船舶柴油机尾气减排技术

摘 要：为控制近年来船舶柴油机的排气造成的污染，国际海事组织制定了严格法规。本文对氮氧化物提出了具体的控制措施：满足Tier II的方案通过机内措施即可实现；满足Tier III的方案需要机内措施并辅以机外措施。对硫氧化物和炭烟也提出了在船舶上适用的措施，并介绍了一些新技术。在船舶上需要多种技术共同使用以达到法规标准是其发展趋势。

关键词：船舶柴油机 尾气 减排技术

中图分类号： TK421 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（b）-0000-00

柴油机是目前世界上船舶使用最为普遍的动力装置，然而船舶柴油机的广泛使用及大量燃烧使用的重油也给环境造成了巨大的污染。据统计，以柴油机为动力的船舶每年向大气排放氮氧化物（NOx）约650万吨、硫氧化物（SOx）约600万吨。全球每年约有64000人死于与船舶污染有关的疾病[2]。

1 国际海事组织制定的法规及要求

由于船舶柴油机尾气排放对大气造成的污染愈加严重，国际海事组织（IMO）修订并通过的《防污公约》，规定了在不同时期和区域、NOx、SOx和PM等排放量的限制值以及对燃油含硫量的一般要求（见表1）。

2 船舶柴油机尾气减排技术

船舶柴油机尾气中加带的有害排放物是造成污染的重要根源之一。氮氧化物（NOx）、硫氧化物（SOx）和炭烟等为主要的有害排放物。因而，对尾气减排技术，主要针对以上三种有害物质[4]。

2.1 满足Tier II阶段要求的方案

IMO要求NOx排放量比Tier I降低20%，在当前减排技术发展情况下，采用以下内部措施即可实现。（1）延迟喷油正时。船舶柴油机因常在较热环境下运行，冷却水温度较高，利用延迟喷油正时的办法NOx可减少10%～15%[5]。（2）高压共轨技术。高压共轨燃油喷射系统通过对喷油要素的优化使燃烧更充分，减少了有害排放物。实践表明，采用共轨技术的船舶柴油机能够将NOx排放减少20%[6]。（3）两级增压。两级增压系统，高工况采用强米勒循环，低工况采用可变气门正时技术，提高缸内过量空气系数，改善低工况冒烟问题。

2.2 满足Tier III阶段要求的方案

对于IMO Tier III的要求，即NOx排放量比Tier I降低80%的目标，除了要进行上述的内部技术外，还需要以下必要的外部措施。（1）燃油-水乳化。乳化燃油可降低最高燃烧温度，故NOx的生成量减少。从降低NOx的角度看，最佳掺水量为14.5%。（2）选择性催化还原（SCR）。用氨作还原剂对含NOx的气体进行催化还原处理。NOx清除的程度取决于所加的氨量（表示为NH3 /NOx）。NH3 /NOx的比值高，则可得到较高的NOx净化率。（3）气体燃料：双燃料发动机和纯气体发动机。典型的是采用液化天然气（LNG）。LNG污染小，考虑到设备的改装费用和对船舶结构的改变，在船舶上应用还有很大难度。当前可使用LNG作为燃料提供相当动力的船舶，绝大部分为LNG运输船。纯气体燃料发动机能够改善船舶柴油机排放问题，但储存安装及运输补充是其最大限制，目前较为成熟的机型主要是中速柴油机。

2.3 硫氧化物的控制

硫氧化物的排放水平基本取决于燃料中硫的含量。海水洗涤系统作为一种后处理技术也可用来减少硫氧化物的排放。目前，如在柴油机正常运行工况下，烟气冷却到150℃左右，燃油含硫量控制在3.5%以下，海水温度保持在20℃以下，装置脱硫效率理论可达98%[7]。

2.4 炭烟的控制

目前，对船舶柴油机尾气的炭烟颗粒有进行机内控制和机外净化技术。机内控制措施主要通过提高喷油压力，改善油气混合质量实现。机外净化技术即为微粒捕集器（DPF），它可将尾气中的炭烟颗粒减少70%以上。另外，旋风分离器可分离粒径大于0.5微米的颗粒；静电沉淀分离器效果很好，但造价很高；船舶废气反应器（IESI）对颗粒的净化率达80%以上。

3 结论

氮氧化物和硫氧化物作为尾气中加带的主要危害物，在国际海事组织愈加严格的法规背景下，单纯燃用较高品质燃油（较低硫分）对于降低硫氧化物效果明显，但对远洋船舶应用起来，考虑其成本必将非常困难。而氮氧化物的控制途径较多，因而多种技术在船舶上综合运用是发展的必然。新技术新装备的应用还要考虑在船舶有限空间上实施的可能。

参考文献

[1] J. J. Corbett， J. J. Winebrake， E. H. Green， et al.Mortality from Ship Emissions： A Global Assessment[J]. Environ. Sci. Technol.， 2007， 41（24）： 8512-8518.

[2] 中国船级社. 《国际海事组织防污公约MARPOL》2011年综合文本[S]. 2012.265-270

[3] 孙培廷，黄连中.国际船舶防污染公约的实施及对船舶柴油机动力装置发展影响的探讨[A].第二届亚太可持续发展交通与环境技术大会[C].2000，2-3.

[4] 胡以怀，应启光.《船舶柴油机振动、噪声及废气排放》[M].大连海事大学出版社.2003.151-154

[5] 庞海龙等，船用柴油机有害物排放控制技术.《船舶工程》[J].2011，1（33）：2-3.

[6] 刘万鹤，海水脱硫技术在船舶柴油机排气中的应用.《中国航海》[J].2013，2（36）：4-5

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