江蘇省京杭運河船舶NOx污染排放研究

蔡俊 張琪

摘 要：氮氧化物（NOx）是船舶柴油發(fā)動機廢氣的主要污染物，本文以內河航運發(fā)達的京杭運河江蘇段為例，研究其NOx的排放情況。結果表明：2010年，京杭運河江蘇段NOx排放總量為15979.7 t，航道NOx排放系數蘇南段為41.1 t/km、蘇北段為15.3 t/km，蘇南段航道兩側的NOx區(qū)域污染更加嚴重。

關鍵詞：NOx 船舶 京杭運河 大氣污染 減排

中圖分類號：X328 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（a）-0129-02

由于船舶運輸具有的安全、低價和大運量等優(yōu)點，其運輸量不斷擴大，船舶的數量逐年增加，其排放的有害物質也逐年增加[1]。對于船舶柴油機來說，燃燒過程混合氣過量空氣系數大于1，燃燒過程是富氧的，這使柴油機的碳氫化合物（HC）和一氧化碳（CO）排放相對較低，但氮氧化物（NOx）排放量較高。NOx對生物體有毒害，在光照條件下還能進一步形成光化學煙霧，帶來更嚴重的危害[2]。此外，NOx還可以形成酸雨，破壞臭氧層。因此，在2011年3月14日通過的“十二五”規(guī)劃綱要中，我國首次將NOx列入約束性指標體系，要求減排10%，成為下一階段污染減排的重點。

為有效控制船舶的廢氣排放，減少有害氣體對環(huán)境以及人類健康造成的不利影響，國際海事組織（International Maritime Organization，簡寫IMO）近年來加緊了有關法規(guī)的制定[3]。但我國由于一直未出臺針對國內營運船舶污染氣體排放的限制性標準，船舶廢氣排放成為大氣污染防治中的一大盲點，其環(huán)境影響常常被忽視。為此，本文以內河航運發(fā)達的京杭運河江蘇段為例，研究其船舶NOx的排放量，并提出建議對策，以期為國內航行船舶廢氣排放法規(guī)標準的制定及船舶NOx污染減排提供參考。

1 研究區(qū)概況

京杭運河作為世界上開鑿最早、里程最長的人工運河，已有2500多年的歷史。京杭運河江蘇段全長687 km，其中蘇北運河475 km，蘇南運河212 km。

2 NOx排放量核算

2.1 江蘇省機動貨船功率分布

2010年，江蘇省有機動貨船約3.3萬艘，其中長度大于60 m的有2300艘，55～60 m的有700艘，50～55 m的有724艘，45～50 m的有2000艘，35～45 m的有1.3萬艘，小于35 m的有1.4萬艘。船齡在7年以內的有1.4萬艘，8～15年的有1.8萬艘，超過15年的約1000艘。（見表1）。

35 m左右的船舶發(fā)動機功率約50馬力（約37 kW），載重量是200～300 t；45 m左右的船舶發(fā)動機功率約200馬力（約147 kW），載重量約為1000 t；50 m左右的船舶發(fā)動機功率約400馬力（約300 kW），載重量是1500 t；55 m左右的船舶發(fā)動機功率約600馬力（約441 kW），載重量是2000 t；60 m左右的船舶發(fā)動機功率約700馬力（約515 kW），載重量是3000 t。功率分布見圖1所示。

2.2 綜合單位貨物周轉量NOx排放系數

根據課題船舶污染排放數據監(jiān)測成果，各功率段船舶單位周轉量NOx排放系數見表1所示。

綜合單位貨物周轉量污染物排放系數=船舶單位周轉量污染物排放系數×功率分布。即：

綜合單位貨物周轉量NOx排放系數=43%×0.346+40%×0.227+17%×0.205= 0.274（g/km·t）

2.3 京杭運河（江蘇段）船舶NOx排放量和航道NOx排放系數

京杭運河江蘇段一年貨物周轉量583.2億噸公里，其中蘇南段為318億噸公里，蘇北段為265.2億噸公里。京杭運河（江蘇段）船舶NOx排放量=綜合單位貨物周轉量NOx排放系數×每年貨物周轉量。見表2所示。以蘇南段為例：

京杭運河（江蘇蘇南段）船舶NOx排放量=0.274×318×102=8713.2 t。

“航道NOx排放系數”是反映航道船舶大氣污染物排放強度的指標，指一定時期內平均每公里線路上船舶NOx的排放量。即：航道NOx排放系數=船舶NOx排放量/航道長度。計算結果見表3所示。

3 分析與建議

根據京杭運河江蘇段NOx污染現狀，筆者認為可針對采取以下對策措施。

（1）我國作為MARPOL公約附則VI的締約國，完成了對國際航行船舶的國內立法程序，實現了對遠洋船舶廢氣排放的有效控制。然而對國內航行的船舶，我國卻并未參照公約進行要求[4]。因此，應結合我國國情盡快制定發(fā)布國內船用發(fā)動機NOx等常見污染物的排放標準，并與附則VI要求接軌，以實現大幅度減少國內航行船舶NOx排放。

（2）發(fā)動機的功率和性能直接決定了NOx的排放系數，京杭運河江蘇段船舶船型舊、噸位小，多使用技術落后的中小型船舶柴油機發(fā)動機，應參照機動車污染防治的辦法，對不滿足環(huán)保標準的發(fā)動機進行限期淘汰。

（3）鼓勵并逐漸強制要求船舶發(fā)動機采用適合我國經濟發(fā)展水平的NOx末端處理技術，比如SCR系統(tǒng)雖然技術成熟、效果好，但投資較大，短期內推廣有一定困難，而油-水乳化技術耗資不大，也可減少柴油機廢氣的NOx20%～30%，對高、中速柴油機還可收到一定的節(jié)能效果，因此，具有良好的使用和推廣價值[5]。

參考文獻

[1] 陶建忠.利用選擇性催化還原反應（SCR）降低車用柴油機氮氧化物的技術研究[D].山東：山東大學熱能工程系，2008

[2] 王海強，吳忠標.廢氣NOx脫除技術的特點分析[J].能源與環(huán)境，2004（3）：27-30.

[3] 李敏，陳軒.MARPOL73/78附則VI的進展研究[J].中國水運，2008（7）：18-19.

[4] 趙明哲.基于船舶廢氣排放控制對策的監(jiān)管體系研究[D].遼寧：大連海事大學輪機工程系，2013.

[5] 吳甲斌.船舶污染大氣的現狀及其防治技術[J].交通環(huán)保，1994（5）：11，12-18.