史先法

摘? 要：當(dāng)前，能源問題已經(jīng)是所有行業(yè)共同面臨的問題。在航運過程中使用有效的節(jié)能減排方式可以節(jié)約船舶航行的成本。隨著船舶航行的油價不斷上漲，船舶電站以及電氣設(shè)備的節(jié)能技術(shù)越來越受到人們的廣泛關(guān)注。使用節(jié)能減排技術(shù)可節(jié)約能源消耗，減輕航運過程對環(huán)境造成的污染，獲得經(jīng)濟與環(huán)保雙重效益。該文簡述了船舶電站以及船上電氣設(shè)備的節(jié)能減排的重要性，分別從壓載水系統(tǒng)改裝、安裝脫硫系統(tǒng)和應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)三方面闡述具體節(jié)能減排方法的運用。

關(guān)鍵詞：船舶;電站;電氣設(shè)備;節(jié)能減排方法

中圖分類號：U665? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

在船舶行業(yè)中，電站屬于高能動力源，為電力系統(tǒng)核心，可保障船舶穩(wěn)定運行。在船舶自動化要求逐漸提升的背景下，智能化、節(jié)能化的電站為主要趨勢，壓載水系統(tǒng)改裝，加裝脫硫系統(tǒng)以及變頻技術(shù)等的應(yīng)用成為船舶電站節(jié)能減排的主要方式，受到了人們的重視。

1 船舶電站與船上電氣設(shè)備節(jié)能減排的重要意義

在船舶航運環(huán)節(jié)中，燃料費用的消耗占據(jù)60%，所以對資源進(jìn)行高效利用，可保障船舶航行的經(jīng)濟效益。其中電站節(jié)能為重點方向，這主要是通過提高廢氣的熱回收效率，驅(qū)動電機系統(tǒng)，實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。利用重油替換柴油，通過重油發(fā)電，減少燃料以及潤滑油的使用，不但可降低發(fā)電機組內(nèi)柴油機零件的損耗，還能節(jié)約燃油費用。結(jié)合TG系統(tǒng)以及SG系統(tǒng)，在負(fù)載產(chǎn)生變化時保持穩(wěn)定運行，快速調(diào)節(jié)負(fù)載平衡，提高節(jié)能效果。此外，還可使用SSG發(fā)電機系統(tǒng)，保障主機以及發(fā)電機之間相互傳輸功率，提高對廢熱的回收效率。在節(jié)能方式的應(yīng)用下，保障船舶順利運行，減小燃料消耗，提高航行經(jīng)濟效益。

2 船舶電站和船上電氣設(shè)備節(jié)能減排方法

2.1 改裝壓載水系統(tǒng)

在應(yīng)用壓載水系統(tǒng)時，主要包括過濾、電解和中和3個過程。其中過濾環(huán)節(jié)為壓載過程，主要使用過濾器過濾壓載水，在此環(huán)節(jié)可將粒徑>50μm細(xì)微顆粒以及生物過濾出去。電解過程從主管路將壓載水引入電解裝置中，通過電解產(chǎn)生的溶液將浮游生物殺滅，利用分析儀以及控制系統(tǒng)對管路進(jìn)行控制。中和環(huán)節(jié)按照壓載水中的含氯濃度和IMO值對比，利用自動控制系統(tǒng)控制中和劑量。

對裝載水系統(tǒng)進(jìn)行改裝，可提升船舶電站中設(shè)備的節(jié)能性。在改裝過程主要對過濾、電解、中和3個單元進(jìn)行改裝。選用型號為BC-5000的裝置，此裝置的額定處理量可達(dá)4 000 m3/h～5 000 m3/h，電解海水量45 m3/h，其電解單元的尺寸為3500mm×3600mm×770mm，過濾器尺寸為4000mm×2800mm×2600mm。這種船舶中含有體積較小的過濾裝置，占地面積相對適中，同時過濾裝置的水處理量較大，可起到良好的過濾效果。過濾過程對壓頭產(chǎn)生的影響較小，沖洗過程不產(chǎn)生水?dāng)嗔髑闆r，適合在環(huán)境較為惡劣的條件下對海水進(jìn)行過濾。除此之外，改裝后的過濾單元還可以完成手動控制時間與壓差。在電解單元的改裝方面，可選用體積小，并且效率高的開關(guān)電源，配合管板式的電解槽電解設(shè)備，這種設(shè)備具有較高的海水電解效率，并且結(jié)實耐用。在待處理的水量增加的時候，電解模塊中產(chǎn)生的體積變化較小，此裝置中的電解槽為核心部件，使用壽命和船舶相同。在中和單元中，如果壓載水排放TRO濃度小于IMO預(yù)設(shè)值時，此系統(tǒng)可暫時不啟動中和單元，將符合減排要求的水排到船舷外部;當(dāng)TRO濃度大于IMO預(yù)設(shè)值時，此時中和單元即可立即啟動，同時向水管內(nèi)注入適量藥劑，中和TRO，實現(xiàn)流量的自動控制。

經(jīng)過改裝后的裝置滅火技術(shù)成熟可靠，可處理較為渾濁的海水。使用先進(jìn)的技術(shù)改造電解支路，只從壓載管路將1～2%的主管路海水引入電解槽中即可，不需要將壓載水全部流通過電解槽中，也不需要對主管路進(jìn)行改動，便于各種新型船舶的設(shè)計以及傳統(tǒng)船舶的改造。該裝置長電解單元的尺寸較小，因此具有高電解率以及低功率消耗的特點。在新型船舶的設(shè)計方面，可使用模塊化整體設(shè)計方式，保障合理利用船舶空間。在舊船改造方面，可將設(shè)備整體拆分成3～7個不同的模塊，并將其設(shè)計在船舶較為狹窄的空間內(nèi)，同時各個模塊的獨立功能較好，可適用在不同航線當(dāng)中。改裝后的壓載水系統(tǒng)運行成本和維修費用較低，擁有良好的節(jié)能減排特征。

2.2 加裝脫硫系統(tǒng)

為了減少船舶航行過程產(chǎn)生的硫氧化合物對環(huán)境造成的污染，同時降低船舶能量消耗，可以在船舶當(dāng)中加裝脫硫系統(tǒng)，利用脫硫技術(shù)實現(xiàn)這一目標(biāo)。當(dāng)前常使用海水脫硫、石膏脫硫、干燥脫硫3種技術(shù)類型。海水脫硫方面，主要是依賴海水天然中和能力以及酸堿緩沖性能將煙氣中的SO2脫除，此工藝需要借助海水供排系統(tǒng)、水質(zhì)恢復(fù)、煙氣系統(tǒng)以及SO2吸收等系統(tǒng)共同完成。由于海水脫硫過程簡單，應(yīng)用環(huán)節(jié)節(jié)能環(huán)保，對環(huán)境產(chǎn)生的污染較小，因此成為船舶尾氣處理的主要方式之一。在石膏脫硫方面，主要是利用石灰石，將其磨碎成粉，加入適當(dāng)清水配置成石灰漿，中和氧化后，生成石膏。當(dāng)前，此工藝在煙氣脫硫過程中得到了較為廣泛的應(yīng)用，在添加適當(dāng)?shù)乃嵝曰瘜W(xué)物質(zhì)之后，可將脫硫效率提升超過90%。在船舶尾氣的處理方面，可優(yōu)化工藝的應(yīng)用過程，加裝脫硫系統(tǒng)，簡化系統(tǒng)管理流程，減小系統(tǒng)占據(jù)空間，提高脫硫效率，防止對設(shè)備產(chǎn)生較大的腐蝕與磨損。在煙氣脫硫方面，主要是利用石灰石漿液作為制備系統(tǒng)，配合反應(yīng)塔、凈化裝置、輸送裝置、控制系統(tǒng)等共同作用。其脫硫效率可達(dá)70%～95%，可在低硫燃料的處理中取得良好效果。船舶航行通常使用重燃料，其中含硫量較高，因此，需要將尾氣處理工藝進(jìn)行改善，增設(shè)脫硫裝置，使用脫硫吸收劑，最大限度將產(chǎn)物回收再利用，防止脫硫過程需要使用大量濃度較高的石灰石液體，導(dǎo)致設(shè)備被腐蝕以及堵塞等問題。

2.3 高效利用變頻技術(shù)

某船舶為高效利用能源，使用變頻系統(tǒng)，設(shè)置變頻系統(tǒng)在電網(wǎng)內(nèi)輸入三項交流電，在預(yù)充電、濾波、整流、制動斬波等回路的應(yīng)用后，將其轉(zhuǎn)變成直流電，然后輸送到不同的變頻器當(dāng)中?？刂葡到y(tǒng)接收到船上控制系統(tǒng)指令之后，控制變頻器的輸出頻率及電壓，保障電機之間協(xié)同運行。在變頻系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置的變頻器經(jīng)過熔斷器和公共直流電線路相連，這種設(shè)計方式可在不改變原有變頻器的前提下，將其前端整流功能隔斷，滿足電機正常運行的要求。

該變頻系統(tǒng)的節(jié)能原理為，在各個變頻器中存在2種運行狀態(tài)。1）電動牽引。2）制動發(fā)電。船舶作業(yè)在航行過程中，直流母線可有效發(fā)揮其互饋能量的優(yōu)勢，部分變頻器在電動牽引的工況下，其他變頻器在制動發(fā)電的工況下，此時制動工況下變頻器中的電能即可回饋給直流公共母線，電動工況變頻器就可以將其加以利用，解決了獨立的變頻器系統(tǒng)制動環(huán)節(jié)消耗的斬波電阻過高問題。例如在船舶航行過程中，放纜是隨收纜進(jìn)行的，收纜環(huán)節(jié)消耗的能量高于放纜環(huán)節(jié)。因此，在收攬時需要變頻器利用直流母線中的能量大于放纜過程中頻頻器向直流母線回饋的能量。在放纜過程變頻器向母線中回饋的能量可被變頻器全部利用，無需考慮到制動斬波問題。應(yīng)用變頻系統(tǒng)時，對船舶電站產(chǎn)生的沖擊較小，同時對電站容量的要求不高，因為多個變頻器協(xié)同作業(yè)的時候，在公共母線中處于不同的電能利用狀態(tài)，系統(tǒng)可對其中的能量展開循環(huán)利用，進(jìn)而減少系統(tǒng)消耗大量的電網(wǎng)電能，起到良好的節(jié)能效果。

3 結(jié)語

總而言之，在能源緊缺和環(huán)保要求越來越嚴(yán)格的今天，全球?qū)Ω餍袠I(yè)節(jié)能減排的要求逐漸提升，促使船舶電站各項節(jié)能和環(huán)保技術(shù)的更新和發(fā)展。為保障船舶行業(yè)的發(fā)展符合市場規(guī)律，應(yīng)在電站和電氣設(shè)備的應(yīng)用上采取各類節(jié)能方式，保障船舶運行環(huán)節(jié)的高效性和節(jié)能性，促使船舶行業(yè)不斷發(fā)展。

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