船舶排煙控制與管理

青島大華公估有限公司 喬俊山

山東海事局 常得上

目前，針對船舶動力裝置排氣污染的防治，世界各國都在積極研究和創(chuàng)新，提出了許多新設(shè)計和新技術(shù)，改進(jìn)了柴油機的燃燒性能，一系列新的節(jié)能減排技術(shù)和設(shè)備在實船上得以成功應(yīng)用。IMO也根據(jù)科技進(jìn)步的實際情況不斷提高船舶清潔排放的標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)大氣環(huán)保向著更高的目標(biāo)不斷推進(jìn)。伴隨MARPOL73/78公約附則VI的強制實施，防止船舶造成大氣污染進(jìn)入一個新的階段。當(dāng)前船舶使用的防大氣污染技術(shù)主要涉及幾個方面，如提高石油裂解提純質(zhì)量、改進(jìn)機器燃燒室部件設(shè)計、采用優(yōu)化燃燒質(zhì)量的新技術(shù)、排氣脫硫、脫硝清洗、研發(fā)新型節(jié)能環(huán)保發(fā)動機、加強設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)、實時調(diào)整運行參數(shù)等等，力爭使排氣中的NOx、SOx減到最少，從而符合公約的各項規(guī)定。

本文著重闡述當(dāng)前船舶實際使用的排氣控制的不同模式，旨在使各級輪機員對船舶防大氣污染的技術(shù)、設(shè)備和管理方式有一個全面的了解，以提高船舶排煙控制與管理水平。

一、SOx的控制

公約對SOx的排放標(biāo)準(zhǔn)是限制區(qū)域內(nèi)使用的燃油硫分不得超過1.5% m/m（質(zhì)量百分比），柴油機排煙中硫化物不得超過6.0 g/kWh，在非限制區(qū)域內(nèi)燃油硫分不得超過4.5% m/m。2008年通過并于2010年生效的MARPOL公約附則VI修正案規(guī)定，全球范圍內(nèi)2012年后船舶燃油硫分應(yīng)降至3.5% m/m以下，2020年后應(yīng)降至0.5% m/m；在限制區(qū)域內(nèi)2010年7月1日后硫分降至1.0% m/m，2015年開始降至0.1% m/m。當(dāng)前，一些國家在一些特殊的區(qū)域還有著一些更嚴(yán)格的規(guī)定，譬如，美國加利福尼亞州規(guī)定距加州海岸線24 n mile內(nèi)水域航行和靠港的船舶，所用燃油硫分不得超過0.10% m/m，該規(guī)定自2012年1月1日起執(zhí)行，原先只規(guī)定副機和鍋爐換用MGO（最高硫分0.20% m/m）的法規(guī)同時廢止；歐盟規(guī)定，自2010年1月1日起所有進(jìn)出歐盟港口的船舶以及歐盟內(nèi)銷售的輕油，其硫分不得超過0.10% m/m的最高限制，原來的最高硫分0.20%m/m限制已經(jīng)得以提高。目前，MARPOL公約規(guī)定的硫化物限制排放區(qū)域（SECA）有波羅的海和包括英吉利海峽在內(nèi)的泛北海海域。對SOx的控制，主要從降低燃油硫分的含量這一根本方法入手，結(jié)合運用燃燒新技術(shù)，采用當(dāng)前陸地工業(yè)技術(shù)比較成熟的排氣除塵脫硫工藝，兼顧船舶經(jīng)濟性的考量，在公約的限制區(qū)域內(nèi)達(dá)標(biāo)排放，而在其他非限制區(qū)域則以較低的標(biāo)準(zhǔn)排放。對燃油質(zhì)量的控制，客觀上決定于煉油廠煉化技術(shù)，船舶方面作為使用者只能從管理上下工夫，來滿足公約的要求，燃油接收時要注意硫分是否合乎標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)出限制區(qū)域時要注意高低硫分燃油的切換程序，注意使用低硫分燃油對機器的影響，必要時調(diào)整機器運行參數(shù)。下面細(xì)述各方面對燃油的控管。

（一） 加裝燃油的管理

一般要按照預(yù)計航次的要求來申請加裝燃油，倘若要抵達(dá)某限制區(qū)域，必須提前添加低硫油（LSFO），不得與原有的高硫油（HSFO）混合，預(yù)加入LSFO的油艙要提前沖洗，避免HSFO污染LSFO。不管是高硫分油還是低硫分油，公約對燃油的添加與管理都有嚴(yán)格的規(guī)定。加裝燃油時，必須事先確認(rèn)燃油硫分等指標(biāo)是否合乎要求，做加油計劃時避免燃油混艙，取樣時盡量在受油船加油總管上采用連續(xù)滴注的方式，用專用采樣桶采取7 L左右油樣，在采樣過程中，滴油不得中斷，且采樣桶須在雙方見證的情況下加鉛封。采樣結(jié)束后再分裝成5～6小瓶（大約1L/瓶），每瓶加鉛封并貼上帶有各自封條編號的標(biāo)簽，一瓶用于MARPOL專用油樣，妥善保留在受油船上至少1年以上（自受油日始）；一瓶用于受油船保存，自受油日開始至少保存60天以上；其他油樣用于送化驗室、供油船保存、公證師保存等。MARPOL油樣鉛封編號、受油時間、地點、供油船名、受油數(shù)量、分別加入的油艙名稱、油品種類、BDN（收油單）上列明的硫分值、化驗的實際硫分值、該燃油開始使用的時間、該燃油用光的時間等都必須如實填寫在公約附則VI專用記錄簿中。MARPOL油樣留船1年以后的去向也必須記錄，如果燃油收受雙方存在某種索賠爭議，油樣需復(fù)檢化驗，此時所用油樣就是以MARPOL油樣為準(zhǔn)，如果存在這種情況，必須如實記入記錄簿。當(dāng)然，收油單要留船3年以上，加油記錄同樣也要錄入油類記錄簿。如果有高低硫分燃油，切記要分艙儲存，不得混艙。

（二） 高低硫分燃油的切換

按照公約附則VI規(guī)定，船舶進(jìn)入限制區(qū)域時，要換用低硫分燃油。對于1998年7月之后建造的船舶，不同類型燃油必須具備兩個日用柜，即所謂的雙燃油系統(tǒng)，可以避免混油，節(jié)省低硫油的消耗。而1998年7月之前建造的船舶一般沒有專用低硫分燃油日用柜，這樣高低硫分燃油就存在部分摻混，最好待沉淀柜和日用柜油位降至可能的最低位，再轉(zhuǎn)換油艙，把低硫分油駁入沉淀柜，這時一定要把換油時間、船位、換油油艙內(nèi)油品的硫分值記錄在油類記錄簿和機艙LOGBOOK。因為沉淀柜和日用柜內(nèi)剩余的高硫分油被消耗光需要時間，所以主副機真正開始燃用低硫分燃油的時間一定滯后于油艙切換時間，該滯后量需根據(jù)主副機油耗、沉淀柜和日用柜艙容、沉淀柜和日用柜剩余高硫分油量、主副機至日用柜的管系容量、分油機流量、兩種燃油的硫分、沉淀柜的每次駁油量來計算得到，少則10多個小時，多則兩三天，其間變量較多?？梢匀藶檎{(diào)整某些參數(shù)，使所需時間最短化，從而節(jié)省低硫分油的消耗。待真正開始燃用低硫分油，要把時間、船位記入油類記錄簿，此時要保證船舶尚未進(jìn)入限制區(qū)域，確保在限制區(qū)域內(nèi)完全燃用低硫油。待離開限制區(qū)域時，將高低硫分油艙重新轉(zhuǎn)換，此時的船位、時間同樣也要記入油類記錄簿，這樣就嚴(yán)格按照規(guī)定正確完成了操作和記錄。

（三） 燃用高/低硫分油時汽缸油注油量的調(diào)節(jié)

二沖程主機要使用汽缸油，以MAN-B&W主機為例，一般使用的汽缸油堿值（TBN）為70，對應(yīng)的燃油硫分在1.5%～3.2%之間，當(dāng)使用更高硫分燃油（硫分3.2%以上）時，或者當(dāng)使用更低硫分油（硫分1.5%以下）時，汽缸油的堿值也得做相應(yīng)調(diào)整，或者燃用低硫油時換用低堿值（TBN為40）的汽缸油。目前，船上一般只存有TBN為70的汽缸油，不易做到雙汽缸油配置，只能仍使用原先汽缸油，調(diào)整汽缸油注油量，使燃燒室部件少結(jié)炭，從而使缸套、活塞、活塞環(huán)免受過度磨損和堿性或酸性腐蝕。一般來講，調(diào)整的原則是汽缸油注油量同燃油硫分值成線性關(guān)系，硫分小于1.5%或大于3.2%時調(diào)整注油量，介于1.5%和3.2%之間的不必調(diào)整，仍用原先推薦的注油率。一般可以參照下面的公式來調(diào)整：

式中：P代表調(diào)整后的注油率；P0代表調(diào)整前的注油率；S代表當(dāng)前燃油硫分值。

調(diào)整要分步進(jìn)行，每一次調(diào)整的汽缸油注油率變化值以不超過0.05 g/psh為宜。以MAN-B&W柴油機為例，K/L系列主機汽缸油注油率適宜的范圍是0.6～1.35 g/psh，S系列則為0.7～ 1.65 g/psh，調(diào)整時可以參考之。不論是機械式還是電子式注油器，對汽缸油的調(diào)整，缸內(nèi)的潤滑情況都必須以實際觀察為準(zhǔn)，要勤打開檢查掃氣口，以確認(rèn)缸內(nèi)有適宜的潤滑，一旦有異常磨損征兆，應(yīng)立刻將當(dāng)前注油量增大1.5倍，運行一段時間后再進(jìn)行掃氣口檢查。

（四） 換用MGO

當(dāng)燃油系統(tǒng)換用MGO時，要注意切換時的油溫，在70 ℃左右平滑切換，防止高壓油泵因油溫突變而卡死，以及高溫可能使輕油快速氣化致使油流因氣塞而中斷。同時，長期燃用重油的柴油機換用輕油后其高壓油泵柱塞偶件會出現(xiàn)微小的泄漏，這是允許的，待換回重油后這些泄漏就會消失。當(dāng)然，如果漏泄嚴(yán)重，則說明油泵內(nèi)密封圈高溫老化需更換。

（五） SOx洗滌器（干式或濕式）

目前，排氣水洗系統(tǒng)已經(jīng)在一些特種船和超級游輪上安裝使用，少數(shù)商船上也采用水洗系統(tǒng)。此種濕式脫硫清洗系統(tǒng)利用排氣通過噴淋水洗的方式，使排煙中的SOx溶解到水中，起到脫硫的效果，達(dá)到排放限制標(biāo)準(zhǔn)，同時可以除塵和降溫，但是會增加排氣阻力，排煙管易受酸的腐蝕。為此可以在水中加入苛性鈉，以中和硫酸。陸地工業(yè)常用的干式脫硫除塵技術(shù)也有在船舶應(yīng)用，但使用案例不多，主要是考慮到初次投入較大和吸附觸媒的后續(xù)維護(hù)在船上遇到的困難。當(dāng)然，任何一種排氣清潔系統(tǒng)，都必須得到IMO認(rèn)可后方能實船應(yīng)用，并且濕式洗滌后的廢水不得在港內(nèi)排放，必須收集到專用水柜，排至岸上接收裝置或在公海按規(guī)定排放。

二、NOx的控制

排氣中NOx的控制也同樣受到一些技術(shù)方面的阻礙，但是MARPOL公約制定的標(biāo)準(zhǔn)必須要遵守，且在不遠(yuǎn)的將來還要進(jìn)一步提高排放標(biāo)準(zhǔn)。公約附則VI規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)是分三步走的，即2000年1月1日至2011年1月1日期間，130 kW及以上的柴油機排放要達(dá)到如下標(biāo)準(zhǔn)：

轉(zhuǎn)速小于130 r/min的柴油機NOx排放不得超過17.0 g/kWh；

轉(zhuǎn)速大于2 000 r/min的柴油機NOx排放不超過9.84 g/kWh；

轉(zhuǎn)速介于130 r/min和2 000 r/min的柴油機NOx排放不超過 45·n（-0.2）g/kWh。

2011年1月1日以后，上述柴油機的NOx排放限制分別不得超過14.36g/kWh、7.66g/kWh、44·n（-0.23）g/kWh。而自2016年1月1日以后，在限制區(qū)域內(nèi)NOx排放限制分別不得超過3.40 g/kWh、1.94 g/kWh、9·n（-0.2）g/kWh，非限制區(qū)域內(nèi)不超過第二階段的排放限制。第一階段目標(biāo)比較簡單，已經(jīng)完全達(dá)到；第二階段主要是通過改進(jìn)燃燒設(shè)計、控制運行參數(shù)在極限范圍內(nèi)、研發(fā)應(yīng)用新型智能柴油機、排氣脫硝等措施來實現(xiàn)的，效果不錯；而第三階段排放標(biāo)準(zhǔn)更趨嚴(yán)格，不僅要采用低排放的智能柴油機，還要在此基礎(chǔ)上配合清潔的缸內(nèi)凈化技術(shù)和機外的排氣脫硝后處理技術(shù)聯(lián)合運用。目前各主流柴油機廠商都在積極研發(fā)新技術(shù)，各家采用的技術(shù)組合也各不相同，但目標(biāo)是一致的，即達(dá)到或優(yōu)于公約的排放限制要求。

（一） 柴油機排放的技術(shù)保障

實船上通常使用IMO認(rèn)可的柴油機，該柴油機對燃燒室部件有特殊的設(shè)計和加工工藝，臺架試驗中到達(dá)了IMO的排放標(biāo)準(zhǔn)，獲得IMO認(rèn)可的EIAPP證書或者技術(shù)文件（Technical File），這好比每臺柴油機的身份證，涉及的柴油機部件也都有各自專屬的ID編號，從而從技術(shù)硬件上保證排放能達(dá)標(biāo)。而且制造商還從一個系列的柴油機當(dāng)中選取某款作為原型機，通過臺架試驗或航行試驗得到不同負(fù)荷狀態(tài)下的大量運轉(zhuǎn)參數(shù)數(shù)據(jù)，找到該系列機型的排放極限數(shù)據(jù)。實船使用時只要調(diào)整各個參數(shù)不超過該極限參數(shù)，就能保證排放達(dá)標(biāo)。影響燃燒性能的部件很多，主要有缸套、活塞頭、缸蓋、高壓油泵柱塞、套筒、油頭、燃油凸輪、排氣凸輪、排氣閥、增壓器（包括壓氣葉輪、渦輪、噴嘴環(huán)、擴壓器）、空冷器、輔助鼓風(fēng)機、調(diào)速器等。一些設(shè)計參數(shù)，如壓縮比、噴油提前角、噴油行程、排氣正時、油頭噴油壓力等，都是由廠家規(guī)定好的，不得隨意更改。如果更換備件，必須換用廠家許可的帶有ID編號的部件，否則難以保證燃燒排放達(dá)到環(huán)保的要求；在日常管理中，要注意調(diào)整運行參數(shù)，使之不超過其極限范圍，從而從運行管理上做到真正達(dá)標(biāo)。所有的檢查、調(diào)整、更換，都必須做好相應(yīng)的記錄，在技術(shù)文件附頁中有記錄表格，為日后迎檢和技術(shù)史料參考作準(zhǔn)備。在運行參數(shù)當(dāng)中，比較重要的有爆發(fā)壓力pmax、掃氣溫度tscav和透平排氣背壓pback，這三個參數(shù)對NOx排放的影響最大，從中也可以看出柴油機實際的運行狀況，所以日常管理時要引起高度重視。可以在每月或每航次測試主機功率時或調(diào)整相關(guān)參數(shù)后，測取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，畫成曲線，同限制數(shù)值作比對，直觀地進(jìn)行實船復(fù)核，以驗證排放是否達(dá)標(biāo)。同時，這也是最直接地判斷到運行參數(shù)是否達(dá)標(biāo)的客觀證據(jù)。每次檢查可以在柴油機拆檢或例行保養(yǎng)時一并進(jìn)行，即便沒有更換備件，也要做好復(fù)核記錄，為日后檢查提供依據(jù)。

（二）應(yīng)用新技術(shù)

為達(dá)到節(jié)能、降低排放的目的，各種新技術(shù)不斷在船上得以試驗和應(yīng)用。目前運用的新技術(shù)很多，譬如廢氣再循環(huán)技術(shù)（EGR）、乳化油技術(shù)、進(jìn)氣加濕技術(shù)、缸內(nèi)噴水技術(shù)（DWI）、兩級可變增壓技術(shù)、可變進(jìn)氣凸輪正時技術(shù)（MILLER）、提高壓縮比技術(shù)、柔性燃油噴射技術(shù)、優(yōu)化燃燒室技術(shù)、推遲噴油正時技術(shù)，等等。Wetpac進(jìn)氣加濕技術(shù)是噴水進(jìn)入進(jìn)氣總管，形成水分飽和空氣，使燃燒溫度降低，從而降低NOx的排放。歐洲的維京公司很早就試驗使用油中摻水（Wetpac E）技術(shù)，該技術(shù)是將微量水與燃油充分混合乳化，噴射后形成油包水的細(xì)小油粒子，燃燒過程中水分蒸發(fā)，降低排氣溫度，NOx的產(chǎn)生量也大大減少。缸內(nèi)高壓直接噴水技術(shù)（DWI）是在40 MPa壓力下將少量水直接噴入汽缸，NOx減排效果明顯。但是油中有水和燃燒室有水都容易腐蝕噴油設(shè)備和燃燒室部件，所以該技術(shù)還有待進(jìn)一步優(yōu)化?？勺冞M(jìn)氣正時技術(shù)（MILLER）通過智能控制在下止點前30°CA（中等米勒）或下止點前60°CA（強米勒）提前關(guān)閉進(jìn)氣閥，從而使循環(huán)進(jìn)氣量減少，缸內(nèi)氧濃度急劇下降，缸內(nèi)燃燒溫度和最高燃燒壓力均降低，大大降低NOx排放。但是為維持柴油機工作性能，必須提高進(jìn)氣壓力，常需與二級增壓配合使用。很明顯，這是針對四沖程柴油機而言，而對二沖程柴油機，通過智能控制排氣閥的關(guān)閉正時，同樣可控制進(jìn)氣量。廢氣再循環(huán)（EGR）是將部分排氣經(jīng)冷卻后導(dǎo)入專用透平壓氣端，經(jīng)增壓冷卻后進(jìn)入掃氣箱與增壓空氣混合，供柴油機燃燒使用，這樣進(jìn)氣中氧氣的含量就會下降，達(dá)到降低NOx的目的，該技術(shù)還分為高壓和低壓EGR兩種。柔性噴油技術(shù)是將高壓油泵的噴油動作智能化（適于電噴柴油機），分為預(yù)噴、主噴、后噴，依據(jù)負(fù)荷的大小，靈活控制噴油的節(jié)點和時長，促進(jìn)擴散燃燒，使整個燃燒過程柔和無爆燃，盡可能充分利用氧氣，既可減少炭煙（可吸入顆粒物）的排放，又可減少NOx。兩級增壓技術(shù)是采用兩臺增壓器串聯(lián)布置，廢氣先進(jìn)入高增壓HP透平，再進(jìn)入低增壓LP透平，空氣經(jīng)LP增壓并冷卻后進(jìn)入HP增壓，在經(jīng)中冷器后供入掃氣總管，這樣掃氣壓力可以達(dá)到9～10個大氣壓，大大增加了循環(huán)供氣量。其他的一些技術(shù)也各有千秋，最終在實船上得以不同程度的試用，我們在日常管理中遇到這些技術(shù)應(yīng)用的機會目前來講還很少，故在此不再贅述。

（三）新型智能低排放柴油機（LEE）的應(yīng)用

當(dāng)前，世界上知名的船用柴油機廠商和技術(shù)咨詢公司MAN-B&W、Caterpillar、Wartsila和AVL都在積極研發(fā)智能低排放柴油機，以滿足第三階段排放的需求，提前搶占市場。以MAN-B&W和SULZER為例，二者都研發(fā)了高壓共軌電噴柴油機（CCR），而且都在實船上得以應(yīng)用，節(jié)能減排效果良好。SULZER首先在其傳統(tǒng)RTA柴油機基礎(chǔ)上研制了RT-FLEX型智能機，MAN-B&W緊跟著以其MC型為原型機研制出了ME型智能機，兩種智能機在結(jié)構(gòu)上都有巨大的改進(jìn)，取消了凸輪軸。RT-FLEX智能機使用兩種高壓油軌——100 MPa的燃油軌和20 MPa的滑油軌，由滑油軌提供的壓力油提供電磁伺服閥的驅(qū)動油，再由伺服閥控制高壓燃油的順序噴射，其他正時同樣由滑油軌來控制；ME智能機則只用20 MPa的滑油軌來驅(qū)動所謂的高壓油泵，由燃油噴射比例閥控制動力燃油的供給量，最終控制燃油噴射、排氣閥、啟動閥、汽缸注油器的有序動作。無論是ME還是RT-FLEX，都可以實現(xiàn)對噴油正時、吸排氣正時、啟動、換向、汽缸油注入正時的精確控制。調(diào)整缸內(nèi)壓縮壓力和燃燒開始及持續(xù)時間，可以采用多次燃油噴射，控制循環(huán)噴油量，從而使缸內(nèi)燃燒過程基本可控，可使排溫降低，NOx排放得以減少，達(dá)到減排的目的，即所謂的環(huán)保模式，適合在限制區(qū)域航行時使用；也有節(jié)能模式，但與環(huán)保模式相反，在較低負(fù)荷時提前噴油，提高爆壓，燃燒迅速劇烈，瞬間溫升極快，缸內(nèi)有效壓力增大，節(jié)能效果突出，但NOx產(chǎn)生量相對會略多，適合在公海等非限制區(qū)域航行時使用。目前，這兩種智能機在實船都有不少應(yīng)用，反應(yīng)較好，它代表著未來節(jié)能減排發(fā)展的趨勢，相信將來會有越來越多的船舶應(yīng)用智能柴油機。

（四）排氣后處理脫硝技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)代陸用脫硝技術(shù)正在如火如荼地研發(fā)應(yīng)用，同樣也給船用排氣脫硝帶來革命性的影響，相信很快就會有越來越多的新技術(shù)應(yīng)用到船舶上。目前船舶排氣后處理脫硝技術(shù)主要采用選擇性催化還原技術(shù)（SCR）和一氧化氮降解技術(shù)（NOR），該兩方法的脫硝效果較好，但初次投資和運行成本也較高。SCR技術(shù)是向排氣管中噴射尿素，將NOx揮發(fā)分解后形成氨（NH3），該技術(shù)可以有效降低NOx排放，但需高溫環(huán)境，否則當(dāng)燃用高硫油時遇到溫度較低的廢氣易形成硫酸銨而堵塞排煙管。一氧化氮降解法是相對最有效的減排方法，廢氣通過一氧化氮降解器后可以將NOx減少90%，它還能有效降低碳?xì)浠衔锱欧趴偭亢皖w粒排放。但是，從船舶流動性特點和運行環(huán)境惡劣以及催化觸媒更換成本等方面來考慮，排氣后處理脫硝技術(shù)在船舶的應(yīng)用似乎還要有相當(dāng)長的一段路要走。

（五）燃?xì)獍l(fā)動機的使用

隨著全世界石油儲量的日益減少，燃油價格的不斷上漲，天然氣的開發(fā)利用越來越顯現(xiàn)出其優(yōu)越的經(jīng)濟價值，燃?xì)獍l(fā)動機的商用開發(fā)應(yīng)運而生，其排放低、運行成本低、技術(shù)成熟、安全可靠的特點，被公認(rèn)為最理想的替代燃油發(fā)動機，而且已經(jīng)在車用發(fā)動機上積累了大量的實踐經(jīng)驗。不管是純天然氣發(fā)動機還是氣柴混合動力發(fā)動機，都各有成熟的控制技術(shù)，運行很可靠，營運成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于柴油發(fā)動機，這是因為LNG的成分是甲烷，無色無味無毒無腐蝕，熱值高，燃燒效率高，成本相對低，NOx排放比燃用HFO低85%～90%。同時，LNG通常不含硫，所以SOx排放幾乎為零，而且因為甲烷中碳?xì)浜康偷木壒?，CO2的排放低約30%。自2010年5月1日起，IMO放寬了船舶使用LNG作為燃料的限制，后續(xù)相關(guān)安全規(guī)則不久將面世。隨著海底天然氣的逐步開發(fā)，價格將更趨穩(wěn)定，LNG作為船用燃料的前景將更加光明。當(dāng)前船用發(fā)動機大范圍改換天然氣或氣柴混合動力發(fā)動機（DF）并不現(xiàn)實，這是因為船上儲氣罐的容積布置、陸上灌氣設(shè)施的配置、LNG冷卻液化和再氣化技術(shù)以及質(zhì)量較差燃?xì)獾膽?yīng)用技術(shù)等因素的阻礙，但是至少對于LNG運輸船和小型近岸航行船舶可以考慮改裝氣體燃料發(fā)動機，以期達(dá)到一步到位的節(jié)能減排目的。世界主流船用發(fā)動機廠商都在開發(fā)氣體發(fā)動機，該技術(shù)代表了未來船用機的發(fā)展趨勢，諸如MAN、Wartsila、Rolls Royce公司已經(jīng)有幾種型號投入使用，我國也自主開發(fā)了一些機型在試驗。另外，液化石油氣（LPG）作為與LNG相似的燃料，未來的船用價值不可估量。盡管IMO尚未放寬限制，但相信不久的將來有望改變，因為MAN公司已經(jīng)生產(chǎn)出適合燃用LPG的船用機。

三、CO2的控制

MARPOL公約附則VI不僅僅是對NOx、SOx有害氣體的排放加以控制，對所有溫室氣體的排放控制才是其終極目標(biāo)。早在1997年公約締約國大會上IMO就研究了船舶CO2排放問題，并于2011年7月MEPC62會議上通過了公約附則VI下的船舶能效規(guī)則修正案EEDI（Energy Efficiency Design Index），這是第一個專門針對國際海運溫室氣體減排的強制性法律文件，適用于400總噸及以上的所有國際航行船舶，已于2013年1月1日生效。該修正案要求新造船舶在設(shè)計和建造階段達(dá)到高能效標(biāo)準(zhǔn)，旨在從硬件根源上控制航運溫室氣體的排放。新法規(guī)生效后，船舶一旦投入營運，不僅要求船舶設(shè)計、生產(chǎn)工藝、配套設(shè)備、新能源技術(shù)應(yīng)用等方面有較高的節(jié)能水準(zhǔn)，而且必須配合良好的操作管理水平，使設(shè)計的節(jié)能減排能力真正發(fā)揮出來，從管理上要效益，盡可能使設(shè)備保持應(yīng)有的較高效率，努力降低運營成本，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。

EEDI指數(shù)是用船舶在最大裝載能力下，以一定航速航行所需推進(jìn)功率以及相關(guān)輔助功率所消耗的燃油排放的CO2排放量來表征船舶的能效水平。它由主機主推進(jìn)功率（不包括軸帶發(fā)電機功率）與為主機服務(wù)的輔機功率（包括推進(jìn)機械和生活所需功率，如主機泵、導(dǎo)航設(shè)備、船上起居等消耗的功率，但不包括不用于推進(jìn)機械/系統(tǒng)的功率，如側(cè)推、貨泵、起貨設(shè)備、壓載泵、貨物冷藏、貨艙通風(fēng)等）之和減去輔助動力的節(jié)能技術(shù)（如廢熱回收）增加的推進(jìn)功率或節(jié)省的燃油轉(zhuǎn)換成的CO2排放量以及主推進(jìn)動力的節(jié)能技術(shù)帶來的燃油節(jié)省轉(zhuǎn)換成的CO2排放量，所得差值除以船舶載貨量與該載貨量下的航速的乘積，并考慮了技術(shù)和規(guī)范要求對載貨量的限制系數(shù)和惡劣海況對航速的限制系數(shù)，即得到EEDI指數(shù)。公約規(guī)定“獲得的能效設(shè)計指數(shù)”A（attained EEDI）應(yīng)小于“要求的能效設(shè)計指數(shù)”R（required EEDI），即A應(yīng)小于R，如果A大于等于R，則表示該設(shè)計不能被有效認(rèn)可，需要進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計。對EEDI指數(shù)影響最大的是航速、為到達(dá)該航速而需的安裝功率、載貨量，因而可以采取的優(yōu)化EEDI指數(shù)的措施也圍繞這些參數(shù)來選定，主要有以下方法：適當(dāng)降速，降低主機功率，提高主機能效，選用低排放主機，如雙燃料主機等；加強廢熱利用，如廢氣鍋爐、廢氣透平發(fā)電等；采用軸帶發(fā)電機；利用風(fēng)能、太陽能、燃料電池、替代能源等多種創(chuàng)新科技；降低船舶阻力，如螺旋槳優(yōu)化、船殼涂層優(yōu)化、附體節(jié)能技術(shù)等；提高推進(jìn)效率，如槳前導(dǎo)流罩、低速船槳前預(yù)旋鰭（可節(jié)油4%），槳后水流能量回收技術(shù)，如高速船螺旋槳轂帽鰭（節(jié)油1%～2%），在舵葉對應(yīng)車葉同一高度處加導(dǎo)流帽和舵翼（RBS-F），可以節(jié)油1%～3%，還有對轉(zhuǎn)槳、吊艙電力推進(jìn)器、高效特種舵等新技術(shù)。通過船體線型、舵、槳的優(yōu)化和低排放發(fā)動機的選配以及節(jié)能新輔助設(shè)備的應(yīng)用，可以從硬件配置上保證船舶符合MARPOL公約的新規(guī)定。EEDI的強制實施，將大大減少船舶溫室氣體的排放量，進(jìn)一步促進(jìn)船舶能效的提高。

船舶一經(jīng)建造，其構(gòu)造、設(shè)備等一般不易再行更改，如何使船舶達(dá)到和保持既定的低排放設(shè)計效果，具體到船舶日常營運管理，就得從管理上下工夫，熟悉設(shè)備結(jié)構(gòu)和性能，正確操作和保養(yǎng)，力求使設(shè)備物盡其用，充分發(fā)揮出應(yīng)有的能效，在實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，改革挖潛，努力提高設(shè)備的效率，哪怕是看似微不足道的小革新，日積月累，都可能帶來非?？捎^的節(jié)能收益。應(yīng)養(yǎng)成良好的管理習(xí)慣，掌握和運用好的管理方法和經(jīng)驗。對于各級輪機員來講，評價節(jié)能減排的好壞，最切合實際的辦法就是想方設(shè)法做到省油，省下的燃油量乘以碳轉(zhuǎn)換系數(shù)就是少排放的溫室氣體量。該轉(zhuǎn)換系數(shù)隨燃油類型而取值不同，對于重油其值可取3.11，即燃燒1t重油能排放3 t CO2。那么，在當(dāng)前航運市場柴油機為王的條件下，如何才能省油呢？

（一）降速

一般使用50%～60%MCR的最低經(jīng)濟轉(zhuǎn)速，電子調(diào)速器可以達(dá)到30%MCR的相應(yīng)轉(zhuǎn)速。為盡可能省油，航行中可以變速，即開始用最低經(jīng)濟轉(zhuǎn)速，快到港時用10%MCR的機動航速，最多12 h，然后重新用50%MCR轉(zhuǎn)速，可以這樣重復(fù)多次。使用最低經(jīng)濟轉(zhuǎn)速期間，要視轉(zhuǎn)速的大小每隔12～24 h加速到至少60%MCR（可能的話85%MCR）對應(yīng)轉(zhuǎn)速以上運轉(zhuǎn)1 h左右來沖洗廢氣鍋爐煙側(cè)和沖刷油頭積炭，同時用碎核桃殼沖洗透平，間隔1～2天，重復(fù)1次。

適當(dāng)降速可以極大地降低柴油機輸出功率，減少燃油消耗，是獲得較好EEDI的一個捷徑。但是也不能一味追求優(yōu)化EEDI，不同機型和船型在不利氣象條件下應(yīng)有不同的最低航速，過低的轉(zhuǎn)速可能劣化燃燒，耗油率不降反升，反而增加有害氣體排放。選擇合適的經(jīng)濟轉(zhuǎn)速，要綜合考慮諸多因素，如航次性質(zhì)、柴油機負(fù)荷特性和油耗曲線、柴油機實際性能、海況等，優(yōu)選出的適宜的經(jīng)濟轉(zhuǎn)速絕不是唯一不變的。

（二）其他節(jié)能途徑

（1）利用洋流計劃航線，順流航行既能提高航速又能節(jié)油。

（2）減少壓載量，盡量自壓或自排。在保證穩(wěn)性、不超載的情況下盡可能增加船舶的載重量，減少空船重量。可能的話，優(yōu)化加油港口安排，每次少裝多次加油，增加貨物裝載/周轉(zhuǎn)量。

（3）保證一定的吃水差，使球鼻首沒入水中，各船型要求的吃水差不一樣，航行中以保持0.5～1 m艏吃水差為宜。

（4）燃油安全余量一般以計劃航次耗油量的20%為宜，6～7天的耗油量，集裝箱船以20%～30%為宜，根據(jù)氣象（冬季、夏季）等因素酌量調(diào)整。

（5）港內(nèi)期間停掉不必要的用電設(shè)備（主機滑油泵、部分風(fēng)機等次要設(shè)備），及時調(diào)整用電負(fù)荷，合理使用發(fā)電機。壓載時根據(jù)壓力、流速及時切換大小泵。如果可能，優(yōu)先考慮切換岸電。有軸帶發(fā)電機的，只要海況允許，航行中都要使用軸帶發(fā)電機代替柴油發(fā)電機。

（6）利用VIT和VVT機構(gòu)調(diào)整噴油/氣閥正時，調(diào)整爆發(fā)壓力，優(yōu)化燃燒，按規(guī)定沖洗透平或定期拆檢透平（透平葉輪與廢氣進(jìn)氣道間隙每增加1 mm耗油率大約增加0.4%即0.5 g/hp/h），清洗空冷器，氣/水洗廢氣鍋爐（壓差降不能超過300 mmH2O）減少排氣背壓。

（7）港內(nèi)減少分油機運行臺數(shù)，減少油艙加熱，輔鍋爐降低氣壓，減少油頭噴油量，低火燃燒。

（8）如果錨泊時間太長，每周起錨航行3～5 h，減少海生物（海藻、貝殼類）滋生附著，降低船殼水阻。

（9）使用節(jié)能調(diào)速器，減少風(fēng)浪天調(diào)節(jié)頻率，可以節(jié)油0.5%～2%；使用燃油消耗監(jiān)控器，時刻監(jiān)控，及時調(diào)整正時、壓力、溫度等運行參數(shù)。

（10）拒絕浪費，杜絕油料、水、氣、汽的跑冒滴漏；使用油渣凈化機、燃油添加劑或燃油均質(zhì)機，使燃油顆粒再細(xì)化，增加燃油可利用率，減少出渣率，達(dá)到節(jié)油的目的。如果輔鍋爐配備可以燃用渣油的燃燒器，應(yīng)盡可能用輔鍋爐焚燒渣油，盡管那樣會增加許多額外保養(yǎng)勞動量。

（11） 船舶中央空調(diào)的供風(fēng)溫度可適度調(diào)高，尤其對于變頻壓縮機和變頻風(fēng)機系統(tǒng)，節(jié)能效果較突出。

另外，由于低排放智能發(fā)動機（LEE）氣/柴混合動力發(fā)動機（DFE）相對排放較低，它們必定是船舶發(fā)動機未來發(fā)展趨勢之一，前文已經(jīng)敘及，在此不再贅述。

節(jié)能減排涉及方方面面，管理經(jīng)驗因人、因時、因事、因機、因船、因航線等諸多可變因素而異，片面強調(diào)某一因素的做法都是不對的，經(jīng)驗也絕非拿來就能用，要從實踐中摸索總結(jié)，從細(xì)微之處著手，從節(jié)能減排的宏觀格局著眼，才能達(dá)到控制CO2排放的預(yù)期目標(biāo)。

四、船用焚燒爐排氣控制

公約規(guī)定，2000年以后安裝到船上的焚燒爐應(yīng)符合排煙的有關(guān)限制，爐膛溫度不得低于850 ℃，不超過1 200 ℃，煙囪排溫不得超過350 ℃，爐膛內(nèi)氧氣含量6%～12%，CO最大平均值不超200 mg/MJ，懸浮顆粒和NOx排放量符合公約附則VI的規(guī)定。每款船用焚燒爐都須有IMO頒發(fā)的許可證，對可能破壞大氣臭氧層的燃燒排放物要嚴(yán)格控制，公約附則VI規(guī)定以下物質(zhì)不得焚燒：

（a）防污公約附則I/II/III中有關(guān)油船貨油艙底、有毒貨物及其包裝材料；

（b）多氯化聯(lián)二苯（PCBs）；

（c）公約附則V中有關(guān)含有重金屬的垃圾；

（d）含鹵素化合物的石化產(chǎn)品，包括含聚氯乙烯的塑料。

另外，對一些低閃點易爆物或易產(chǎn)生腐蝕爐膛氣體的罐裝物也不要焚燒，不含聚氯乙烯的塑料和部分吸油氈及上述違禁品除外的可以焚燒，若不能確定是否含聚氯乙烯的塑料一律視同不能焚燒，必須留存送岸回收處理。

五、船用燃油鍋爐的廢氣排放

船舶主輔燃油鍋爐的排煙控制可以參照柴油機排氣的限制，在限制區(qū)域內(nèi)換用低硫分燃油，非限制區(qū)域航行時，根據(jù)鍋爐負(fù)荷，注意調(diào)整風(fēng)門開度和油頭噴油量，控制合適的風(fēng)油比，使燃燒充分。鍋爐相比柴油機而言，燃燒溫度低，產(chǎn)生量較少，可以采用排煙噴水脫硝、脫硫、除塵的后處理方法，或者陸地比較成熟的其他技術(shù)加以處理，即可滿足排放的要求。平時要勤觀察火焰顏色，清洗油頭，記錄比較排氣背壓，勤吹灰，必要時水洗；觀察煙囪排煙是很好的判斷鍋爐工作狀況的方法，一旦有黑煙或白煙，就必須立刻檢修。為避免鍋爐每次點火時風(fēng)門開度切換頻繁，致使瞬時產(chǎn)生少量黑煙，可以適當(dāng)減少油頭噴油量，控制鍋爐低負(fù)荷連續(xù)燃燒。這在集裝箱船尤為明顯，因為煙囪排煙有時會影響橋吊操作工的視線而可能帶來抱怨甚至停工造成船期延誤。

六、其他設(shè)備的排煙

公約規(guī)定，應(yīng)急設(shè)備的排煙控制不受MARPOL73/78公約附則VI的限制，這意味著船上的應(yīng)急發(fā)電機、應(yīng)急消防泵柴油原動機、救生艇發(fā)動機等設(shè)備的管理，可參照各設(shè)備廠商的要求去執(zhí)行，平時做好管理，避免異常排煙。

七、結(jié)語

縱觀當(dāng)今船舶防污染技術(shù)的發(fā)展趨勢，對大氣污染的控制標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格，實際應(yīng)用上基本是循著兩條路線，即加強燃油質(zhì)量管控和燃燒質(zhì)量管控，輔以排氣脫硫、脫硝技術(shù)的應(yīng)用補充，力爭將排氣污染控制在許可的限度內(nèi)。作為船舶使用管理者，各級輪機員要學(xué)習(xí)有關(guān)防大氣污染的公約和法規(guī)，做到懂法，依法操作保養(yǎng)設(shè)備；要學(xué)習(xí)防污新技術(shù)，了解技術(shù)設(shè)備的機理，給管理打好理論基礎(chǔ)；鉆研管理技術(shù)，管理好、保養(yǎng)好設(shè)備，使設(shè)備最大限度發(fā)揮出應(yīng)有的效能；日常工作要嚴(yán)謹(jǐn)，勤觀察煙囪排煙，正確調(diào)整設(shè)備有關(guān)參數(shù)，處理可能的隱患。