海洋漁船尾氣監(jiān)測與處理系統(tǒng)方案設(shè)計研究

引 言

近年來，我國沿海城市霧霾天數(shù)有所增多，除常規(guī)大氣污染外，沿海漁船尾氣排放污染較為嚴(yán)重也是其中原因之一。農(nóng)辦漁〔2017〕25 號《農(nóng)業(yè)部辦公廳關(guān)于做好 2017 年漁業(yè)節(jié)能減排項目實施工作的通知》文件指出漁船節(jié)能減排，開展?jié)O船水污染物排放調(diào)查，完成機(jī)動漁船廢氣排放情況摸底調(diào)查，分析評價漁船排放尾氣污染物含量，形成全國漁船廢氣排放綜合調(diào)查報告，提出漁船廢氣排放污染大氣防治方案建議。從中可以看出，我國對漁業(yè)船舶尾氣處理已越來越重視，相關(guān)尾氣監(jiān)測及處理需要一套更加完善和實用的解決方案。

由于漁船遠(yuǎn)離陸地工作，尾氣處理及監(jiān)測工作難以實時進(jìn)行，針對此現(xiàn)狀，為了使?jié)O船減排既達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，又能有效監(jiān)測，本文提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的漁船尾氣處理及監(jiān)測設(shè)計方案。此系統(tǒng)對漁船尾氣各項指標(biāo)采用采集、處理、再采集的方式來達(dá)到減排、存儲發(fā)送處理前及處理后相關(guān)數(shù)據(jù)的目的，靠岸后通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綕O船尾氣監(jiān)測平臺。

1 設(shè)計分析

現(xiàn)有海洋漁船尾氣監(jiān)測一般有實驗室尾氣比對分析、室外遙感監(jiān)測和船載實時監(jiān)測。實驗室對尾氣對比分析檢測不便，費(fèi)時費(fèi)力，且室外遙感監(jiān)測又對交通狀況和安置地點有苛刻要求，所以本方案主要針對船載實時監(jiān)測設(shè)計，其實際可操作性更強(qiáng)。對當(dāng)前漁船尾氣分析如下 ：

以普通漁船為例，其尾氣排放路徑較為繁瑣，一般尾氣需經(jīng)過排氣總管、增壓前后及廢氣爐前后，在尾氣經(jīng)過不同環(huán)節(jié)時，廢氣溫度有所不同，一般從 500 ℃逐漸降低到300 ℃左右。這樣的尾氣采集及監(jiān)測環(huán)境對采集數(shù)據(jù)結(jié)果有一定影響。由于漁船在海中作業(yè)時會產(chǎn)生搖晃、振動及噪聲， 不可避免地對船舶采油機(jī)產(chǎn)生振動等不良影響，同時振動對監(jiān)測儀器也有一定影響，影響其采集精度。這就要求在設(shè)計采集系統(tǒng)的過程中要考慮到船舶的實際工作場景，盡量減少振動及噪聲帶來的影響。監(jiān)測指標(biāo)多樣化，如船舶尾氣主要排放物有氮氧化合物、硫氧化合物和碳煙，還有部分一氧化碳、二氧化碳等。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，對氮氧化合物和硫氧化合物進(jìn)行排量限制，并逐年限制，更加嚴(yán)格。

2 設(shè)計方案

本系統(tǒng)綜合考慮漁船工作實際場景的相關(guān)因素，在設(shè)計中充分考慮對相關(guān)重要指標(biāo)的監(jiān)測，并將溫度等相關(guān)作業(yè)參數(shù)考慮到處理補(bǔ)償當(dāng)中，尤其要關(guān)注漁船實際工作環(huán)境中振動及噪聲對采集數(shù)據(jù)及儀器設(shè)備的影響，從外部設(shè)計及算法中進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。本設(shè)計方案對經(jīng)廢氣爐后所排放尾氣進(jìn)行監(jiān)測及處理，在設(shè)計過程中加入了感知、處理和反饋等裝置。尾氣處理架構(gòu)圖如圖 1 所示。

根據(jù)實際系統(tǒng)需求，采用物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行控制、處理及數(shù)據(jù)傳輸。尾氣采集過程中充分考慮對溫度等參數(shù)的影響，漁船靠岸后通過無線傳輸方式將船舶采集及處理終端存儲的參數(shù)發(fā)送至云服務(wù)器端。根據(jù)前后端采集數(shù)據(jù)參數(shù)，采用智能控制算法來控制尾氣的處理。尾氣采集節(jié)點與采集及處理終端使用有線的物聯(lián)網(wǎng)連接方式，而采集及處理終端與尾氣數(shù)據(jù)監(jiān)測云端服務(wù)器采用 ZigBee+ 以太網(wǎng)的連接方式。

對于尾氣處理，常用的脫硫技術(shù)有石膏法煙氣脫硫、旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法煙氣脫硫和海水脫硫等，常用的脫硝技術(shù)有選擇性催化還原法和選擇性非催化還原法等。考慮漁船實際空間大小等因素，將采用一體化的尾氣處理裝置，同時對采集數(shù)據(jù)分析進(jìn)行精準(zhǔn)控制，減少尾氣處理中的資源浪費(fèi)。在處理機(jī)制中，引入人工智能算法，使控制及處理更加智能化和精準(zhǔn)化。

在尾氣采集及處理終端硬件設(shè)計中，采集節(jié)點時要充分考慮高溫下采集的實際工作環(huán)境，采集及控制終端的振動、高溫、潮濕等環(huán)境因素，也要考慮靠岸后的數(shù)據(jù)傳輸，利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)的自組網(wǎng)形式將數(shù)據(jù)上傳至云服務(wù)器端。硬件初步設(shè)計采用 STM32 作為核心芯片，帶有數(shù)據(jù)存儲功能， 設(shè)計四路模擬及數(shù)字量采集，無線傳輸采用 CC2530 的設(shè)計方案，同時留有其他通信擴(kuò)展接口。

3 結(jié) 語

本文以海洋環(huán)境污染急需解決的海洋漁船尾氣污染作為出發(fā)點，設(shè)計一套海洋漁船尾氣監(jiān)測與處理的解決方案。此方案采用處理前后采集數(shù)據(jù)雙補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行尾氣處理的智能化控制，從已有相關(guān)系統(tǒng)來看，可以滿足復(fù)雜環(huán)境中的監(jiān)測及處理。海洋漁船一體化尾氣監(jiān)測與處理系統(tǒng)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于尾氣監(jiān)測與處理中，優(yōu)勢明顯，相關(guān)技術(shù)成熟， 可以更加客觀地展示漁船工作中的實際排放和處理情況，擁有廣闊的應(yīng)用前景和節(jié)能減排的實際意義。