Привет!
Третья и на сегодняшний день финальная глава довольно обширной темы снижения "вредности" выпускных газов. Первые две давненько уже висят в открытом доступе: "Каталитический реактор" и "Рециркуляция выпускных газов".
На этот раз статья касается более осязаемых в плане защиты нашей зелено-голубой планеты выбросов - SOx. С соединениями серы все понятно: в конечном итоге их выбросы заканчиваются кислотными осадками и закислением почвы, что снижает плодородные качества последней, и это только малая часть из негативных эффектов.
🟢Сера
Сера - неотъемлемый компонент флотских мазутов и она есть в любом топливе. Сера полезна для топливной аппаратуры, так как способствует смазке трущихся деталей, но на этом, пожалуй, все. Сера является причиной низкотемпературной коррозии деталей цилиндро-поршневой группы и проточных частей котлов. Но с этими негативными эффектами на уровне эксплуатации мы давно и довольно успешно боремся. Что касается атмосферы, тут путь один - снижать содержание серы в топливе!
На сегодняшний день на нашей планете действуют ограничения по содержанию серы в топливе и топливо с превышением нормы использовать нельзя. Нормы разные и, чтобы пересечь океан можно работать на топливе с содержанием серы 3,5%, но чтобы зайти в, например, Корею, придется перейти на дистиллятный сорт топлива с содержанием серы менее 0,5%. Можно ли всегда использовать только дистиллятные сорта? Конечно можно, но это дороже в два раза.
На Рисунке 1 внешний вид скруббера - системы очистки выпускных газов от соединений серы.
🟢Принцип работы
Для очистки используется вода, морская или пресная (в этом случае система получится сложнее, так как циркулирующую в замкнутом контуре воду придется обрабатывать), проходя через которую соединения серы связываются с ней, превращаясь из газов в нелетучие соединения.
Скрубберы по методу организации рабочего процесса сразу необходимо разделить на две большие группы: открытого типа и закрытого. Системы открытого типа используют забортную воду и после работы в установке она сбрасывается за борт (пара пара пам, думаю ты все понял).
Системы закрытого типа используют пресную воду и она циркулирует в замкнутом контуре, в процессе работы закисляется, загрязняется и нуждается в обработке.
Есть и гибридные установки, включающие в себя элементы открытой и закрытой систем, они более гибкие в эксплуатации.
Дело в том, что в порту, скорее всего нельзя будет использовать скруббер открытого типа (так было и со мной, пришлось переходить на ДТ), а вот закрытого типа агрегат в порту использовать можно, что позволяет экономить дорогое дизельное топливо и работать на мазуте.
🟢Скрубберы открытого типа
На Рисунке 3: SW inlet - вход забортной воды, Scrubber - скруббер, Exhaust gas monitoring - станция мониторинга выпускных газов, Exhaust gas - выпускные газы, Wash water monitoring - станция мониторинга сбрасываемой воды, Discharge - сброс воды.
Забортная вода нагнетается в скруббер специальным насосом (насосами), подается в специальные распылители навстречу выпускным газам и стекает в нижнюю часть "башни" ( так называется основная конструкция скруббера), из которой отводится за борт без обработки. Требования к сбрасываемой воде все-таки есть, они касаются уровня кислотности и прозрачности и достигаются сильным разбавлением кислоты забортной водой; ее в активную зону подается очень много...
Скрубберы открытого типа удобно использовать для океанских переходов. Система простая и дешевая, в сравнении с другими установками. Однако, использование скруббера открытого типа может быть ограничено местными администрациями или неэффективно из-за особенности прибрежных вод.
🟢Скрубберы закрытого типа
На Рисунке 4: Exhaust gas monitoring - станция мониторинга выпускных газов, Scrubber - скруббер, Exhaust gas - выпускные газы, NaOH tank - танк с гидрооксидом натрия, Cooler - теплообменник (холодильник), Circulation pump - циркуляционный насос, FW - пресная вода, Circulation tank - танк циркулирующей воды, Wash water monitoring - станция мониторинга сбрасываемой воды, WCU - станция очистки воды, Sludge tank - танк для шлама, Discharge - сброс воды.
В скрубберах закрытого типа используется пресная вода. Чтобы поддерживать ее качества и способность нейтрализации соединений серы в нее добавляется гидрооксид натрия. В результате получаются сульфат натрия и вода...
Одновременно с добавлением реагента необходимо избавляться и от механических примесей, что неизменно сопровождают выпускные газы. Для поддержания качеств воды на должном уровне, она постоянно обновляется: то есть часть этой воды все-же сбрасывается за борт, а на смену ей добавляется немного новой. Часть воды конденсируется из выпускных газов и попадает в систему циркуляции. Перед сбросом за борт вода проходит процедуру очистки, поэтому соответствует нормам, а инфильтрат сбрасывается в танк для шлама. Для минимизации потерь пресной воды на испарение она охлаждается перед подачей в скруббер в специальном теплообменнике, а еще на выходе из скруббера установлен уловитель влаги, препятствующий уносу испаренной воды в атмосферу.
Системы закрытого типа намного более гибки в эксплуатации, так как не попадают под ограничения (как системы открытого типа), но они значительно дороже на стадии установки из-за наличия дополнительного оборудования. В обслуживании они тоже дороже систем открытого типа, потому как требуют добавления химикатов в процессе...
Сброс воды за борт. Система открытого типа прокачивает примерно 30 тонн забортной воды на каждый произведенный МегаВатт и все это сбрасывается за борт. Система закрытого типа сбрасывает до 300 литров на каждый произведенный МегаВатт, но в ограниченный период времени может накапливать сбрасываемую воду в специальном танке, что позволяет избежать сбросов, например, во время стоянки в порту.
🟢Гибридные системы
Гибридные системы сочетают в себе характеристики систем как открытого, так и закрытого типа. Естественно, гибридные установки самые сложные и дорогие среди уже названных, но они и режимы работы предлагают самые гибкие. В открытых водах работает система открытого типа и прокачивает забортную воду с приемлемым для установки щелочным числом через установку, а в прибрежных водах система переходит на пресную воду с добавлением щелочи. При этом в особых районах установка может некоторое время работать с нулевым сбросом, что позволяет заходить в любой порт с любыми правилами.
🟢Компоновка
Читай и посматривай на Рисунок 7. Spray - Распыливание. Довольно просто. Вода подается сверху специальными распылителями, а газики поднимаются снизу вверх. Cyclonic - интересное решение, учитывая, что конструкция циклона способствует разделению сред, а в нашем случае нужно как за интенсивно перемешивать воду и газы. Packet bed представляет собой пакет ячеек, разделяющих потоки на большое количество более мелких. В них и происходит перемешивание газов с водой. Такая конструкция исключает образование "мертвых зон", в которых интенсивность работы скруббера значительно ниже. Wet bath - ванна, ванночка. Газики продавливаются через неподвижную воду. Это большой кальян... Bubble plate - "пузырики". Тут вода впрыскивается в активную зону под довольно высоким давлением и газам приходится проходить через плотную "стену" водяного тумана.
На Рисунке 8: Exhaust gas - выпускные газы, Jet scrubber - секция предварительного охлаждения газов, Exhaust gas outlet - выход газов, Absorber - основная зона очистки, Water inlet - вход воды, Water outlet - выход воды.
В первой секции газы значительно теряют в температуре и в ней же оседают механические примеси (сажа). Эта секция может быть выполнена по принципу циклона, что повысит способность этой секции "отбивать" твердые частицы, но сопротивление выпускным газам возрастет. Во второй (Absorber) камере происходит основная очистка газов от соединений SOx. Эта секция выполнена по схеме "Packed bed" (смотри Рисунок 7). Вся вода, используемая в процессе, стекает вниз под действием гравитации и направляется либо за борт, либо в специальный танк в зависимости от типа системы.
🟢Размеры
От себя скажу, что сооружение это грандиозных размеров и сравнимо с установкой как минимум двух дополнительных утилизационных котлов на имеющееся судно; и это только в фальш трубе. В машинном отделении устанавливаются дополнительные насосы, свой кингстон, система отливных трубопроводов.
На Рисунке 9 приведен размерный ряд скрубберов в зависимости от мощности двигателя. Таблица заканчивается на 32-х МегаВаттах, что далеко не предел для современного флота.
🟢Система очистки воды
Установка очистки нужна только в случае со скруббером закрытого типа. Вода в циркуляционном контуре теряет свои качества и необходимо производить ее обмен. А для того, чтобы сбросить ее за борт нужно убедиться в ее соответствии требованиям руководящих документов. На Рисунке 10 изображена принципиальная схема станции обработки воды от "Альфа Лаваль".
Сбрасываемая вода собирается в буферный танк, после чего направляется в отстойный танк, а на пути из одного танка в другой в воду впрыскивается коагулянт (специальный реагент, способствующий прилипанию мелких частиц друг другу с образованием более крупных форм).
Из отстойного танка вода направляется в центробежный сепаратор, что отделяет механические примеси от воды и сбрасывает их в танк для шлама.
На выходе из система очистки воды имеется станция мониторинга ее качества и трехходовой клапан, управляемый ею. Если сбрасываемая вода имеет отклонения по кислотности, прозрачности или полициклическим ароматическим углеводородам, вода перенаправляется в установку для повторной обработки.
🟢Система управления
Дискретная (отдельная) система управления скруббером интегрируется в общую систему управления машинного отделения. Все возможные неисправности дублируются на панель управления на Центральном Посту Управления в Машинном Отделении. Критические неисправности останавливают установку, переводя выпускные газы на прямоток; при этом работа двигателя не прерывается.
🟢NaOH танк
Танк хранения реагента должен соответствовать качествам последнего. Обычно используется 50-ти процентный раствор NaOH. Такой реагент кристаллизуется при температуре 12 градусов, поэтому, танк должен быть оборудован системой поддержания температуре не ниже 16.
Щелочной раствор довольно агрессивен к металлам, поэтому корпус танка должен быть выполнен из нержавеющей стали, стали со специальным покрытием или из полимера.
Объем танка должен соответствовать степени автономности судна.
А все!
Поддержать сообщество можно на Бусти по ссылке ниже:
Остальные мои проекты тут: