長(zhǎng)航6000 m3耙吸挖泥船柴油機(jī)排放控制系統(tǒng)配置分析

吳 磊 李康康 許婉瑩

（中國(guó)船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院 上海200011）

引 言

在世界貿(mào)易中，海洋運(yùn)輸因運(yùn)輸量大且運(yùn)費(fèi)低廉占據(jù)了世界貨物運(yùn)輸中很大的比例。隨著世界貿(mào)易的日益發(fā)展，海運(yùn)船舶的數(shù)量也與日俱增，作為船舶動(dòng)力源的船舶柴油機(jī)的尾氣排放所民致的污染問(wèn)題也越來(lái)越引起世界范圍的關(guān)注。根據(jù)國(guó)際海事組織（IMO）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，船舶尾氣排放SO2，NO2分別占全球總排放總量的13%和15%，耙吸挖泥船作為在港口、沿海航道甚至城市周邊航道疏浚作業(yè)的船舶，其排放對(duì)城市大氣環(huán)境影響巨大。為此，國(guó)際海事組織（IMO）、美國(guó)環(huán)保局（USEPA）、歐洲環(huán)境署（EEA）等均針對(duì)全球和局部海域船舶排放廢氣中的SOX及NOX含量提出了日趨嚴(yán)苛的限值規(guī)定。為了滿足相關(guān)法規(guī)的要求，船東必須采取相應(yīng)的合規(guī)措施，但是針對(duì)不同的船型必然有更適應(yīng)它的減排措施。本文以長(zhǎng)航6000 m3耙吸挖泥船為分析對(duì)象，分析對(duì)于此類大型耙吸挖泥船可能的減排措施及其對(duì)船體布置帶來(lái)的影響。

為減少船舶柴油機(jī)尾氣排放中的硫氧化物含量，最簡(jiǎn)單的方式就是減少船舶所使用的燃油中的含硫量。因此MEPC58次會(huì)議上通過(guò)了MARPOL附則VI修正案。修正案要求從2005年開(kāi)始，當(dāng)船舶航行于硫氧化物排放控制區(qū)（SECA）時(shí)，燃油硫含量最高不得超過(guò)1.5% m/m；從2010年7月1號(hào)開(kāi)始，運(yùn)行于該區(qū)域的船舶所使用的燃油硫含量不得超過(guò)1.0% m/m；從2015年1月1日開(kāi)始，此區(qū)域航行的船舶所使用的燃油硫含量將被限制至0.1% m/m之下。

同時(shí)修正案要求從2012年1月1日開(kāi)始，全球范圍船舶燃油含硫量從4.5 % m/m降至3.5 % m/m，并在2018年之前作出可行性評(píng)估，是否在2020年要求全球船舶使用含硫量低于0.5 % m/m的燃油。

2016年10月26 日在倫敦召開(kāi)的MEPC70次會(huì)議上，通過(guò)了2020年1月1日開(kāi)始，在全球海域限制船舶燃油硫含量不超過(guò)0.5% m/m的決議。2017年7月3日，MEPC71次會(huì)議再次確認(rèn)2020年1月1日全球海域船舶燃油硫含量不超過(guò)0.5% m/m標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施日期不變。限硫法規(guī)按時(shí)生效執(zhí)行已經(jīng)沒(méi)有懸念。

國(guó)內(nèi)也于2015年12月4日發(fā)布了《珠三角、長(zhǎng)三角、環(huán)渤海（京津冀）水域船舶排放控制區(qū)實(shí)施方案》，實(shí)施方案要求控制區(qū)內(nèi)自2016年1月1日起，船舶嚴(yán)格按照國(guó)際公約及國(guó)內(nèi)法律法規(guī)關(guān)于硫氧化物的排放要求，控制區(qū)內(nèi)有條件的港口可以實(shí)施船舶?？科陂g使用硫含量低于0.5% m/m的燃油。自2017年1月1日船舶在排放控制區(qū)內(nèi)的核心港口區(qū)域停泊期間（靠港后的一小時(shí)及離港前的一小時(shí)除外，下同）應(yīng)使用硫含量低于0.5% m/m的燃油；自2018年1月1日起，船舶在排放控制區(qū)內(nèi)所有港口靠岸停泊期間應(yīng)使用硫含量低于0.5% m/m的燃油；2019年1月1日起，船舶進(jìn)入控制區(qū)應(yīng)使用硫含量低于0.5% m/m的燃油；2019年12月31日前，評(píng)估前述控制措施實(shí)施效果，確定是否采取以下行動(dòng)：① 船舶進(jìn)入控制區(qū)使用硫含量低于0.1% m/m的燃油；② 擴(kuò)大排放區(qū)地理范圍；③ 其他進(jìn)一步措施。

針對(duì)柴油機(jī)廢氣中的氮氧化物，世界范圍內(nèi)從2011年1月1日起，柴油機(jī)氮氧化物排放需滿足TIER II要求，同時(shí)IMO在2008年10月對(duì)MARPOL公約附則VI進(jìn)行了修正，要求在2016年1月1日及以后建造的船舶，若要在氮氧化物排放控制區(qū)航行，柴油機(jī)的尾氣中氮氧化物的排放需滿足TIER III要求，其中共設(shè)立了北美和加勒比海域兩個(gè)排放控制區(qū)。在2016年，又增設(shè)了波羅的海和北海兩個(gè)排放控制區(qū)，針對(duì)這兩個(gè)排放控制區(qū)，在2021年1月1日后新建的船舶需滿足TIER III要求。

可以看到，全球范圍對(duì)于船舶排放的要求越來(lái)越高，并且整個(gè)要求的推進(jìn)速度并未出現(xiàn)反復(fù)，對(duì)于排放的要求一直在穩(wěn)步提高?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著公眾及政府部門對(duì)于環(huán)保的日益關(guān)注，對(duì)于船舶排放的要求仍將進(jìn)一步提高。

1 船舶排放合規(guī)措施及其系統(tǒng)配置差異與可行性分析

針對(duì)船舶排放物中的硫氧化物排放，根據(jù)MARPOL附則VI修正案對(duì)于硫排放上限的決定，經(jīng)過(guò)官方正式的燃料可用性評(píng)估，為船東提供了三種措施應(yīng)對(duì)硫排放限制：船舶進(jìn)入排放控制區(qū)前更換滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的低硫油、使用LNG作為替代燃料或加裝船舶廢氣脫硫裝置。

其中LNG作為一種清潔能源，若使用在船舶柴油機(jī)上，可有效減少柴油機(jī)尾氣中的硫氧化物，氮氧化物及顆粒物，但因受制于LNG柴油機(jī)及雙燃料柴油機(jī)的價(jià)格仍較昂貴，且在全球范圍內(nèi)LNG加注配套措施都不完善，同時(shí)LNG燃料系統(tǒng)比較復(fù)雜，給LNG在船舶上的應(yīng)用帶來(lái)了很大的限制。

船舶使用低硫燃油可直接滿足公約要求。目前硫含量低于0.5% m/m的低硫重質(zhì)燃油的價(jià)格與硫含量低于3.5% m/m的重質(zhì)燃油的價(jià)格相差不大，但是含硫量低于0.1% m/m的燃油目前均為輕質(zhì)柴油，價(jià)格相比重質(zhì)燃油高出不少。此外，低硫輕質(zhì)燃油運(yùn)動(dòng)黏度較低，潤(rùn)滑效果差，在柴油機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)加劇柴油機(jī)精密偶件的磨損。因此為了滿足柴油機(jī)燃油進(jìn)機(jī)黏度的要求，通常需配置進(jìn)機(jī)燃油冷卻器。部分船東擔(dān)心在船舶作業(yè)時(shí)無(wú)法加注到足夠黏度的燃油，還會(huì)配置冷凍機(jī)組保證冷卻效果，確保進(jìn)機(jī)燃油黏度不會(huì)因過(guò)低民致柴油機(jī)損壞。

除了上述兩種降低SOX排放的方案，還可采用廢氣脫硫裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)等效的硫排放要求。廢氣脫硫技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入實(shí)際工程運(yùn)用幾十年，具體的脫硫方法種類繁多且技術(shù)比較成熟，目前船舶廢氣脫硫裝置中大都使用的海水脫硫法。這種方式工藝簡(jiǎn)單、可靠高效，且對(duì)生態(tài)污染比較小，是一種比較理想的技術(shù)。但該裝置尺寸較大，對(duì)于船舶有限的安裝空間影響很大，布置十分困難，而且會(huì)增加排氣系統(tǒng)背壓，并且一套廢氣脫硫裝置的初始投入亦較高。

在針對(duì)SOX的減排措施中，使用LNG作為替代能源是目前最為有效，且可同時(shí)降低SOX與NOX的排放。但是要使用LNG作為替代能源，船舶的燃料系統(tǒng)需要重新設(shè)計(jì)，需在船舶上設(shè)置一套供氣系統(tǒng)，其系統(tǒng)典型布置圖如圖1所示。

圖1 L N G供氣系統(tǒng)典型圖

可以看到，整個(gè)LNG供氣系統(tǒng)比較復(fù)雜，且由于LNG燃料的特點(diǎn)，整套供氣系統(tǒng)的多個(gè)處所如氣罐處所、機(jī)器處所、充裝處所以及管系（含閥件和附件）均可能發(fā)生危險(xiǎn)。因此若選擇LNG作為船舶燃料，對(duì)于船舶布置及設(shè)計(jì)均需作巨大改變。這種方案目前在國(guó)際范圍內(nèi)的挖泥船領(lǐng)域應(yīng)用也不多見(jiàn)，只有比利時(shí)DEME公司于2017年交付使用的一艘3500 m3耙吸式挖泥船，以及若干目前仍然在建的耙吸及絞吸挖泥船，且所使用的柴油機(jī)均為雙燃料柴油機(jī)。

此外，對(duì)于國(guó)內(nèi)而言更是面臨LNG加注基礎(chǔ)設(shè)施仍然不足，亞洲LNG價(jià)格較高影響其經(jīng)濟(jì)性，技術(shù)規(guī)范缺失，LNG燃料動(dòng)力船操作人員資質(zhì)與培訓(xùn)缺乏以及LNG燃料動(dòng)力船的技術(shù)研發(fā)投入不足等問(wèn)題［1］。這些因素也大大制約了LNG作為船舶燃料在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用。

在針對(duì)SOX的減排措施中，選擇低硫油作為船用燃油對(duì)于船舶的原有系統(tǒng)是改動(dòng)最小的，但是也面臨一些問(wèn)題。最大的問(wèn)題就是船舶的燃油系統(tǒng)、機(jī)械設(shè)備一般都是基于重油/船用柴油設(shè)計(jì)的，低硫燃油在船舶上的使用將對(duì)燃油系統(tǒng)和船用燃油設(shè)備造成重大的影響。船用輕柴油（MGO）在實(shí)船應(yīng)用上面臨的最大問(wèn)題是低黏度。燃油過(guò)低的黏度會(huì)民致潤(rùn)滑效果不佳，柴油機(jī)內(nèi)部精密偶件磨損加劇，密封性能下降，進(jìn)而民致柴油機(jī)油泵泄露增加。這會(huì)減少柴油機(jī)部件的使用壽命，增加柴油機(jī)的保養(yǎng)成本［2］。因此為了滿足柴油機(jī)正常使用的要求，柴油機(jī)廠家均對(duì)進(jìn)機(jī)船用輕柴油（MGO）黏度提出最低要求，具體要求見(jiàn)表1。理論上只要進(jìn)機(jī)燃油粘度不低于表1要求，柴油機(jī)就可正常使用。

表1 柴油機(jī)進(jìn)機(jī)船用輕柴油（MG O）黏度要求

為了保證進(jìn)機(jī)船用輕柴油（MGO）黏度不低于柴油機(jī)要求，需要配置船用輕柴油（MGO）冷卻器，部分船東擔(dān)憂無(wú)法買到40℃時(shí)黏度足夠高的燃油，還會(huì)考慮配置冷凍機(jī)組，將進(jìn)機(jī)燃油溫度降至更低以保證進(jìn)機(jī)的燃油黏度。

但是目前只有要求燃油含硫量低于0.1% m/m時(shí)才需使用船用輕柴油（MGO），含硫量低于0.5% m/m的重質(zhì)燃油國(guó)內(nèi)已有供應(yīng)。因此目前低硫油應(yīng)用主要是針對(duì)硫排放控制區(qū)的排放要求。使用低硫油來(lái)滿足SOX排放要求的措施還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是可以切換使用低硫燃油及重質(zhì)燃油以滿足不同區(qū)域?qū)τ赟OX排放的不同要求，兼具靈活性和經(jīng)濟(jì)性。

如果采用廢氣脫硫裝置來(lái)滿足SOX的排放要求，則需配置一整套廢氣脫硫裝置，目前船舶廢氣脫硫系統(tǒng)主要分為干式洗滌脫硫系統(tǒng)和濕式脫硫系統(tǒng)兩大類，由于船舶的運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)，濕式脫硫系統(tǒng)成為船舶廢氣洗滌脫硫的首選。其中還有淡水洗滌廢氣（閉式洗滌系統(tǒng)）與海水洗滌廢氣（開(kāi)式洗滌系統(tǒng)）及混合模式三種型式。但是開(kāi)式洗滌系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)受海水鹽度及溫度影響，效果難以保證，而混合模式系統(tǒng)又過(guò)于復(fù)雜，初始投資成本及運(yùn)營(yíng)成本較高［3］，閉式系統(tǒng)更加環(huán)?？煽?，以下對(duì)比均采用閉式洗滌系統(tǒng)。其中閉式洗滌系統(tǒng)主要部件有洗滌塔、沖洗泵等，具體的系統(tǒng)流程圖見(jiàn)圖2。

圖2 廢氣脫硫系統(tǒng)典型流程圖

降低船舶硫氧化物排放的不同措施所需增加的設(shè)備見(jiàn)表2。

表2 降低船舶硫氧化物排放系統(tǒng)配置對(duì)比

對(duì)于船舶排放中的氮氧化物，現(xiàn)在世界范圍已經(jīng)要求達(dá)到TIER II的要求，目前的柴油機(jī)大都可以通過(guò)自身設(shè)計(jì)來(lái)滿足TIER II的要求，無(wú)需采取其他措施來(lái)滿足排放要求。但是船舶若要航行于排放控制區(qū)域，則需滿足TIER III的要求。為了滿足TIER III的排放要求，柴油機(jī)廠家探索了很多技術(shù)措施如：兩級(jí)增壓技術(shù)、SCR 后處理、米勒循環(huán)、船用EGR技術(shù)、乳化油、等離子體除NOX技術(shù)等。其中有代表性的措施主要有以下三種：加裝選擇性催化還原（SCR）裝置、使用LNG作為替代燃料或讓柴油機(jī)采用廢氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng)。

LNG作為替代能源可以同時(shí)降低SOX與NOX的排放，但是其應(yīng)用的困難之處在前文已經(jīng)介紹過(guò)了，在這里就不再贅述。

在降低NOX排放的措施中，除了使用LNG作為替代燃料，還有廢氣再循環(huán)技術(shù)（EGR）。EGR系統(tǒng)所采用的廢氣再循環(huán)技術(shù)主要是指柴油機(jī)在運(yùn)行時(shí)將一部分廢氣引回進(jìn)氣管，與新鮮空氣混合后再進(jìn)入氣缸，重新燃燒做功，從而大幅度降低氮氧化物的生成量，滿足TIER III的排放要求。

而另一種降低NOX排放的技術(shù)即為選擇性催化還原（SCR）技術(shù)指以NH3（尿素溶液）為還原劑，利用其對(duì)NOX的高選擇還原性，將排氣中有害的NOX優(yōu)先還原為無(wú)害的N2和H2O的后處理技術(shù)。這種技術(shù)有NOX轉(zhuǎn)化率高（可達(dá)90%以上），裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，不影響柴油機(jī)原有特性，且技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛。但是與廢氣脫硫裝置一樣，SCR系統(tǒng)增加的混合筒及反應(yīng)爐尺寸較大，會(huì)增加柴油機(jī)排氣管上的背壓，并且需要增加不菲的初始投資。

EGR技術(shù)是指通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)從柴油機(jī)排氣中抽取部分廢氣經(jīng)凈化、冷卻后再與增壓器送來(lái)的新風(fēng)混合，一起進(jìn)入掃氣集管內(nèi)，以此來(lái)降低掃氣中的氧氣濃度。而燃燒過(guò)程中NO的生成是與含氧量的平方根成正比的，因此廢氣中的氮氧化物的含量被大大降低了。且廢氣中的CO2及水蒸汽的熱容量大，提高了廢氣的比熱容，進(jìn)而降低了燃燒的峰值溫度和NOX的產(chǎn)生。其系統(tǒng)包括EGR單元、收集柜單元、供給單元、水處理單元、輔助艙柜（NaOH柜，渣艙，泄放艙），控制系統(tǒng)等設(shè)備，典型的系統(tǒng)流程圖如圖3所示。

SCR系統(tǒng)是一種柴油機(jī)廢氣后處理裝置，運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理，在300～400℃的溫度下，以氨或尿素作為還原劑有選擇的與NOX反應(yīng)，將NOX排放物轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂退?。其主要化學(xué)反應(yīng)方程式為［4］：

圖3 E G R系統(tǒng)流程圖

其整個(gè)工藝流程的第一步是將尿素溶液噴入混合筒與柴油機(jī)廢氣充分混合，然后進(jìn)入SCR反應(yīng)爐，以反應(yīng)爐中的催化劑為媒介，完成催化還原反應(yīng)，將NOX還原成對(duì)環(huán)境無(wú)害的N2及H2O。因此SCR系統(tǒng)共包含混合桶、反應(yīng)爐、供給噴射單元、控制單元、尿素存儲(chǔ)單元等設(shè)備，典型的系統(tǒng)流程如圖4所示。

圖4 S C R系統(tǒng)流程圖

降低船舶氮氧化物排放的不同措施所需增加的設(shè)備可見(jiàn)下頁(yè)表3。

表3 降低船舶硫排放系統(tǒng)配置對(duì)比

綜上所述，不同的船舶減排措施均需滿足一定要求，增加特定的設(shè)備，都會(huì)對(duì)船舶系統(tǒng)以及柴油機(jī)的運(yùn)行產(chǎn)生影響，因此需要針對(duì)不同船型的特點(diǎn)來(lái)選擇。其中，若使用LNG作為船舶的替代燃料，可以同時(shí)解決SOX及NOX的排放問(wèn)題，但由于其燃料系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜，且受LNG加注配套措施不足的影響，國(guó)內(nèi)目前仍無(wú)法普及。

此外，對(duì)于大型耙吸挖泥船此類工程船舶而言，其機(jī)艙層高相對(duì)較低，且機(jī)艙內(nèi)設(shè)備較多，同時(shí)裝機(jī)功率也較高，因此不論是選擇直推主機(jī)或者主發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)時(shí)，基本都是選擇中速柴油機(jī)。這樣便給減排措施帶來(lái)一些局限性。首先EGR技術(shù)就難以在大型耙吸挖泥船上應(yīng)用，因?yàn)槟壳爸兴贆C(jī)上的EGR技術(shù)還未開(kāi)發(fā)完成，市場(chǎng)上還沒(méi)有可應(yīng)用EGR技術(shù)的中速柴油機(jī)供應(yīng)。同時(shí)中速柴油機(jī)背壓較低，目前通過(guò)改進(jìn)增壓器，增加柴油機(jī)油耗的方式，中速柴油機(jī)背壓也只能達(dá)到5 kPa。而安裝在柴油機(jī)排氣管上的廢氣脫硫裝置或是SCR裝置均會(huì)增加排氣管背壓，若同時(shí)使用極有可能超過(guò)柴油機(jī)的背壓允許范圍。

因此對(duì)于使用低速柴油機(jī)的運(yùn)輸船而言，EGR技術(shù)加脫硫方案更適用，而對(duì)于使用中速柴油機(jī)的工程類船舶而言，SCR加低硫油的方案則更適用。

2 長(zhǎng)航6000 m3耙吸挖泥船柴油機(jī)排放控制系統(tǒng)配置分析

本文的研究對(duì)象——長(zhǎng)航6000 m3耙吸挖泥船的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

船體總長(zhǎng)： 約122 m

型寬： 24.8 m

型深： 9.6 m

國(guó)際干舷吃水： 7.2 m

泥艙載泥量： 約8700 t（約6000 m3）

最大載泥量： 約11600 t

該船是亞洲第一艘全電力驅(qū)動(dòng)的耙吸挖泥船，該船建造是用于長(zhǎng)江下游12.5 m深水航道維護(hù)疏浚及吹填工程，可兼顧長(zhǎng)江口及沿海港口疏浚作業(yè)。該船的所有柴油機(jī)均滿足TIER II的排放要求，且所有需燃用燃油的設(shè)備均可燃用低硫油，因此該船設(shè)計(jì)完全滿足《珠三角、長(zhǎng)三角、環(huán)渤海（京津冀）水域船舶排放控制區(qū)實(shí)施方案》以及MEPC對(duì)于SOX排放的要求。同時(shí)考慮到環(huán)保的要求日益提高，2016年又增設(shè)了波羅的海和北海兩個(gè)NOX排放控制區(qū)，因此雖然國(guó)內(nèi)還未設(shè)立NOX排放控制區(qū)，該船也未配備脫硝裝置，但是在設(shè)計(jì)中為將來(lái)的TIER III排放合規(guī)措施改造作了考慮，將煙囪的橫向?qū)挾燃訉挘瑸槲磥?lái)的改造預(yù)留了空間。

該船艙內(nèi)共布置了3臺(tái)4224 kW主發(fā)電機(jī)組，并在2平臺(tái)布置了1臺(tái)1500 kW主發(fā)電機(jī)組及1臺(tái)500 kW停泊發(fā)電機(jī)組，其機(jī)艙平面布置圖如下頁(yè)圖5所示。

就長(zhǎng)航6000 m3耙吸挖泥船的動(dòng)力配置而言，其主電站所選柴油機(jī)為WARTSILA生產(chǎn)的3臺(tái)8L32E及1臺(tái)8L20中速柴油機(jī)，根據(jù)設(shè)備廠提供的減排方案，廢氣脫硫裝置會(huì)給排氣管增加1.5 kPa背壓，SCR系統(tǒng)會(huì)給排氣管增加1.2 kPa的排氣背壓，同時(shí)排氣管消音器及廢棄鍋爐一般均會(huì)增加1 kPa的排氣背壓。可以看到，若期望通過(guò)組合使用SCR與廢氣脫硫裝置來(lái)一次性解決SOX與NOX排放的問(wèn)題，SCR裝置、廢氣脫硫裝置及消音器的總背壓就將達(dá)到3.7 kPa，留給排氣管本身的背壓只剩1.3 kPa，而這只是理想狀態(tài)下的設(shè)備背壓，如有設(shè)備背壓超過(guò)理想值，整個(gè)排氣系統(tǒng)都將面臨超壓的危險(xiǎn)。同時(shí)，脫硫洗滌塔的尺寸及SCR系統(tǒng)的反應(yīng)爐及混合筒尺寸均較大，洗滌塔的尺寸甚至高達(dá)8 m，并且均帶有大量輔助設(shè)備，若想全部布置進(jìn)船舶機(jī)艙及煙囪內(nèi)，對(duì)于挖泥船的機(jī)艙設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)很困難。因此，就挖泥船的機(jī)艙設(shè)計(jì)及柴油機(jī)配置而言，組合使用廢氣脫硫裝置與SCR系統(tǒng)可行性比較差；并且一旦組合使用兩套系統(tǒng)，由于廢氣鍋爐還會(huì)增加1 kPa的排氣管背壓，將民致排氣管上的廢氣鍋爐無(wú)法安裝。這時(shí)如果還是采用重油作為主要燃料，就需要通過(guò)燃油鍋爐持續(xù)加熱油艙。這樣相比采用低硫油來(lái)解決SOX排放問(wèn)題，采用廢氣脫硫裝置使得船舶運(yùn)營(yíng)時(shí)能夠燃用重油來(lái)降低運(yùn)營(yíng)成本的優(yōu)勢(shì)也會(huì)大大降低。因此，若想同時(shí)解決SOX與NOX排放問(wèn)題，通過(guò)燃用低硫油及加裝SCR系統(tǒng)，在經(jīng)濟(jì)性及可行性上無(wú)疑是更好的選擇。

圖56000 m3耙吸挖泥船機(jī)艙布置圖

而就使用LNG作為替代能源來(lái)說(shuō)，已有柴油機(jī)廠家提供適用的柴油機(jī)，如WARTSILA及MAN設(shè)計(jì)的雙燃料中速柴油機(jī)及RR公司設(shè)計(jì)的純氣體柴油機(jī)。但是由于其燃料系統(tǒng)比較復(fù)雜，且LNG易燃易爆的特點(diǎn)，民致系統(tǒng)存在多處危險(xiǎn)區(qū)域，安全隱患大，在實(shí)船應(yīng)用時(shí)，船東顧慮較多。目前世界范圍也只有一艘小型耙吸挖泥船交付使用，并且還是采用的雙燃料柴油機(jī)。因此，可待更多使用LNG作為柴油機(jī)燃料的挖泥船交付使用之后，觀察實(shí)船應(yīng)用情況再作考慮。

綜上，對(duì)于長(zhǎng)航6000 m3耙吸挖泥船的減排措施，目前建議組合采用低硫油及SCR裝置的方案，這個(gè)方案更加適合耙吸挖泥船的柴油機(jī)類型，且系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單與可靠，船員的日常管理也更為簡(jiǎn)單。

從布置圖中可以看到不論是在機(jī)艙艙內(nèi)，還是機(jī)艙2平臺(tái)，均布置了較多設(shè)備，想要在其中增加更多設(shè)備，均需對(duì)現(xiàn)有的布置作出較多調(diào)整。其中本船已經(jīng)為船舶燃用低硫燃油進(jìn)行了相關(guān)設(shè)計(jì)，在供油單元及柴油機(jī)回油管路增設(shè)了低硫燃油冷卻器及MGO日用艙柜及MGO儲(chǔ)存艙，因此改造只需將SCR系統(tǒng)布置進(jìn)去即可。而在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到環(huán)保要求日趨嚴(yán)厲的狀況，也為SCR系統(tǒng)的改造預(yù)留了空間，即加大了煙囪寬度。根據(jù)設(shè)備廠提供的SCR系統(tǒng)方案，SCR系統(tǒng)中的4臺(tái)主發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)可共用1套輔助設(shè)備，其尺寸如表4所示。

表4 S C R系統(tǒng)輔助設(shè)備尺寸mm

除此之外，還需在船舶上設(shè)置尿素儲(chǔ)存艙，可以看到機(jī)艙艙內(nèi)并無(wú)空間再增加尿素艙。綜合考慮，可將船舶尾部2平臺(tái)上的壓載艙3P/3S改造成尿素儲(chǔ)存艙，同時(shí)輔助設(shè)備也可同樣布置在2平臺(tái)之上。具體布置見(jiàn)圖6。

圖66000 m3耙吸挖泥船S C R系統(tǒng)輔助設(shè)備布置圖

可見(jiàn)，在6000 m3耙吸挖泥船的機(jī)艙內(nèi)增加尿素儲(chǔ)存艙及SCR系統(tǒng)的輔助設(shè)備對(duì)原有布置影響不大，但SCR系統(tǒng)中還需在每臺(tái)主發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)的排氣管上增設(shè)混合筒及反應(yīng)爐，其尺寸如表5所示。

可以看到，混合筒及反應(yīng)爐長(zhǎng)度方向的尺寸都十分驚人，為8L32E所配置的反應(yīng)爐及混合筒長(zhǎng)度方向的尺寸均達(dá)4 m。因此，若想全部布置于煙囪內(nèi)，長(zhǎng)度方向并不現(xiàn)實(shí)。此外，還可以發(fā)現(xiàn)混合筒的出入口口徑與柴油機(jī)排氣管相差無(wú)幾，且混合筒水平及垂直布置皆可，因此可將混合筒水平布置。8L20的排氣管上因?yàn)椴⑽丛O(shè)置廢氣鍋爐，因此混合筒亦可垂直布置于煙囪內(nèi)，其布置情況參見(jiàn)圖7。

表5 S C R系統(tǒng)混合筒及反應(yīng)爐尺寸mm

圖76000 m3耙吸挖泥船S C R混合筒及反應(yīng)爐布置圖

可以清晰地看到，由于設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)將煙囪寬度加寬了，因此在寬度方向，布置并無(wú)太大問(wèn)題，但是SCR裝置仍與煙囪內(nèi)結(jié)構(gòu)有干涉現(xiàn)象。因此，若想在現(xiàn)有的布置情況下將SCR系統(tǒng)布置進(jìn)去，必將對(duì)煙囪進(jìn)行改造。

首先是平面狀態(tài)，6000 m3耙吸挖泥船為了加強(qiáng)煙囪結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在煙囪內(nèi)設(shè)置了十字型的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，這限制了煙囪內(nèi)布置反應(yīng)爐的空間，將會(huì)與反應(yīng)爐干涉，需要取消這個(gè)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)方可將反應(yīng)爐布置進(jìn)去。

同時(shí)，由于保留了廢氣鍋爐，1～3號(hào)主發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)的排氣管高度十分高，即使將反應(yīng)爐布置在主甲板之上，整個(gè)排氣管也將高于現(xiàn)有的煙囪頂板高度。因此，煙囪應(yīng)根據(jù)設(shè)備情況適當(dāng)加高。

此外，煙囪在主甲板還布置有燃油鍋爐。將反應(yīng)爐布置進(jìn)去后，空間十分緊張。因此，從機(jī)艙2平臺(tái)通入煙囪的斜梯由于同反應(yīng)爐干涉，故也需取消。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文結(jié)合6000 m3耙吸挖泥船柴油機(jī)機(jī)型特點(diǎn)，相關(guān)法規(guī)對(duì)船舶柴油機(jī)排放的要求及現(xiàn)有的廢氣處理措施，分析得出以下結(jié)論：對(duì)于大型耙吸挖泥船而言，目前采用燃用低硫油及加裝SCR裝置的方式來(lái)同時(shí)滿足排放區(qū)法規(guī)對(duì)船舶柴油機(jī)SOX及NOX排放的要求在可行性及經(jīng)濟(jì)性上更加適用；同時(shí)根據(jù)6000 m3耙吸挖泥船的布置情況，分析得出若想將SCR系統(tǒng)布置進(jìn)去，需對(duì)煙囪進(jìn)行改造。由于前期設(shè)計(jì)時(shí)，在煙囪寬度方向預(yù)留了SCR反應(yīng)器的位置，因此僅需加高煙囪高度，同時(shí)對(duì)煙囪內(nèi)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)滿足SCR系統(tǒng)的布置要求即可。