劉川風(fēng)，趙 淼

（南通理工學(xué)院，江蘇南通 226002）

0 引言

在世界貨物運(yùn)輸中，海洋運(yùn)輸因具有運(yùn)量大、安全、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢而備受青睞，海運(yùn)船舶數(shù)量隨之急增，繼而帶來了嚴(yán)重的大氣污染和海洋污染。由于船舶柴油機(jī)通常燃燒較為劣質(zhì)的重油，會(huì)釋放出污染物成分復(fù)雜的尾氣，包括NO、SO、CO、HC和PM等，這些污染物主要以NO和SO為主，它們也被國際海事組織（International Maritime Organization，簡稱：IMO）列為首要控制的船舶尾氣污染物。尾氣中的NO主要包括NO、NO、NO、NO等，其中NO占90 %以上。NO在空氣中容易氧化為 NO，會(huì)對(duì)人體的心臟和肺產(chǎn)生毒害作用。SO中95 %為SO，SO僅占5 %。SO對(duì)人體健康有直接的損害，也是酸雨的主要成因，對(duì)生態(tài)環(huán)境有嚴(yán)重影響。

目前大多數(shù)船舶尾氣處理廠家開發(fā)的設(shè)備只能單獨(dú)脫硫或單獨(dú)脫硝，與傳統(tǒng)單一的脫硫或脫硝裝置相比，本文所述的設(shè)計(jì)將兩者相結(jié)合，將脫硫脫硝的反應(yīng)過程集中在同一塔體內(nèi)，不僅能夠達(dá)到改善空氣環(huán)境的目的，而且有效減少裝置的占地面積、解放空間、降低脫硫脫硝裝置的制作成本。

1 電解海水的原理

1.1 電解海水法脫硫

SO極其容易溶于水，進(jìn)行水解反應(yīng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生HSO和 SO，接下來可繼續(xù)氧化成 SO，所以SO經(jīng)過水解、氧化和吸收這3個(gè)步驟可以基本上被脫除掉，主要的反應(yīng)方程式見表1。而且，海水中存在的固有堿度（HCIO）對(duì)廢氣中的SO也有比較好的脫除效果，具體的反應(yīng)方程式見表1。

表1 電解海水法脫硫

1.2 電解海水法脫硝

NO由于溶解性小，氧化過程受其在液膜中吸收速率的控制，當(dāng)被成功氧化為NO后，再經(jīng)堿液吸收去除則非常容易，主要去除途徑見表2。

表2 電解海水法脫硝

1.3 電解海水裝置

電解海水的核心單元為隔膜電解槽。隔膜電解槽由隔膜、陰極腔以及陽極腔組成?？紤]到腔體的材料需要有一定的化學(xué)穩(wěn)定性以及耐候性，最終選擇有機(jī)玻璃作為腔體材料。陰極腔和陽極腔內(nèi)分別固定陰、陽催化電極，電極有效面積均為150 mm×80 mm，陰極采用鎳電極，陽極材料采用涂釕鈦，因?yàn)樗碾姌O很穩(wěn)定，時(shí)間久了鍍液也無改變。陰極腔與陽極腔由隔膜分開，隔膜采用陽離子交換膜。

2 脫硫脫硝方案裝置設(shè)計(jì)方案

2.1 設(shè)計(jì)思路

本方案的脫硫脫硝裝置沿用傳統(tǒng)的脫硫塔形式，在此基礎(chǔ)上，為了達(dá)到既要脫硫又要脫硝的目的，選擇在塔體的中間設(shè)置一道中間隔板，塔體內(nèi)隔板兩邊分別進(jìn)行脫硫和脫硝，把脫硫脫硝反應(yīng)集中在一個(gè)裝置內(nèi)進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)一體化脫硫脫硝。另外，隔板的下端設(shè)有進(jìn)氣口，使氣體能夠分別在左右兩個(gè)空間運(yùn)動(dòng)，從而使脫硫結(jié)束后的廢氣可以順著進(jìn)氣口進(jìn)入右側(cè)進(jìn)行脫硝反應(yīng)。

為了增加溶液與氣體的接觸面積，考慮將溶液霧化后再進(jìn)行噴淋，因此需要設(shè)置噴淋層。霧化后的溶液收集于塔體下部的溶液收集室，采用不規(guī)則形狀，頂板設(shè)計(jì)成傾斜形式的板，在傾斜板的下端設(shè)有一個(gè)開關(guān)閥以便控制溶液的流出速度。

2.2 整體方案

脫硫脫硝一體化裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 船舶廢氣脫硫脫硝裝置設(shè)計(jì)

2.3 實(shí)施步驟

首先海水淡化裝置同時(shí)產(chǎn)出淡水和濃縮的海水，濃縮的海水進(jìn)入沉淀室進(jìn)行沉淀，接著沉淀過的濃縮海水進(jìn)入隔膜電解池，進(jìn)行隔膜電解反應(yīng)，生成氧化液和堿性溶液。這2種溶液分別進(jìn)入儲(chǔ)液室。

船舶柴油機(jī)燃油燃燒產(chǎn)生的煙氣通過管道進(jìn)入氣熱交換器，氣熱交換器給船舶廢氣降溫，船舶廢氣的溫度降到50 ℃～140 ℃，經(jīng)過降溫后溫度達(dá)標(biāo)的廢氣再經(jīng)過除塵器，除去粉塵和顆粒物，隨后通過塔體左側(cè)上方的進(jìn)氣管，進(jìn)入塔體左半部分，此時(shí)第一噴淋層開始進(jìn)行霧化，該噴淋層連接著由電解海水所生成的氧化液，大量的氧化液通過管道進(jìn)入第一噴淋層，進(jìn)入塔體左半部分與降溫后的廢氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)后的廢氣通過中間隔板處的進(jìn)氣口進(jìn)入塔體的右半部分，第二噴淋層開始工作，第二噴淋層連接著堿性溶液與廢氣進(jìn)行反應(yīng)。并且，第二噴淋層下方設(shè)有填料層，可增加廢氣與堿性溶液的接觸時(shí)間，提高反應(yīng)效率。此時(shí)船舶廢氣的脫硫脫硝工作全部完成，廢氣繼續(xù)向上升，經(jīng)過除霧器的除霧，使其變得干燥，最后達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行排放。

脫硫脫硝裝置工作時(shí)，第一開關(guān)閥與第二開關(guān)閥同時(shí)開啟，底部的傾斜隔板有利于提高廢液流進(jìn)儲(chǔ)液室的速度。當(dāng)廢液收集室灌滿后自動(dòng)關(guān)閉開關(guān)閥，同時(shí)開啟第三開關(guān)閥，廢液排出。

該方案的實(shí)施流程如圖2所示。

圖2 船舶廢氣脫硫脫硝方案的實(shí)施流程

3 脫硫脫硝裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)

3.1 噴淋器的選擇

霧化后的液體可以增加與廢氣的反應(yīng)時(shí)間，為了使廢氣能更好地與溶液發(fā)生反應(yīng)，采用霧化噴淋器噴淋反應(yīng)溶液。目前市面上的霧化噴淋器噴嘴主要有壓力式、旋轉(zhuǎn)式、氣泡式、靜電式等，見表3。

表3 噴嘴類型及特點(diǎn)

綜合各因素的考慮，最終選擇旋轉(zhuǎn)式噴淋器。旋轉(zhuǎn)式噴嘴如圖3所示。

圖3 旋轉(zhuǎn)式噴嘴

3.2 填料層的選擇

對(duì)比市場目前常見的填料，發(fā)現(xiàn)矩鞍環(huán)填料的結(jié)構(gòu)有利于液體分布，并具有高密度特點(diǎn)和優(yōu)異的耐酸、耐熱、耐腐蝕性能，因此，填料層選擇矩鞍環(huán)填料。

4 脫硫脫硝裝置的有益效果

該脫硫脫硝一體化裝置具備以下優(yōu)勢：

1）能夠達(dá)到同時(shí)脫硫脫硝的效果，實(shí)現(xiàn)船舶尾氣的一體化處理；

2）成本低廉，經(jīng)濟(jì)效益好，處理后的廢棄物均為無污染物，可排入海洋不造成污染；

3）一體化設(shè)計(jì)能減少占用空間，提高空間利用率；

4）采用噴淋和填料相混合的結(jié)構(gòu)形式，提高脫除效果。

5 結(jié)論

這套方案將海水淡化、電解海水與廢氣的脫硫脫硝相結(jié)合，主體以塔式為主，通過在塔體中間設(shè)置中間隔板的方案，將脫硫脫硝的反應(yīng)場所控制在同一裝置內(nèi)，不僅有效減少脫硫脫硝裝置的占地面積，還減少裝置的制作成本。最后通過對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的選擇，最終得到較為合理的基于電解海水的脫硫脫硝裝置。但是，面對(duì)目前的市場情況，基于電解海水發(fā)的脫硫脫硝裝置設(shè)計(jì)方案能否真正得到應(yīng)用與實(shí)施，還需進(jìn)一步研究。