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船舶廢氣脫硫

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船舶廢氣脫硫工藝說明
目前濟海環境已掌握鎂法、海水法、納堿法、等主流船舶脫硫技術和工藝,并采用閉環或混合環工藝方式。可確保脫硫后廢氣中SO2含量低于燃燒含硫0.1%m/m燃油的廢氣指標,廢氣經處理后洗滌水各項水質指標均滿足IMO規定。
一、鎂法脫硫技術
該鎂基-海水法船舶廢氣脫硫系統具有自主知識產權,技術優勢包括鎂法-海水脫硫的技術優勢:系統簡單、運行安全、可靠性高、投資省、運行費用低、脫硫效率高、適用范圍廣、不易結垢、無二次污染等,可實現閉環循環;同時包括風阻低、抗腐蝕、面積和體積小、結構緊湊、耗能低、適合船舶工況等。隨著國家環保要求的嚴格及控制范圍的擴大,防止二次污染,閉環循環將是船舶廢氣脫硫的趨勢。
1、工藝簡述
主體脫硫工藝包括廢氣冷卻、洗滌噴淋、除霧、漿液制備及供給、排水(洗滌水)等主要過程。
船舶脫硫主體處理系統工藝流程圖如圖1所示。
該方法采用廉價的氧化鎂為脫硫劑,在保證脫硫效率的同時降低了運行成本,約為淡水+氫氧化鈉的1/3。同時有額外的堿性物質加入,海水更新量及廢水量較海水法極大減少。
 
 
2、鎂法脫硫技術優點
(1)鎂基-海水法船舶廢氣脫硫技術及關鍵設備在性能指標上,無論處理后硫氧化物排放濃度還是洗滌水排放指標上,均符合最嚴格的國際公約和地區法規要求。
(2)鎂基-海水法船舶廢氣脫硫技術及關鍵設備具有系統簡單、運行安全、可靠性高、運行成本低、脫硫效率高、適用范圍廣、不易結垢、無二次污染等特點。在高效性、可靠性、操作性、安全與應急以及安裝與維護上與船舶配套兼容。
(3)船舶廢氣脫硫市場需求巨大,鎂基-海水法船舶廢氣脫硫技術因技術優勢而具有重大的市場價值,成本核算得出只要船舶每年約有1/5 的時間航行在排放控制區內,則當年就可回收成本。
(4)鎂基-海水法船舶廢氣脫硫技術的脫硫效率可達99%以上,且對初始SO2濃度范圍廣,吸收塔不易結垢,維修方便。脫硫副產物可再生MgO回用于脫硫系統,節約原料成本。
二、海水法脫硫技術
海水法可采用海水或淡水加堿性物質作為脫硫劑的雙工作模式,系統可調節性強,可滿足不同地區排放要求,運行成本較低,經濟性好。洗滌塔入口的冷卻、初步洗滌裝置簡化了工藝流程并增加了系統的可靠性。
1、基本原理
天然海水中含有極其豐富的可溶性鹽,主要是氯化物和硫酸鹽,也含一定量的可溶性碳酸鹽。海水呈堿性,pH值7.8~8.5,自然堿度在2.2~2.7 mmol?L-1之間,這是因為CO32-和HCO3-水解呈堿性,使得海水具有酸堿緩沖平衡能力。因而可以利用海水的弱堿性對SO2進行吸收,使其發生化學反應從而生成硫酸鹽,后者可溶于水中。此外,硫酸鹽實際上是天然海水的原始成分中的一類,其存在并不會導致海水水質出現問題。
海水脫硫吸收塔中,動力裝置排氣中的SO2與逆流的海水液滴接觸,被吸收生成氫離子H+和亞硫酸氫根HSO3-,海水pH值下降。氫離子H+與海水中的碳酸氫根離子HCO3-發生中和反應生成CO2;HSO3-遇到海水中的HCO3-可反應生成SO32-和CO2。反應后的煙氣經曝氣系統,其中CO2可由外部導入的壓縮空氣擠壓并被迫排出脫硫系統;系統內的海水pH值和DO值在反應后均有一定程度提高,可以直接排放,對海洋環境并不會造成明顯的影響。
利用海水進行煙氣脫硫涉及的主要化學反應式如下
2、工藝簡述
 海水脫硫系統工作的主要流程如下(詳見圖2):
 柴油機尾氣經過廢氣鍋爐余熱利用后經由增壓風機加壓后進入脫硫塔,在脫硫塔的文丘里初洗部分進行冷卻降溫和初步的洗滌,以清除尾氣中的部分SO2和顆粒物;此后尾氣進入脫硫塔主塔區,SO2與塔內霧化噴淋的海水(或NaOH等堿性脫硫劑)逆流接觸,增大接觸時間,二者充分傳質反應;凈化后的尾氣經過濾器除去細小的霧滴后從脫硫塔頂部檢測合格后排出。洗滌后的海水則進入曝氣裝置進行曝氣處理(堿性脫硫劑反應后可進入洗滌液處理池,進行分離處理以實現循環利用),亞硫酸鹽被氧化成硫酸鹽;然后被泵入水力旋流器,進行懸浮顆粒物的分離,顆粒物進入污泥池,而從旋流器上方出口流出的海水在管道內與水泵抽取的新鮮海水充分混合調節pH達到外排標準后入海。在裝配實船時可以為該套裝置配備自動控制系統,由傳感器監測煙溫、SO2濃度以及海水pH、溫度、COD值等,并反饋到計算機控制系統進行調節。
3、海水法脫硫技術優點
海水法船舶尾氣脫硫技術最突出的優點便是“無需洗滌原料,洗滌產物處理后可入海”。海水脫硫工藝簡單,系統可靠不易發生結垢、堵塞等問題,使用維護方便。
 
三、禁止使用開式脫硫
目前許多國家禁止使用開式脫硫設備,包括中國、新加坡、挪威、比利時、印度、美國在內的多個國家或地區的多個港口都表示禁止在一定的范圍內使用開式脫硫設備。
四、收益年限
    以4700TEU的主力集裝箱船為例,其燃油消耗量約為33000t/a。2018年3月某天,鹿特丹港口的燃油價格如表1所示。目前硫含量1%的燃油售價以660美元t計,折合人民幣4100元/t,其與硫含量0.1%的燃油差價約為200美元/t,折合人民幣1240 元/t。鎂基-海水法船舶廢氣脫硫系統購置成本以600萬元/套計,脫硫劑氧化鎂(90%)單價以500元/t計算。若營運船舶適用的燃油硫含量為1%,且全年航行在排放控制區內,則脫硫劑使用量為825/a, 裝置需要額外的動力費用約為燃油使用量的1%, 330t/a。設裝置的使用壽命為10年,計算生命周期成本如表2所示。
 
    從表2中可以看出,若船舶全年航行在排放控制區內,年收益高達30,610,100元。只要船舶每年有20%的時間航行在排放控制區內,則當年就可回收成本。
 
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