摘要：船舶运营期间排出的废气中含有大量的硫氧化物，是造成空气污染的主要原因之一。国际海试组织要求2020年1月1日起，所有船舶不允许搭载或使用硫含量超于0.5%的燃油，除非采用废气处理装置，使废气排放的硫含量达到合规燃油的等同效果。本文对废气脱硫系统进行介绍，并分析应用脱硫系统对船舶设计产生的影响。
关键词：船舶；脱硫系统；设计；影响
船舶运营期间排放的废气中含有大量的硫氧化物，会对空气造成严重的污染。近年来，国际海试组织（IMO）组织一直致力于限制并逐步降低船舶废气中硫氧化物对空气环境的污染。根据MARPOL公约附则6修正案的要求规定，2020年1月1日以后，全球范围内的船舶不允许携带或使用硫含量超过0.5%的燃油，除非采用废气脱硫系统使废气中的硫氧化物排放水平等同于使用合规燃油的排放水平。目前国际市场低硫燃油的价格趋势存在不确定性，使用低硫燃油可能导致船舶运营成本的增加，因此很多船东选择安装废气脱硫系统作为全球限硫令的应对策略。
1废气脱硫系统的工作原理
废气脱硫系统的主要原理是将海水或添加碱性物质的淡水等介质送入脱硫塔中与船舶废气进行混合，利用洗涤及化学反应等原理，清除废气中的硫氧化物（Sox）和固体颗粒物（PM）。经过脱硫系统处理后的船舶废气硫氧化物含量达到排放标准后，直接排放大气，从而降低对空气环境的污染。根据脱硫系统的设计原理不同，用于洗涤船舶废气的介质一般分为两种情况：使用海水的作为脱硫介质，处理废气之后含有酸性物质及颗粒物的海水，满足排放标准后直接排入海中；使用添加碱性物质淡水作为脱硫介质，一般将处理废气之后的介质送入水处理系统，分离出其中的颗粒物，并调整其酸碱度，之后再次送入脱硫系统中循环使用。
2 废气脱硫系统的分类
根据废气脱硫系统洗涤废气介质的运行原理不同分类，可以分为开式脱硫系统、闭式脱硫系统以及混合式脱硫系统。
2.1 开式废气脱硫系统
开式废气脱硫系统使用海水作为脱硫介质，用泵将海水送入脱硫塔，并利用脱硫塔内部的喷嘴将海水进行喷洒，与船舶废气充分混合。海水中含有碱性物质，与烟气中的硫氧化物混合后，生成硫酸盐及亚硫酸盐，随海水一起落入脱硫塔底部，并通过海水管路直接排出舷外。开式脱硫系统具有结构简单、运营成本低等优点，但其脱硫效果和性能受到海水碱度的影响。另外，有些港口认为脱硫处理后的海水可能造成对环境造成污染，禁止在特定区域使用开式脱硫系统。
2.2 闭式废气脱硫系统
闭式废气脱硫系统循环使用机舱内的碱性物质作为脱硫介质。由于脱硫介质不断的与废气混合并循环使用，其中的颗粒物等杂质越来越多，碱度也会不断下降，影响脱硫效果，需要配置专门的水处理系统，用于分离脱硫介质中的杂质及提高碱度。闭式废气脱硫系统比开式废气脱硫系统更复杂、设备多，且需要消耗碱性物质，初期投资和运营成本均较高，但具有操作灵活、使用区域不受限制等优点。
2.3 混合式废气脱硫系统
混合式废气脱硫系统既有开式脱硫模式又有闭式脱硫模式，可以根据船舶运行的不同海域原则合适的操作模式，系统灵活性更高，且不受运行海域的限制。但由于混合式脱硫系统设计更复杂、设备更多，其缺点是初期投入成本和运营成本较高。
3 应用废气脱硫系统对船舶设计的影响
对于船舶应用废气脱硫系统，目前行业内主要有两种情况：对于现有船舶，主要是通过在修船厂改造加装废气脱硫系统；对于新造船，一般是通过在已开发船型的基础上进行修改设计。
废气脱硫系统部件多、体积庞大、布置范围广，将对船舶船体结构、机舱布置、设备选型等产生较大影响，给船舶设计带来一定的困难。
3.1 影响船舶性能及整体设计
废气脱硫系统除了体积和重量较大的脱硫塔本体外，还包含海水泵、烟气切换阀、水分监测单元、烟气监测单元等诸多设备，以及增加相应的管路、海底门以及舱室等，对船舶的整体设计影响较大。船舶增加的废气脱硫系统塔体、设备、电器屏，以及由此导致的管路增加和船体结构修改，将增加船舶的空船重量，进而影响船舶的载运能力，甚至可能导致船舶载运能力设计余量不足。脱硫塔本体重量较大且集中，导致船体结构局部增重，可能会影响到船体的剪力和弯矩，需要检讨是否满足要求。增加脱硫系统后，主机、发电机的排气背压将增加，将影响发动机内部的燃烧情况，有可能增加发动机的燃油消耗率，影响船舶的运营的经济性。另外，脱硫塔本体布置在烟囱的场合，还可能造成船舶航行灯受到遮挡或产生雷达盲区等问题。
3.2 影响船体结构及设备布置
由于脱硫塔需连接主机、发电柴油机排气管，且一般位于废气锅炉及发电机消音器的下游，脱硫塔在船上的布置有一定的高度要求。目前一般的做法是扩大烟囱的尺寸及内部空间，用于布置脱硫塔本体，烟囱的船体结构需要重新设计。废气脱硫系统海水管吸口需要布置在海底门中，用于从获取海水供脱硫系统运行，处理废气之后的水需要排除舷外，因此需要对原来海底门的设计进行修改，增加脱硫系统海水吸口相关管路，或者增加脱硫系统专用海底门，并增加海水排舷口。机舱的布置一般都非常紧凑，为了布置废气脱硫系统增加的泵、水分检测单元等设备，可能需要通过更改原来的布置设计来腾出空间。
3.3 影响设备规格及选型
增加脱硫系统时，设计阶段需要评估各工况下脱硫海水泵、烟气检测仪、风机、水处理系统等设备的电力消耗的影响。一般船舶设计时发电柴油机负荷按照不超过90%负荷进行考虑，脱硫系统各设备的电力消耗可能导致发电机功率的提升，甚至选型的变更。脱硫系统中的各电控箱、变频器等，对工作环境温度都有要求，一般需要利用通风保证散热，尤其是在控制箱布置在烟囱内的场合，需要大量空气带走足够的热量，防止环境温度过高。因此，增加脱硫系统时，需要检讨机舱风机的容量及压头是否满要求，以及是否需要增加专用的冷却风机。水质监测系统的取样一般是通过取样水进出口高度差进行重力取样，由于机舱布置一般比较紧凑，在无法保证取样管路安装要求的场合，需要考虑增加取样泵，避免水质监测单元无法取样的风险。
3.4 影响系统材质及涂装规格
海水与船舶废气脱硫塔中混合后会生成硫酸盐及亚硫酸盐等酸性物质，具有较强的腐蚀性，因此脱硫塔本体以及排出管线的管路、阀门等需要采用耐腐蚀性较高的双相不锈钢或玻璃钢等材质。船舶废气通过排出脱硫塔时，会携带一部分酸性的水汽，腐蚀性较强。因此脱硫塔废气出口的排烟管的设计应从碳钢等常规设计材质更改为耐腐蚀性的双相不锈钢等，防止发生腐蚀。为了满足MEPC.259(68)规范要求，废气脱硫系统海水排舷口一般会设置扩散器，使排出的海水与环境海水充分稀释混合，以保证排舷口4米范围内Ph值不低于6.5，但其腐蚀性仍比海水环境高，原有外板涂装油漆规格可能无法满足耐腐蚀性的要求，应根据使用环境及油漆厂家的产品性能，研讨确认是否需要变更涂装规格。
4总结
目前限硫令已经在全球范围内强制实施，由于受到国际油价趋势、低硫燃油品质以及供应能力等方面因素影响，很多船东在短期内很有可能选择使用废气脱硫系统满足排放法规要求。船舶应用废气脱硫系统时，由于系统复杂、部件多、本体体积庞大等特点，可能对船舶的整体性能、船体结构、消防救生、机舱布置、管路材质、涂装规格、舾装设计等多方面产生影响。因此设计初期应充分检讨相关影响，避免设计失误，并综合评估对船舶性能、成本等影响，作成最佳设计方案。
参考文献
[1] 刘 亮，林洪山，江传平. 船舶废气除硫系统选型介绍 广东造船2017 年第6 期（总第157 期）