長(zhǎng)江口水域船舶黑煙排放成因及監(jiān)管建議

李 凱 郭俊東 王 蕾 王鶴榮

（吳淞海事局，上海 200940）

0 引言

長(zhǎng)江口水域是船舶進(jìn)出長(zhǎng)江和上海港，以及南北航行船舶必經(jīng)之處。目前，該水域每天船舶流量超過1 000 艘次[1]，其中許多船舶存在排放黑煙的問題。醫(yī)學(xué)研究表明，船舶黑煙排放對(duì)人體有負(fù)面影響，柴油機(jī)排放的黑煙成分在世衛(wèi)組織2017 年A 類致癌物質(zhì)排名第39 位[2]。美英等國(guó)已經(jīng)將船舶排放黑煙的行為納入執(zhí)法體系，中國(guó)香港特別行政區(qū)也作出了相關(guān)規(guī)定。近年來(lái)，上海、江蘇等地區(qū)相繼出臺(tái)規(guī)定，船舶在航行中排放明顯可見黑煙的行為屬于違法行為。本文在研究長(zhǎng)江口水域船舶黑煙排放原因的基礎(chǔ)上，提出了預(yù)防措施和監(jiān)管建議，為船舶減少黑煙排放和主管部門有效監(jiān)管提供了指導(dǎo)。

1 船舶排放黑煙的危害

船舶排放的黑煙主要包含碳一氧化碳、二氧化硫、苯并芘、碳?xì)浠衔?、氮氧化合物、含鉛化合物及固體顆粒物等污染物。船舶黑煙排放對(duì)環(huán)境和人類健康造成多種危害，包括[3]：

1）空氣污染：船舶黑煙排放中的顆粒物和有害氣體會(huì)污染空氣，導(dǎo)致霧霾并對(duì)人體呼吸系統(tǒng)造成刺激和損害，增加呼吸道疾病風(fēng)險(xiǎn)。

2）氣候變化：船舶黑煙排放的碳?xì)浠衔锖投趸际菧厥覛怏w的主要來(lái)源之一，導(dǎo)致大氣溫度上升，加劇全球氣候變化，引發(fā)極端天氣、海平面上升和冰川融化等問題。

3）水質(zhì)污染：船舶黑煙中的顆粒物降落到水體中，導(dǎo)致水質(zhì)污染。這些顆粒物含有有害物質(zhì)，對(duì)水生生物造成毒害，破壞水生態(tài)平衡。

4）生物多樣性損失：船舶黑煙排放引發(fā)的氣候變化和水質(zhì)污染等環(huán)境問題對(duì)海洋生物多樣性產(chǎn)生負(fù)面影響，破壞海洋物種的生存和棲息地，威脅整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可持續(xù)性。

5）城市景觀受損：船舶黑煙排放導(dǎo)致的空氣污染使城市空氣質(zhì)量下降，影響城市景觀和居民的視覺體驗(yàn)。黑煙中的灰塵也會(huì)落在建筑物、車輛和公共設(shè)施上，破壞城市環(huán)境美觀。

6）其他危害：船舶黑煙排放會(huì)增加柴油燃料消耗，降低功率，增加磨損，并使柴油機(jī)過熱，引發(fā)活塞和氣門大量積炭，影響柴油機(jī)使用壽命[4]。

2 長(zhǎng)江口水域船舶黑煙排放相關(guān)的法律要求

2014年10月1日，《上海市大氣污染防治條例》正式實(shí)施，修正版于2018 年12 月20 日通過，自2019 年1 月1 日起施行。其中，第四章《防治機(jī)動(dòng)車、船排放污染》中第三十九條第五款規(guī)定：“在本市行駛的機(jī)動(dòng)車船不得排放明顯可見的黑煙?！钡诎耸鶙l規(guī)定：“違反本條例第三十九條第五款規(guī)定的,由海事部門責(zé)令改正，可以處一千元以上一萬(wàn)元以下罰款；情節(jié)嚴(yán)重的；處一萬(wàn)元以上五萬(wàn)元以下罰款?！?/p>

2018 年11 月30 日，交通運(yùn)輸部制定了《船舶大氣污染物排放控制區(qū)實(shí)施方案》，對(duì)船舶排放硫氧化物、氮氧化物、顆粒物和揮發(fā)性有機(jī)物等大氣污染物作出了具體要求[5]。

3 長(zhǎng)江口水域船舶黑煙排放的現(xiàn)狀

航經(jīng)長(zhǎng)江口水域的船舶多為大型海船，包括散貨船、集裝箱船、液貨船、雜貨船、滾裝貨船、氣體運(yùn)輸船、郵輪、工程船等。除了使用新能源如LNG、甲醇等作為燃料的船舶外，其他船舶在啟動(dòng)、機(jī)動(dòng)航行和巡航等工況下往往存在排放黑煙的行為。特別是船齡超過10 年的船舶，排放黑煙的概率較船齡在10 年以內(nèi)的船舶更高。

4 長(zhǎng)江口水域船舶黑煙排放的成因

長(zhǎng)江口水域船舶排放明顯可見黑煙的案例，主要是由于船舶柴油機(jī)（包括主機(jī)和副機(jī)）故障以及燃油鍋爐燃燒不良引起的。

4.1 船舶柴油機(jī)故障

船舶供油系統(tǒng)故障、燃燒系統(tǒng)故障、進(jìn)氣排氣系統(tǒng)故障極易導(dǎo)致排放黑煙。這些故障包括但不限于以下情況：

（1）供油系統(tǒng)故障

①供油提前角異常:供油提前角過大或過小會(huì)影響柴油進(jìn)入氣缸后的燃燒性能。過大的供油提前角會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)較多早燃情況，致使燃燒不完全，產(chǎn)生大量的黑煙。如果供油提前角設(shè)置過小，極易在燃油噴入氣缸時(shí)，出現(xiàn)錯(cuò)過最佳時(shí)機(jī)的情況，致使燃油與空氣混合不均，燃燒不完全，而產(chǎn)生黑煙。

②出油閥或噴油泵柱塞磨損：若噴油泵柱塞或出油閥被嚴(yán)重磨損，噴油泵的泵油壓力極易下降，影響供油壓力上升速度,會(huì)使燃油噴射過程延長(zhǎng)，噴油霧化質(zhì)量也會(huì)受到影響,從而導(dǎo)致燃燒不充分,產(chǎn)生黑煙。

③噴油嘴損壞：噴油嘴如發(fā)生霧化不良、嚴(yán)重滴油或卡死，燃油噴射質(zhì)量會(huì)降低，致使燃燒不完全，產(chǎn)生黑煙。噴油壓力異常（過大或過?。┮矔?huì)影響噴油時(shí)間，導(dǎo)致燃油燃燒不完全，產(chǎn)生黑煙。

④噴油泵調(diào)速器故障：噴油泵調(diào)速器問題會(huì)導(dǎo)致噴油器與油門控制機(jī)構(gòu)不平衡，從啟動(dòng)時(shí)就可能出現(xiàn)黑煙排放。

⑤噴油泵供油量過大：若噴油泵的供油量過大，大量燃油進(jìn)入氣缸后將發(fā)生不充分燃燒，產(chǎn)生黑煙。

（2）燃燒系統(tǒng)故障

①氣缸壓力不足：若活塞頂部間隙過大或者氣閥的密封不嚴(yán)會(huì)導(dǎo)致氣缸壓縮壓力和溫度降低，燃油燃燒不充分，產(chǎn)生黑煙。氣閥座圈凹入太深也會(huì)降低氣缸的壓縮比，進(jìn)而影響燃燒性能。

②氣閥間隙不正確：若氣閥間隙過大會(huì)造成氣閥開啟持續(xù)時(shí)間縮短，進(jìn)氣量減少，燃油燃燒不完全，產(chǎn)生黑煙。

③氣缸內(nèi)氣體壓縮不良：若活塞與缸套之間的磨損過大或活塞環(huán)嚴(yán)重磨損，或是氣閥密封不良會(huì)導(dǎo)致氣缸漏氣，都會(huì)影響氣缸的壓縮性能，燃油燃燒不充分，產(chǎn)生黑煙。

④進(jìn)排氣系統(tǒng)故障

（3）導(dǎo)致柴油機(jī)冒黑煙的進(jìn)氣系統(tǒng)問題主要有以下幾點(diǎn)：

①空氣濾清器問題：如果空氣濾清器臟污，或是使用劣質(zhì)的空氣濾芯，會(huì)使阻力增加，進(jìn)入氣缸的新鮮空氣量會(huì)減少，導(dǎo)致燃燒不完全，排放黑煙。

②進(jìn)氣管問題：若進(jìn)氣系統(tǒng)發(fā)生堵塞，或者進(jìn)氣管過長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致進(jìn)氣阻力增加，致使燃燒不完全，從而產(chǎn)生黑煙。若進(jìn)氣溫度過高，同樣也會(huì)致使燃燒不完全，產(chǎn)生黑煙。

③排氣系統(tǒng)問題：若排氣系統(tǒng)安裝不合理，例如：排氣管過長(zhǎng)、過細(xì)，或消聲器安裝不合適，會(huì)導(dǎo)致排氣阻力增加，致使得排氣不暢，導(dǎo)致燃燒不完全，產(chǎn)生黑煙。

（4）其他問題

如果經(jīng)過排除以上問題后，柴油機(jī)仍然排放黑煙，可以考慮以下因素：

①燃油質(zhì)量問題：使用不合適的柴油，如標(biāo)號(hào)不正確、黏度過大或質(zhì)量差的柴油，會(huì)使燃燒不完全，導(dǎo)致黑煙排放，并可能導(dǎo)致燃燒室和排氣系統(tǒng)積炭。

②環(huán)境因素：高環(huán)境溫度會(huì)導(dǎo)致燃油和進(jìn)氣溫度升高，降低了充氣密度和燃油氣化能力，使燃燒條件惡化，造成燃燒不完全和黑煙排放。

③設(shè)備匹配問題：柴油機(jī)與動(dòng)力輸出裝置（例如變速箱或螺旋槳）不匹配，或者是設(shè)備本身存在問題，可能會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)排放黑煙。如果更換了變速箱或螺旋槳后出現(xiàn)黑煙問題，可能是因?yàn)椴裼蜋C(jī)與新裝置不匹配。

4.2 船舶燃油鍋爐燃燒不良

船舶排放明顯可見的黑煙的原因有一部分是燃油鍋爐燃燒不良造成的，主要有以下幾種情況：

（1）燃油質(zhì)量差：使用含有多種雜質(zhì)、黏溫性差的燃油容易導(dǎo)致噴油嘴堵塞、霧化不良等問題。

（2）燃油燃燒不充分：進(jìn)風(fēng)擋板設(shè)置不當(dāng)、風(fēng)油配比不合理、布風(fēng)器臟污等因素會(huì)導(dǎo)致進(jìn)風(fēng)量不足，使燃油無(wú)法充分燃燒。

（3）燃油霧化質(zhì)量差：燃油壓力低、油溫低、噴嘴老化或堵塞等都會(huì)影響燃油的霧化效果，從而導(dǎo)致燃燒不良。

（4）爐膛和供風(fēng)溫度過低：冷爐點(diǎn)火時(shí)，特別是在冬季，進(jìn)風(fēng)溫度過低會(huì)影響燃燒的質(zhì)量。

（5）燃油泵供油系統(tǒng)故障：供油泵故障、老化等問題會(huì)導(dǎo)致燃油供應(yīng)不穩(wěn)定，油壓波動(dòng)，進(jìn)而影響霧化效果和燃燒質(zhì)量。

（6）煙道發(fā)生二次燃燒事故：過多的積灰會(huì)導(dǎo)致煙道發(fā)生二次燃燒，進(jìn)而導(dǎo)致柴油機(jī)冒黑煙[6]。

5 預(yù)防措施

5.1 船舶柴油機(jī)預(yù)防措施

（1）供油系統(tǒng)：定期檢查供油提前角、噴油泵和噴油器的磨損情況，并保持良好的霧化效果，避免供油量過大。

（2）燃油系統(tǒng)：確保氣缸壓縮壓力正常，檢查和調(diào)整活塞頂間隙和氣閥間隙，并保持氣閥的良好密封。

（3）進(jìn)氣系統(tǒng)：定期清洗空氣濾器，避免堵塞，確保足夠的空氣供應(yīng)。

（4）排氣系統(tǒng)：確保排氣系統(tǒng)正確安裝，沒有漏氣或阻塞。

（5）其他方面：選擇質(zhì)量好的燃油，避免使用不易著火的劣質(zhì)燃油，防止環(huán)境溫度過高，導(dǎo)致燃油氣化不完全，確保柴油機(jī)與設(shè)備的動(dòng)力輸出裝置匹配。

5.2 燃油鍋爐預(yù)防措施

（1）加裝正規(guī)燃油，當(dāng)發(fā)現(xiàn)鍋爐噴嘴容易被油渣堵塞、噴油嘴和布風(fēng)器容易臟污時(shí)，應(yīng)及時(shí)向公司反饋燃油質(zhì)量，加裝合格燃油。

（2）設(shè)置正確的風(fēng)油比，保證充足的風(fēng)量和燃油混合均勻。

（3）按照要求設(shè)置燃油壓力和加熱器溫度，并定期清潔和更換噴油嘴。

（4）冷爐點(diǎn)火時(shí)，先使用輕柴油，待爐膛溫度升高后再轉(zhuǎn)換為重油，并保持機(jī)艙溫度。

（5）定期檢查和更換燃油泵組件，保持燃油泵的良好工作狀態(tài)。

（6）定期清洗煙道積灰，保持煙道暢通。

（7）檢查和清洗燃油供應(yīng)系統(tǒng)和噴射系統(tǒng)中的濾器，并及時(shí)更換故障的壓力儀表。

（8）在自動(dòng)控制的鍋爐負(fù)荷低時(shí)，適當(dāng)增加油艙加溫閥或部分蒸汽泄放來(lái)增加負(fù)荷，避免低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。

6 長(zhǎng)江口水域船舶黑煙排放監(jiān)管建議

自《上海市大氣污染防治條例》實(shí)施以來(lái)，在航船舶航經(jīng)長(zhǎng)江口水域時(shí)，發(fā)生排放明顯可見黑煙的行為已經(jīng)被列入違法行為清單。執(zhí)法人員通過宣傳教育、現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法等方式對(duì)該水域船舶進(jìn)行治理，大氣環(huán)境得到明顯改善，但仍有船舶航經(jīng)該水域時(shí)排放明顯可見的黑煙。因此，有必要對(duì)違規(guī)排放黑煙的船舶進(jìn)行監(jiān)管。參考目前國(guó)內(nèi)外生效的法律法規(guī)及相關(guān)管理規(guī)定，結(jié)合轄區(qū)長(zhǎng)江口水域航行船舶的實(shí)際情況，建議：

1）加強(qiáng)法律法規(guī)建設(shè)，制定和完善相關(guān)法律法規(guī)，明確船舶黑煙排放的限制標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)管要求，確立相應(yīng)的懲罰措施和處罰力度，同時(shí)，加強(qiáng)執(zhí)法力度，確保違規(guī)排放行為得到有效打擊。

2）推動(dòng)清潔能源轉(zhuǎn)型，促進(jìn)燃料升級(jí)和燃燒技術(shù)改進(jìn)。除了推廣低硫燃料和潔凈燃料，還可以鼓勵(lì)船舶使用新興的清潔能源如氫燃料電池、電動(dòng)船舶等，減少對(duì)傳統(tǒng)燃料油的依賴，進(jìn)一步降低船舶黑煙排放。

3）加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和取證方法，對(duì)黑煙的鑒定更加科學(xué)合理。建立船舶黑名單機(jī)制和處罰分級(jí)管理機(jī)制，對(duì)違規(guī)排放的船舶嚴(yán)格追責(zé)。加大宣傳教育力度，普及船舶黑煙排放危害的認(rèn)識(shí)，提高環(huán)保意識(shí)。對(duì)于綠色船舶和環(huán)保措施出色的船舶，給予獎(jiǎng)勵(lì)和榮譽(yù)。

4）引入經(jīng)濟(jì)激勵(lì)措施，如給予使用清潔燃料船舶稅收減免、補(bǔ)貼或貸款利率優(yōu)惠等，鼓勵(lì)船舶業(yè)主和運(yùn)營(yíng)商升級(jí)船舶燃料和減少黑煙排放。

5）加強(qiáng)船舶黑煙排放的宣傳教育工作，向船舶業(yè)主、船員和相關(guān)從業(yè)人員普及相關(guān)知識(shí)，提高他們對(duì)黑煙排放危害的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，提供技術(shù)培訓(xùn)和支持，推廣先進(jìn)的燃燒技術(shù)和減排設(shè)備的應(yīng)用。

6）加強(qiáng)國(guó)際合作與經(jīng)驗(yàn)交流，積極參與國(guó)際組織和項(xiàng)目，與其他國(guó)家和地區(qū)分享經(jīng)驗(yàn)和最佳實(shí)踐，學(xué)習(xí)先進(jìn)的監(jiān)管模式和技術(shù)，提升船舶黑煙排放監(jiān)管水平。