然的酸碱缓冲能力及吸收SO2的能力。海水脱硫的一个基本理论依据就是自然界的硫大部分存在于海洋中，硫酸盐是海水的主要成分之一，环境中的SO2绝大部分最终以硫酸盐的形式排入大海。

烟气海水脱硫技术的原理为SO2和水反应生成亚硫酸，化学方程式为

SO2＋H2O→H2SO3→H＋＋HSO3−

HSO3−→H＋＋SO32−

SO32−＋1/2O2−→SO42

上述反应为吸收和氧化的过程，海水吸收烟气中气态的SO2生成H2SO3，H2SO3不稳定，将分解成H＋和HSO3−；HSO32不稳定，将继续分解成H＋和SO32−。SO32−与水中的溶解氧结合可化成SO42。

2 烟气海水脱硫技术工艺介绍

原烟气从船舶主机、辅机上引出，通过混合后进入烟气洗涤塔脱硫净化，经除雾器除去液滴后，通过烟囱排入大气。在主机、燃油锅炉和每台辅机烟道上设置旁路挡板门，当洗涤塔紧急停运时，烟气走旁路烟道排入大气。

如图1所示，烟气海水脱硫系统主要由烟气洗涤塔、循环泵和除雾器冲洗水泵等组成。海水从海底门引入，通过变频循环泵至烟气洗涤塔喷淋层吸收烟气中的SO2，经常分析仪表测量处理前、后海水的pH差、浊度差，如满足设计要求，则可通过弦外排放阀排入大海。

图1 海水脱硫工艺流程图

3 热控设备配置及选型介绍

海水脱硫系统仪表有用于烟气外排监测的SO2/CO2烟气分析系统、用于监测海水的PH、多环芳烃（PAHs）、浊度的水质分析仪表[3]及常规的液位、温度、压力和流量等过程控制仪表。基于海水脱硫系统的特点（晃动、腐蚀），结合系统需要和使用的条件，仪表选型均选用具有类似工况使用经验的产品，并考虑经济可靠性、安全性和先进性。与介质接触的仪表部件采用适合于工作环境的材质。所有显示仪表刻度单位应符合国际单位制工程计量单位。

1）SO2/CO2烟气分析系统

用于船舶海水脱硫烟气分析系统，首先需有考虑厂家所供的设备是否有船级社认证，其次要考虑它的维护性和测量精度。

2）PH、多环芳烃（PAHs）、浊度的水质分析仪表[4-5]

用于船舶海水脱硫PH、多环芳烃（PAHs）、浊度测量一般采用抽取测量，由厂家成套提供取样泵、切换阀及测量仪表。

3）液位仪表

海水脱硫系统中对于液位测量主要为洗涤塔液位的测量，主要考虑的是洗涤塔液位过高、洗涤塔外排管路有堵塞，一般选用电容是液位开关，与介质接触的部件采用C276材质，保证不应海水冲刷引起磨损、腐蚀情况出现。

4）温度仪表

海水脱硫系统中最主要的温度测量为预喷淋前后烟气温度测量[6]，根据预喷淋前后温度来判断预喷淋是否正常运行。远传温度测量选择双支热电阻（PT100），并配置温度变送器。为保证密封性，连接方式采用法兰式，与介质接触的部件采用C276材质，并采用了适合高温环境的柔性石墨作为密封垫片。

5）压力仪表

海水脱硫系统中压力测量仪表的设置最主要以监测为主，不参与控制。压力变送器采用进口智能式变送器。压力表采用隔膜式不锈钢压力表，与介质接触的部件采用C276材质。考虑到船舶的特点，海水压力测量采用法兰式隔膜压力变送器，烟气、压缩空气及密封风测量采用普通压力变送器。

6）流量测量

通过设置的海水流量计来核实洗涤塔循环泵所提供的海水量。海水流量测量采用电磁流量计，电极材质选用C276及以上。

7）执行机构

海水脱硫系统中执行机构分布在除雾器冲洗水层，正常一般配置电动执行机构。

4 主要控制回路

4.1 控制回路总体设计思路

在进行船舶烟气海水脱硫系统设计时，主要考虑以下2个方面：

1）烟气外排参数到达船级社相关要求。2）洗涤液外排要达到船级社相关要求。

为达到以上目的，系统的控制方式是：通过调节洗涤塔循环泵的频率，调节洗涤水流量控制烟气外排和洗涤液外排满足船级社相关要求。由此，系统组态逻辑主要是洗涤塔循环泵调节回路的设计。

4.2 SO2/CO2 的比值控制

烟气外排浓度控制，CO2/SO2比例控制投入运行。当海水喷入洗涤器时，废气被清洗，SO2浓度降低。控制参数为SO2/CO2比值，满足标准规定。SO2/CO2比值控制器自动调节循环泵频率。洗涤塔循环泵VFD自动控制系统见图2。

图2 洗涤塔循环泵VFD 自动控制

4.3 PAH 差值、浊度差值控制

洗涤液外排自动控制，SO2被洗涤液吸收，洗涤液的pH开始下降，而多环芳烃（PAHs）及浊度开始升高。

若多环芳烃（PAHs）差值或者浊度差值高于设定值，那么烟气洗涤塔循环泵将自动提高泵的流量从而维持外排洗涤液的多环芳烃（PAHs）差值、浊度差值低于设定值，且此时循环泵不受外排SO2浓度的控制，一旦洗涤液的多环芳烃（PAHs）差值或者浊度差值低于设定值，则循环泵又恢复至VFD自动控制。

5 结论

随着船舶硫排放要求的提高，船舶脱硫技术会越来越普及。通过进一步分析大型船舶烟气海水脱硫技术；对海水脱硫技术中仪表使用环境，材质选择等方面的分析；对控制回路需实现功能的需求分析，选择合适的控制回路；选择合适大型船舶特点的海水脱硫技术、仪表及控制方式。