国际海事组织(IMO)实施的限硫令规定,自2020年1月1日起,全球海域船舶燃油的硫含量不得超过0.5%m/m。随着疫情后国际航运市场恢复,在限硫令的严格监管下,综合高低硫油价差显著、新能源在船应用发展滞后以及低硫油供应紧张等原因,船舶脱硫市场景气度明显回升。
EGCS带来的二氧化碳增加仅在0-1.5%之间。鉴于船舶脱硫装置可以有效去除不同类型燃料中的二氧化硫,使船舶适应不同燃料的使用,越来越多的船舶选择安装废气清洗系统(Exhaust gas cleaning system,简称EGCS,也称脱硫塔)以降低燃油成本并满足环保要求。EGCS净化了不符合硫排放要求的船舶尾气,给烟囱戴上“3M”环保口罩。
EGCS 通常由废气系统、洗涤系统、电控系统、监控系统、报警系统等组成。主要部件包括洗涤塔、电源柜、控制柜、废气在线分析仪、水质在线分析仪、洗涤泵、阀等。其工作原理取决于EGCS的结构类型。一般分为以下类型:
1.开环式
开环式EGCS使用海水来清洗废气,海水中天然的化学物质将废气中的硫化物溶液中和以达到脱硫的目的,清洗用的水经简单处理后被排放回海里。
2.闭环式
闭环式EGCS使用封闭的循环清洁水。这些水将会用一些碱性物质的水进行处理,例如烧碱中和剂。清洗水将会被重新循环利用,损失的部分用回添加新的淡水。少量的清洗水将会被送到污水处理厂处理后再被排放到大海中。该类系统也可以设计储存柜来实现真正的零排放。
3.混合式
既有开环又有闭环的系统,能够使操作者在低浓度碱和高浓度碱的区域灵活转换。混合式系列也包括一些其他产品,比如,开环式系统在清洁水中加入一定的烧碱使排放液体的碱度达到适合的水平。
EGCS主体为洗涤装置。主辅机等燃油燃烧装置或锅炉等产生的烟气降温处理后在洗涤塔内通过顶部喷淋系统进行烟气洗涤。主塔内设高速旋转的雾化器,将洗涤水雾化成细小雾滴,与烟气中的SO2进行传质传热反应。当含有雾沫的烟气以一定速度流经除雾器时,烟气因多折向结构的波形板被快速、连续改变运动方向,在离心力和惯性撞击的作用下,雾滴被捕集并因重力的作用下落实现气液分离,使得流经除雾器的烟气达到除雾要求后排出。雾化器转速可达15000转/分-20000转/分,转速与雾化效果及脱硫效率成正比,脱硫效率可达80%-85%。
脱硫脱硝的过程就是在上述基础上利用碱中和酸的原理,脱去锅炉烟气中所含的二氧化硫和氮氧化物。脱硫指通过添加碱性脱硫剂(如石灰石,CaO,氢氧化钠等)或直接利用海水的碱性制成浆液,与锅炉烟气混合,二氧化硫遇水成酸,与碱性脱硫剂反应生成CaSO4(硫酸钙)等脱硫终产物。脱硝与脱硫的原理类似,脱硝剂一般为为氨水或尿素。
EGCS系统控制界面
1.等效标准
MARPOL附则VI要求船舶使用硫含量不超过第14.1或14.4条所规定的燃油。第4条允许经主管机关批准,使用在减排方面与附则要求至少等效的替代符合方法,包括第14条所述的标准(表1)。
2.适用指南
为了按 MARPOL附则VI第4条的规定对废气清洗系统(EGCS)进行测试、检验、发证和认可,IMO海上环境保护委员会先后制定了《2009 年废气清洗系统指南》《2015 年废气清洗系统指南》。并同意2021年通过的环保会 MEPC.340(77)决议《2021 年废气清洗系统指南》取代《2015 年废气清洗系统指南》供主管机关实施,该指南将应用于:
* 2022年6月1日或以后安放龙骨或处于类似建造阶段船舶上安装的废气清洗系统;或
* 2022年6月1日以前安放龙骨或处于类似建造阶段船舶上安装的废气清洗系统,前提是该船的 EGCS 合同交付日期在 2022年6月1日或以后,或者,如无合同交付日期,废气清洗系统的实际交付船舶日期在 2022年6月 1日或以后;或
* 根据 MARPOL附则VI 第4条的规定允许使用废气清洗系统时,2022年6 月1日或以后对现有废气清洗系统进行的修改(见 2021 EGCS指南第4.2.2.4或5.6.3条规定);
3.具体内容
《2021 年废气清洗系统指南》描述了两套 EGCS 认可方案:
方案A:采用营运中连续运行参数监测和定期排放检查的系统认证;
方案B:通过经批准的监测系统进行连续排放监测及定期运行参数检查。
两套方案提供了按MARPOL附则VI第4条规定的EGCS测试、检验、发证和验证标准,确保其在使用中、在任何运行负荷点(包括瞬态运行期间),都能提供与附则VI第14.1或第14.4条要求(如适用)等效的效果。
上述指南本质上是建议性的,但海环会明确各主管机关在实施MARPOL附则VI第4条的相关要求时以该指南为依据。目前方案B在航运中应用广泛。
交通运输部海事局于2024年印发的《中国籍船舶和海上设施等效免除管理规定》对船舶等效申请情形、等效办理流程和监督管理职责做出相关要求,适用于船用EGCS的等效办理。
第五条 船舶和海上设施采用新材料、新型式、新设备以及新颖设计的,通过试验 或其他方法认定与船舶技术规范要求具有同等效能时,适用等效事项办理。
第十三条 船舶和海上设施存在以下情况的,不得提出等效、免除需求:
(一)船舶和海上设施自身构造不合理,导致不能满足船舶技术规范要求;
(二)船舶和海上设施严重老化,无法完全修复;
(三)所有人或经营人因资金缺乏,无力修复船舶和海上设施。
2.系统认可、检验与发证
CCS依据IMO通过的《2021年废气清洗系统指南》(MEPC.340(77)决议),先后制定两份指南文件对EGCS等效装置认可模式、产品持证要求、取样监测与电子记录、安全生产保护与防止海水污染措施、效果验证以及安装/营运检验等环节进行规范和指导,为行业提供参考:
《船舶废气清洗系统试验及检验指南》(2022)
《船舶废气清洗系统设计与安装指南》(2024)
1.EGCS检验应重点关注:
①船舶应向船检机构提供供审查批准的技术手册、SOX排放符合计划(SECP)、船上监测手册(OMM)和EGCS记录簿或电子记录系统等图纸资料,并随船携带经批准的文件和材料。
②船检机构应及时向主管机关提出船舶EGCS等效技术方案需求,并按规定提交方案材料。
③船舶应定期申请船检机构对EGCS进行检验,包括安装和初次检验、营运中检验等,以确保其符合MARPOL公约附则VI的要求。营运检验以完成初次发证检验后签发IAPP证书的时间为准。
④检验过程应符合经批准的船上验证程序,并重点关注EGCS的设备状况、运行参数、排放水质量等方面。
⑤检验合格后应及时完成船舶《国际防止空气污染证书》(IAPP)附件2.6的填写。
2.EGCS现场监管应重点关注:
①船上文书
船舶持有符合要求的图纸和技术材料、《SOX排放符合证书》(SECC)以及主管机关确认文件。
船检证书对EGCS的检验情况进行了如实、准确填写。
②设备状况
检查EGCS的设备是否完好、无损坏或腐蚀现象。
检查设备的安装和连接符合图纸和技术要求,取样位置安全、牢固。
③运行参数
检查EGCS的运行参数(如燃油硫含量、废气质量流量、洗涤水的流量、喷淋层的压力等)是否在规定范围内。
验证EGCS的排放比值是否满足MARPOL公约附则VI的要求。
④排放水质量
可以对洗涤水进行取样化验,检测其硝酸盐等污染物的含量或PH 值是否超标。若发现排放水质量不符合要求,应及时采取措施进行处理和整改。
⑤记录和报告
检查船舶是否按照要求记录了EGCS的运行数据、排放水质量数据以及相关维护保养操作等。
对不符合要求条件进行纠正、记录和真实、准确报告。
船舶废气清洗系统的设计安装、试验、检验和检查时应重点关注的方面均涉及多个关键环节和要素。为确保EGCS的正常运行和满足排放要求,船舶应严格按照相关标准和规范进行操作和维护,并重点关注航行区域或港口是否允许洗涤塔排放洗涤水的问题,配套其他方案,加强与主管机关的沟通和协作。若发现船舶EGCS存在缺陷或不符合要求,应及时采取措施进行整改,并及时报告。
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供稿 | 王玲丽
编辑 | 杜炜辰
校核 | 沈家强 董贻意 李东林