船用柴油機(jī)有害物排放控制技術(shù)的分析

張曉峰

摘 要：船用柴油機(jī)運(yùn)行的時(shí)候會(huì)向空氣排放大量有害物質(zhì)，嚴(yán)重危害生活環(huán)境。依據(jù)相關(guān)調(diào)查表明，到2020年，NOx、SOx、PM2.5分別增長47%、42%、56%，未來發(fā)展過程中不可以忽視船舶大氣污染，需要重視海峽、港口以及船舶流量大、航線密集的區(qū)域，在距離海岸線400km范圍之內(nèi)擁有每年全球三分之二的排放污染量，所以，每年大約有64000人死于傳播污染。本文主要分析了船用柴油機(jī)有害物排放控制技術(shù)。

關(guān)鍵詞：船用 柴油機(jī) 有害物 排放控制技術(shù)

現(xiàn)階段，世界面臨的重要環(huán)境問題是大氣污染，是二十一世紀(jì)全球性現(xiàn)象，受到更多人的關(guān)注和重視，熱機(jī)中熱效率最高的就是柴油機(jī)，并且相對比較少的排放CO2，但是在發(fā)展過程中，不可以忽視船用柴油設(shè)備排放的有害物質(zhì)，經(jīng)過調(diào)查報(bào)告可以發(fā)現(xiàn)，每年柴油機(jī)作為船舶動(dòng)力設(shè)備的船只每年排放在850萬噸SOx和1000萬噸NOx左右，嚴(yán)重影響大氣污染，因此，不少國家已經(jīng)開始采取一些解決措施降低對環(huán)境的影響。從2010年1月1日起，船舶在歐盟所屬港口作業(yè)（錨泊、系泊、卸貨）2小時(shí)以上，必須使用含硫量不大于0.1%的燃油。在2016年1月1日及以后航行于北美排放控制區(qū)的船舶更需要滿足MARPOL公約附則VI中TIER III對NOx的排放要求。而近期我國交通運(yùn)輸部為了控制船舶SOx、NOx和PM2.5的排放，提出珠三角、長三角、環(huán)渤海（京津冀）水域船舶排放控制區(qū)實(shí)施方案，改善我國沿海和沿河區(qū)域特別是港口城市的環(huán)境空氣質(zhì)量。

1.船用柴油機(jī)有害排放對生存環(huán)境的危害

船用柴油機(jī)排放氣體中包括有害成分和無害成分兩種，排氣基本成分就是無害成分，是空氣和汽油完全燃燒的產(chǎn)物，主要包括水蒸氣、空氣中氮?dú)?、CO2、過剩氧氣，導(dǎo)致溫室效應(yīng)的是CO2，會(huì)促使全球氣候變暖現(xiàn)象的發(fā)生，也應(yīng)該控制CO2排放量；不完全燃燒的反應(yīng)產(chǎn)物是有害成分，主要有HC化合物、SOx、NOx、CO以及潤滑油、未燃燒燃油、硫酸鹽、碳煙等微粒，占據(jù)很小的比例，一般不會(huì)多于1～5%，但是會(huì)極大程度危害環(huán)境。SOx、NOx會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)酸雨，嚴(yán)重破壞莊稼和森林，其中非?；钴S的就是NO2，可以提升到同溫層，參與多種大氣反應(yīng)，導(dǎo)致產(chǎn)生影響環(huán)境的化學(xué)反應(yīng)，屬于溫室氣體。危害人們健康，輕則麻痹嗅覺、刺激眼睛，嚴(yán)重的會(huì)通過肺和呼吸道進(jìn)入到血液匯總，然后結(jié)合血紅蛋白形成高鐵血紅，降低血液輸氧能力，此外，還有可能出現(xiàn)不協(xié)調(diào)呼吸系統(tǒng)現(xiàn)象，誘發(fā)肺水腫疾病。 SOx嚴(yán)重影響呼吸道，甚至導(dǎo)致出現(xiàn)心臟疾病。碳?xì)浠锸腔旌蠌?fù)雜物質(zhì)，其中苯并芘和醛類慢性侵入導(dǎo)致人體中毒或者誘發(fā)癌癥，尤其是大氣中NOx受到太陽照射以后，形成淺藍(lán)色光化學(xué)煙霧，嚴(yán)重刺激人類呼吸器官和眼睛。CO是有毒氣體，會(huì)降低血液輸氧能力，微粒輸氧碳高分子化合物，存在很多致癌物質(zhì)，因此，危害性最大的就是NOx、SOx和PM2.5，是控制排放的重點(diǎn)。

2.船用柴油機(jī)有害物排放控制技術(shù)

2. 1提高燃油品質(zhì)

（1）使用乳化油

乳化油的應(yīng)用是一種有效降低NOx的措施，大多數(shù)條件下，都可以降低耗油率和煙度，但是需要有效解決腐蝕噴射系統(tǒng)問題，經(jīng)過數(shù)據(jù)和研究表明，不少制造商在研究制造船舶的時(shí)候都分析過上述問題，例如，MAN-B&W公司的7L90GSCA柴油機(jī)中安裝各一臺20000kW波多黎發(fā)電設(shè)備，主要應(yīng)用的就是乳化油技術(shù)。自從運(yùn)行以后已經(jīng)得到良好的應(yīng)用效果。在1998年的時(shí)候，日本海上訓(xùn)練所和船舶研究所共同建立了使用乳化油技術(shù)的“NipponMaru”號訓(xùn)練船的發(fā)電設(shè)備，經(jīng)過試驗(yàn)證明，在低于50%負(fù)荷端的時(shí)候，不會(huì)明顯降低排放NOx效率，在高于50%負(fù)荷的基礎(chǔ)上，隨著負(fù)荷的不斷提高，會(huì)明顯降低NOx的排放，摻有40%水乳化油在75%負(fù)荷下燃燒可以比原來降低NOx36%的排放 。

（2）代用燃料

船舶運(yùn)行的時(shí)候合理采用代用燃料來適當(dāng)去掉船用燃料或者混合燃料油和燃料的方式，如液化天然氣、乙醇、甲醇等，可以達(dá)到降低船用柴油機(jī)排放有害物質(zhì)的目的。但是因?yàn)榻档驮O(shè)備熱效率，需要及時(shí)改裝船用發(fā)動(dòng)機(jī)，不利于能源的合理應(yīng)用。

2.2缸內(nèi)處理技術(shù)

未來盡管很難對缸內(nèi)處理技術(shù)進(jìn)行規(guī)范排放標(biāo)準(zhǔn)，降低排放NOx的基礎(chǔ)就是損害經(jīng)濟(jì)性，可以對船用柴油機(jī)的工作特性進(jìn)行優(yōu)化，目前也是科研人員和船用柴油機(jī)廠商重點(diǎn)研究的問題?，F(xiàn)階段，主要都是致力于研究增壓技術(shù)、改進(jìn)燃燒過程等方面技術(shù)。

（1）改進(jìn)燃燒技術(shù)

合理應(yīng)用電子控制噴射技術(shù)。在對船用柴油機(jī)進(jìn)行改進(jìn)的時(shí)候，未來發(fā)展和研究重點(diǎn)方面就是應(yīng)用電子控制噴射技術(shù)，噴油提前角和噴油壓力是影響柴油機(jī)噴射系統(tǒng)的基本參數(shù)，會(huì)直接影響形成混合氣質(zhì)量和燃油霧化的質(zhì)量，最終產(chǎn)生嚴(yán)重影響燃燒燃油的排放性能以及經(jīng)濟(jì)性，合理應(yīng)用電子控制噴射技術(shù)系統(tǒng)，可以在存在高負(fù)荷的基礎(chǔ)上降低NOx的排放量，處于低負(fù)荷的情況下，可以達(dá)到降低黑煙，提高熱效率的目的，從而達(dá)到改變排放性能和燃燒經(jīng)濟(jì)性的目標(biāo)。在船用柴油機(jī)中已經(jīng)開始應(yīng)用智能化新一代電子控制噴射系統(tǒng)，可以起到優(yōu)化燃燒的目的，能夠降低排放有害物質(zhì)的含量。

（2）改進(jìn)增壓技術(shù)

改進(jìn)增壓技術(shù)，提高空氣中冷卻器冷卻度以及高廢氣渦輪增壓器增壓度，不但能夠提高經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性，還可以對生成NOx起到抑制作用，高的冷卻度和增壓度，能夠增加空氣進(jìn)入的密度，提高空氣系數(shù)，降低燃?xì)鉁囟?，從而起到降低NOx排放和抑制排放的作用。在處于高負(fù)荷柴油機(jī)的基礎(chǔ)上，能夠降低NOx，如果處于低負(fù)荷，會(huì)提高顆粒的排放，所以，低負(fù)荷的時(shí)候?yàn)榱私档皖w粒排放需要增加空氣溫度，船舶上已經(jīng)開始應(yīng)用電子控制增壓系統(tǒng)，可以明顯提高柴油機(jī)排放性能。

2.3后處理技術(shù)

船舶領(lǐng)域應(yīng)用后處理技術(shù)主要就是廢棄補(bǔ)燃（MACT）和選擇性催化還原法（SCR）。

（1）SCR

為了可以更加規(guī)范嚴(yán)格的制定排放標(biāo)準(zhǔn)，最重要的技術(shù)就是SCR，經(jīng)過大量實(shí)踐表明，合理應(yīng)用SCR技術(shù)可以降低85%的柴油機(jī)NOx排放，現(xiàn)階段，船用柴油機(jī)中都開始應(yīng)用NewSulzer6RTA38、MANB&W6S50MC等設(shè)備。

（2）MACT

排氣補(bǔ)燃系統(tǒng)MACT可以降低NOx排放，在蒸汽鍋爐中導(dǎo)入廢氣，調(diào)節(jié)附加油來達(dá)到充分燃燒廢氣的目的，符合排放NOx的標(biāo)準(zhǔn)，蒸汽能夠?yàn)榇疤峁﹦?dòng)力。

3.結(jié)語

總之，船舶柴油機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)會(huì)極大程度影響航運(yùn)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，未來發(fā)展過程中研究降低排放技術(shù)的重點(diǎn)是后處理技術(shù)，具備應(yīng)用前景。

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