船舶有害氣體排放控制研究

方華

摘要：越來越嚴(yán)格的國際、地方性法規(guī)對船舶尾氣排放提出了更加嚴(yán)格的要求，本文針對船舶尾氣產(chǎn)生的特點(diǎn)，技術(shù)上采取燃燒前對燃料進(jìn)行預(yù)處理，燃燒時(shí)改變?nèi)紵齾?shù)，燃燒后對尾氣有害物質(zhì)進(jìn)行后處理來控制船舶有害氣體的排放。管理上從節(jié)約能源，提高燃料的利用率的角度提出減少船舶有害氣體排放的管理理念和方法。

關(guān)鍵詞：船舶有害氣體排放控制

引言

隨著海上運(yùn)輸業(yè)的蓬勃發(fā)展，船舶數(shù)量急劇增長，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)利益，同時(shí)其有害氣體的排放引起了嚴(yán)重的環(huán)境問題。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，船舶承擔(dān)了世界97%的貿(mào)易運(yùn)輸量，消耗世界能源的3%，但其動(dòng)力裝置的排放量也是相當(dāng)驚人的。排放約占全球排放的7%，排放約占全球排放的4%，同時(shí)每年還向大氣中釋放上億噸的有害固體顆粒。下表展示了柴油機(jī)排氣組成：

為了有效控制船舶有害氣體的排放，國際海事組織（IMO）、區(qū)域組織制定了針對船舶尾氣排放的強(qiáng)制性法規(guī)?！禡ARPOL》公約第VI條，明確強(qiáng)調(diào)了防止船舶大氣污染；新造船舶EEDI著重強(qiáng)調(diào)了綠色船舶；《船舶能效管理計(jì)劃（SEEMP）》對船舶的節(jié)能減排做出具體要求；2015年全面實(shí)施的航運(yùn)碳減排機(jī)制（MBM）、國際GHG排放基金（GHGFund）、全球排放交易體系（ETS）等都強(qiáng)有力的促進(jìn)了船舶行業(yè)節(jié)能減排的進(jìn)一步改革。

全球氣溫升高，“溫室效應(yīng)”加劇，生態(tài)平衡被破壞。船舶尾氣是溫室效應(yīng)形成的主要因素之一；船舶尾氣CO是一種無色無味的有毒氣體，主要是由于燃料的不完全燃燒形成的；HC是由于燃油的芳香烴、烴類物質(zhì)未然或未完全燃燒所形成的，對人體呼吸道有很強(qiáng)的刺激性，在紫外線的照射下是形成光化學(xué)煙霧的主要因素之一。PM是船舶柴油機(jī)中排出的氣體和固體，含有大量的有毒物和致癌物，對環(huán)境造成一定的危害，散播在空氣中的PM可以通過呼吸作用進(jìn)入肺部，引起肺部病變。因此，船舶尾氣引起了國際、國內(nèi)各界的廣泛關(guān)注，越來越嚴(yán)格的強(qiáng)制性法規(guī)將迫使船舶從技術(shù)上和管理上對尾氣排放做出嚴(yán)格的控制。

技術(shù)上解決方案

船舶尾氣作為大氣污染的重要污染源，控制排放問題是人類面臨的一個(gè)緊急而又迫切的任務(wù)，眾多國內(nèi)外研究學(xué)者深入研究了船舶有害氣體的產(chǎn)生機(jī)理。本文在技術(shù)上從燃燒前（使用替代燃料）、燃燒時(shí)（改善燃燒條件）、燃燒后（對尾氣進(jìn)行綜合處理）三種情況預(yù)防、控制和處理船舶有害氣體。

1、燃燒前的控制

燃燒前的控制處理主要是采用清潔能源或燃燒前對燃料進(jìn)行預(yù)處理，以達(dá)到在燃燒過程中不產(chǎn)生或少產(chǎn)生有害排放物的目的。船舶傳統(tǒng)燃料是重油，由于重油本身的成分問題及雜質(zhì)較多，在燃燒過程中容易產(chǎn)生有毒有害氣體，選用清潔能源是理想的選擇。醇類燃料是理想的選擇之一，由于醇類燃料只含有碳、氫、氧三種元素，在柴油機(jī)中燃燒不會產(chǎn)生有害氣體，完全符合環(huán)境友好型社會發(fā)展的需要，能夠滿足國際社會和地方組織嚴(yán)格的法律法規(guī)的要求。LNG混合雙動(dòng)力已在船舶動(dòng)力上開始應(yīng)用，表現(xiàn)出了良好的動(dòng)力性和排放性，具有很大的發(fā)展前景。風(fēng)帆助航已在國外的一些船舶上嘗試應(yīng)用實(shí)施，利用現(xiàn)代先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，不間斷跟蹤風(fēng)向，以獲得更高的效率。據(jù)計(jì)算，采用風(fēng)帆助航可以節(jié)約5%的燃油消耗，進(jìn)而減少了船舶有害氣體的排放。燃油乳化是在燃油中摻水形成乳化油，當(dāng)乳化油噴入柴油機(jī)時(shí)，油中的水被蒸發(fā)，燃燒溫度峰值下降，排放量大大降低，燃油乳化可以改善柴油機(jī)的排放性。

2、燃燒時(shí)處理

燃燒時(shí)處理主要采用改變柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)或燃燒參數(shù)來控制燃燒過程以減少有害氣體的排放。燃燒時(shí)柴油機(jī)內(nèi)最高燃燒溫度高達(dá)1600℃～1800℃，當(dāng)溫度高于1400℃時(shí)，生成大量的有害氣體，因此應(yīng)設(shè)法降低溫度峰值，減少排放。推遲噴射是一種減小噴油提前角、縮短滯燃期的噴射方式，它使溫度峰值降低，減少有害氣體生成。稀薄燃燒是一種新型的燃燒方式，增大空燃比使可燃?xì)怏w充分混合，提高燃燒效率，同時(shí)大大減少CO、HC和PM的排放量，是一種理想的改變?nèi)紵齾?shù)減少有害氣體產(chǎn)生的方法。噴油器噴嘴的形狀決定了高壓油束進(jìn)入氣缸的方式，進(jìn)而影響混合氣的形成，影響燃燒產(chǎn)物。最新技術(shù)滑動(dòng)式“小壓力室”型噴油器能夠有效的減少CO、HC和積碳等顆粒物在燃燒室的沉積，是一種較理想的噴嘴形式。高壓噴射采用較高的噴射壓力，縮短了噴油時(shí)間，加大了噴油速率，增強(qiáng)了卷入油束的空氣量，減少了顆粒物的排放。加水處理是讓一定量的水進(jìn)入氣缸，在燃燒過程中汽化吸熱，降低溫度峰值，減少有害氣體的生成。加水有進(jìn)汽加濕和直接噴水兩種方式。通過加水處理可以有效的降低溫度峰值，使排放量減少50%～60%。廢氣再循環(huán)（EGR）使部分廢氣再次進(jìn)入氣缸循環(huán)，參與燃燒，大大降低了燃燒溫度，可使排放量降低30%以上。

3、燃燒后處理

燃燒后處理是船舶尾氣排向大氣之前的處理，旨在減少船舶尾氣有害物質(zhì)的含量。水洗法是用水洗滌尾氣，將船舶尾氣通過水之后再排向大氣。這種方法可以大大降低有害物質(zhì)的含量，同時(shí)可去除固體顆粒的含量。靜電分離法首先讓微粒帶電，然后微粒被吸附到極性相反的電極板上，可有效減少固體雜質(zhì)的含量，但需要定時(shí)清除雜質(zhì)以保證高效的吸附性。微粒過濾法采用蜂窩狀陶瓷微粒搜捕器，船舶尾氣通過時(shí)，固體顆粒在進(jìn)口處堆積，可有效減少固體雜質(zhì)對大氣的污染，但同時(shí)顆粒的堆積會增加排氣阻力，因此要定期清理。催化轉(zhuǎn)化法（SCR）是目前大幅度減少的有效方法，在適當(dāng)?shù)臏囟认?，以氨或尿素為還原劑，此種方法可減少廢氣中達(dá)90%以上。

解決方案

管理是組織者對所擁有的資源進(jìn)行有效的決策、計(jì)劃、組織、領(lǐng)導(dǎo)、控制，以便達(dá)到既定組織目標(biāo)的過程。船舶是移動(dòng)的國土，動(dòng)力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、甲板機(jī)械等系統(tǒng)都需要消耗能量，科學(xué)、有效的組織，合理的調(diào)度，能夠減少不必要的能量浪費(fèi)，進(jìn)而減少有害氣體的排放?，F(xiàn)代營運(yùn)船舶應(yīng)結(jié)合自身的特點(diǎn)，制定高效的管理計(jì)劃，降低運(yùn)行成本，節(jié)約燃料，減少有害氣體的排放。

1、制定最佳航線

船舶穿梭于大洋之間，不同地區(qū)的海流密度、海流方向、風(fēng)向不同，船長應(yīng)該根據(jù)公司的航行計(jì)劃及結(jié)合當(dāng)前海況、水文條件及時(shí)作出調(diào)整，制定最佳航線。充分利用洋流、潮汐、風(fēng)向等因素制定船舶的航向，節(jié)約自身燃料的消耗，進(jìn)而減少有害氣體的排放，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益的雙豐收。

2、采用經(jīng)濟(jì)航速

船舶應(yīng)該根據(jù)自己的航行任務(wù)并結(jié)合自身航行條件制定最低燃油消耗率的經(jīng)濟(jì)航速。船舶的燃油消耗率與速度的二次方成正比，隨著速度的增加，燃油消耗量急劇增加。在完成航次任務(wù)的前提下，應(yīng)盡可能采用經(jīng)濟(jì)航速，減少燃料的消耗，降低有害物質(zhì)的排放。但當(dāng)船舶速度過低時(shí)，最高爆壓過低，燃燒不充分，油耗率大增，同時(shí)固體顆粒、碳?xì)浠衔?、CO的排放量大大增加。

3、加強(qiáng)船舶的維護(hù)保養(yǎng)

船舶的輔機(jī)設(shè)備、甲板機(jī)械設(shè)備、電力設(shè)備在平時(shí)應(yīng)加強(qiáng)維修保養(yǎng)。設(shè)備較少故障率，可以減少不必要的能量消耗，節(jié)約燃油，減少有害氣體的排放。船體內(nèi)設(shè)備為船舶的正常運(yùn)行提供必要的動(dòng)力支持，是能量消耗的集中地，應(yīng)加強(qiáng)維修管理。船體浸泡于水下，航行于不同的海域，不同的水文條件和水生生物對船體防污減阻提出了更高的要求。船殼表面保持光潔，以減少航行阻力。首先應(yīng)該涂良好的防銹保護(hù)漆，避免海水對船殼銹蝕；海洋生物，尤其是貝類生物，容易吸附在船殼上，增大航行阻力，因此船殼需要涂抹合適的殺蟲劑，維持船殼表面的光潔，以減小阻力，節(jié)約燃料。螺旋槳將船舶柴油機(jī)的回轉(zhuǎn)力轉(zhuǎn)化為推力作用于船體，螺旋槳的推進(jìn)效率很大程度影響了燃油的消耗率。螺旋槳應(yīng)合理布置導(dǎo)流罩，減少空泡腐蝕，增加推進(jìn)效率，節(jié)約燃料，減少船舶尾氣的排放。

結(jié)論

越來越嚴(yán)格的國際法律法規(guī)以及人們對環(huán)保的日益重視，船舶有害氣體的排放已引起了社會各界的廣泛關(guān)注。以LNG、燃料電池、太陽能、風(fēng)能為替代燃料新技術(shù)的優(yōu)化與改善，必將大大改善船舶有害氣體的污染；更加完善、規(guī)范、科學(xué)的船舶管理體系，將彌補(bǔ)管理上的漏洞，大幅度提升船舶能源的有效利用率，減少船舶有害氣體的排放。

（作者單位：重慶市涪陵區(qū)港航管理局）