海洋渔船尾气监测与处理系统方案设计研究

引 言

近年来，我国沿海城市雾霾天数有所增多，除常规大气污染外，沿海渔船尾气排放污染较为严重也是其中原因之一。农办渔〔2017〕25 号《农业部办公厅关于做好 2017 年渔业节能减排项目实施工作的通知》文件指出渔船节能减排，开展渔船水污染物排放调查，完成机动渔船废气排放情况摸底调查，分析评价渔船排放尾气污染物含量，形成全国渔船废气排放综合调查报告，提出渔船废气排放污染大气防治方案建议。从中可以看出，我国对渔业船舶尾气处理已越来越重视，相关尾气监测及处理需要一套更加完善和实用的解决方案。

由于渔船远离陆地工作，尾气处理及监测工作难以实时进行，针对此现状，为了使渔船减排既达到标准，又能有效监测，本文提出一种基于物联网技术的渔船尾气处理及监测设计方案。此系统对渔船尾气各项指标采用采集、处理、再采集的方式来达到减排、存储发送处理前及处理后相关数据的目的，靠岸后通过无线网络传输到渔船尾气监测平台。

1 设计分析

现有海洋渔船尾气监测一般有实验室尾气比对分析、室外遥感监测和船载实时监测。实验室对尾气对比分析检测不便，费时费力，且室外遥感监测又对交通状况和安置地点有苛刻要求，所以本方案主要针对船载实时监测设计，其实际可操作性更强。对当前渔船尾气分析如下 ：

以普通渔船为例，其尾气排放路径较为繁琐，一般尾气需经过排气总管、增压前后及废气炉前后，在尾气经过不同环节时，废气温度有所不同，一般从 500 ℃逐渐降低到300 ℃左右。这样的尾气采集及监测环境对采集数据结果有一定影响。由于渔船在海中作业时会产生摇晃、振动及噪声， 不可避免地对船舶采油机产生振动等不良影响，同时振动对监测仪器也有一定影响，影响其采集精度。这就要求在设计采集系统的过程中要考虑到船舶的实际工作场景，尽量减少振动及噪声带来的影响。监测指标多样化，如船舶尾气主要排放物有氮氧化合物、硫氧化合物和碳烟，还有部分一氧化碳、二氧化碳等。根据相关规定，对氮氧化合物和硫氧化合物进行排量限制，并逐年限制，更加严格。

2 设计方案

本系统综合考虑渔船工作实际场景的相关因素，在设计中充分考虑对相关重要指标的监测，并将温度等相关作业参数考虑到处理补偿当中，尤其要关注渔船实际工作环境中振动及噪声对采集数据及仪器设备的影响，从外部设计及算法中进行改进和优化。本设计方案对经废气炉后所排放尾气进行监测及处理，在设计过程中加入了感知、处理和反馈等装置。尾气处理架构图如图 1 所示。

根据实际系统需求，采用物联网相关技术进行控制、处理及数据传输。尾气采集过程中充分考虑对温度等参数的影响，渔船靠岸后通过无线传输方式将船舶采集及处理终端存储的参数发送至云服务器端。根据前后端采集数据参数，采用智能控制算法来控制尾气的处理。尾气采集节点与采集及处理终端使用有线的物联网连接方式，而采集及处理终端与尾气数据监测云端服务器采用 ZigBee+ 以太网的连接方式。

对于尾气处理，常用的脱硫技术有石膏法烟气脱硫、旋转喷雾干燥法烟气脱硫和海水脱硫等，常用的脱硝技术有选择性催化还原法和选择性非催化还原法等。考虑渔船实际空间大小等因素，将采用一体化的尾气处理装置，同时对采集数据分析进行精准控制，减少尾气处理中的资源浪费。在处理机制中，引入人工智能算法，使控制及处理更加智能化和精准化。

在尾气采集及处理终端硬件设计中，采集节点时要充分考虑高温下采集的实际工作环境，采集及控制终端的振动、高温、潮湿等环境因素，也要考虑靠岸后的数据传输，利用无线传感网络的自组网形式将数据上传至云服务器端。硬件初步设计采用 STM32 作为核心芯片，带有数据存储功能， 设计四路模拟及数字量采集，无线传输采用 CC2530 的设计方案，同时留有其他通信扩展接口。

3 结 语

本文以海洋环境污染急需解决的海洋渔船尾气污染作为出发点，设计一套海洋渔船尾气监测与处理的解决方案。此方案采用处理前后采集数据双补偿的方式进行尾气处理的智能化控制，从已有相关系统来看，可以满足复杂环境中的监测及处理。海洋渔船一体化尾气监测与处理系统，将物联网技术应用于尾气监测与处理中，优势明显，相关技术成熟， 可以更加客观地展示渔船工作中的实际排放和处理情况，拥有广阔的应用前景和节能减排的实际意义。