【摘 要】本文通過對(duì)船舶柴油機(jī)尾氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的研究，詳細(xì)論述了船舶柴油機(jī)污染物排放控制技術(shù)的具體措施以及目前的國內(nèi)柴油機(jī)尾氣凈化技術(shù)的研究現(xiàn)狀，對(duì)船舶柴油機(jī)排放控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)，為我國船舶柴油機(jī)技術(shù)的發(fā)展提供了有效的借鑒。

【關(guān)鍵詞】船舶柴油機(jī)；尾氣排放；控制技術(shù)

0.引言

柴油機(jī)作為大型船舶的主要?jiǎng)恿κ褂靡呀?jīng)有了近百年歷史，其可靠性和經(jīng)濟(jì)性已經(jīng)得到了很好的驗(yàn)證，但隨著國際社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)的越來越重視，船舶柴油機(jī)的廢氣排放物的污染物也引起了人們的廣泛關(guān)注。九十年代初，國際海事組織（IMO）制定了“防止船舶造成大氣污染規(guī)則”，對(duì)船舶柴油機(jī)的污染物排放進(jìn)行了限制，給海航運(yùn)輸業(yè)帶來了巨大的影響。在控制船舶柴油機(jī)的污染物排放技術(shù)領(lǐng)域主要有兩個(gè)方向，一是提高柴油機(jī)的可靠性和劣質(zhì)燃油的燃燒率，降低燃油消耗；二是在船舶柴油機(jī)的設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行管理上進(jìn)行改進(jìn)，降低污染物的排放量。本文通過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)船舶柴油機(jī)的排放標(biāo)準(zhǔn)、污染物排放控制技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了詳細(xì)的論述，為船舶柴油機(jī)的研究和發(fā)展提供了有效的借鑒，同時(shí)為船舶柴油機(jī)的維修和保養(yǎng)人員提供了有力的理論支撐。

1.船舶柴油機(jī)的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

為了有效的抑制船舶柴油機(jī)對(duì)大氣的污染，國際海事組織（IMO）制定了MARPOL73/78附則-《防止船舶造成大氣污染規(guī)則》，于2005年5月在國際上生效，自2006年8月在我國生效，該規(guī)則對(duì)船舶廢氣中的硫氧化物和氮氧化物的含量進(jìn)行了明確的限制：轉(zhuǎn)速在130r/min以下的柴油機(jī)氮氧化物的排放量要低于14.4g/（kw·h），到2016年以后要低于3.4g/（kw·h）；轉(zhuǎn)速大于130r/min，且小于2000r/min的柴油機(jī)氮氧化物排放量要低于44x10-0.23g/（kw·h），2016年以后要低于44x10-0.2g/（kw·h）；而轉(zhuǎn)速大于2000r/min的柴油機(jī)氮氧化物的排放量要低于7.7g/（kw·h），2016年以后要低于2.0g/（kw·h）；柴油機(jī)燃油的硫成分含量在一般區(qū)域必須低于3.5%，2020年以后必須低于0.5%，在控制區(qū)域必須小于1.0%，2020年以后必須低于0.1%。

目前，國家上大多數(shù)國家都已經(jīng)加入了IMO制定的船舶柴油機(jī)污染物排放的規(guī)則，世界上百分之八十以上噸位的商船遵守這個(gè)規(guī)則，而且歐美、日本等國家在自己的海域制定了更加嚴(yán)格的法律法規(guī)，對(duì)船舶柴油機(jī)的污染物排放進(jìn)行限制，同時(shí)用經(jīng)濟(jì)手段促進(jìn)這些法律法規(guī)的有效執(zhí)行。我國目前的排放規(guī)定還沒有IMO的規(guī)定嚴(yán)格，應(yīng)當(dāng)盡快制定適合我國的更加嚴(yán)格的排放規(guī)定，另外，海事局以及船檢部門通過具體的研究，合理的改進(jìn)測(cè)試技術(shù)和檢測(cè)方法，為監(jiān)控船舶柴油機(jī)的污染物排放提供有效手段。

2.船舶柴油機(jī)污染物排放控制技術(shù)研究

2.1硫氧化物的排放控制技術(shù)探討

柴油機(jī)的硫氧化物的排放量完全取決于燃料油中硫元素的含量，柴油機(jī)內(nèi)燃燒完全與否對(duì)硫氧化物的排放不起作用，所以對(duì)硫氧化物的排放控制主要有兩種方法：一是使用天然氣、餾分油、生物燃料等含硫量較低的燃料，這樣的高品質(zhì)低硫油還具有使機(jī)器運(yùn)行平穩(wěn)、降低維修費(fèi)用、減少顆粒粉塵排放等有害物質(zhì)的作用，生產(chǎn)低硫油的方法是進(jìn)行餾分脫硫，這種方法效果很好，但是提高燃料油質(zhì)量的同時(shí)，提高了油的造價(jià)，增加了運(yùn)行成本；二是對(duì)有害氣體排放前進(jìn)行后處理，后處理技術(shù)主要采用的是海水洗滌系統(tǒng)，它的工作原理是傳統(tǒng)的濕法脫硫，利用取材容易的海水，將柴油機(jī)廢氣直接噴入海水，達(dá)到降低尾氣中硫氧化物和清除固體顆粒效果，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，這種方法可以減少尾氣中70%-80%的硫氧化物，同時(shí)可以減少25%-30%的固體顆粒，這種方法的缺點(diǎn)在于增加了柴油機(jī)排氣系統(tǒng)的背壓，而且轉(zhuǎn)化后的硫酸鹽會(huì)對(duì)海水造成二次污染。

2.2氮氧化物的排放控制技術(shù)探討

船舶柴油機(jī)排放的氮氧化物主要來自于空氣中的氮?dú)?，主要成分是NO和NO2，影響它們生成的因素有燃燒溫度、燃燒時(shí)間以及缸內(nèi)空氣的混合程度。為了控制氮氧化物的排放量，可以從柴油機(jī)內(nèi)的燃燒控制技術(shù)和柴油機(jī)尾氣凈化技術(shù)兩方面進(jìn)行討論。

目前控制氮氧化物排放量的方法有很多，在船舶柴油機(jī)中有效使用的方法有以下幾種：（1）燃油乳化技術(shù)。燃油乳化技術(shù)主要是將燃料油和水按比例混合均勻后再噴入高溫燃燒室，水吸熱后氣化并產(chǎn)生微爆，使油滴與空氣充分接觸和充分燃燒，同時(shí)水的氣化系數(shù)大量熱，降低了燃燒的溫度，能有效的減少氮氧化物的生成，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，在柴油機(jī)滿負(fù)荷工作的狀態(tài)下，加入20%的水可以減少20%的氮氧化物的排放，但水含量過多會(huì)引起機(jī)器內(nèi)部零件的腐蝕以及油水分離現(xiàn)象的發(fā)生，所以必須根據(jù)不同的柴油機(jī)合理安排水油的配比；（2）柴油機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化技術(shù)。通過調(diào)整柴油機(jī)缸內(nèi)的結(jié)構(gòu)參數(shù)來提高燃料油的燃燒特性，降低有害物質(zhì)的排放，如改善燃燒室的結(jié)構(gòu)、增大壓縮比、延遲噴油、高壓共軛系統(tǒng)等，尤其是延時(shí)噴油是有效降低氮氧化物的方法，它通過滯燃期將燃料燃燒溫度降低，同時(shí)提高燃油消耗率，從而降低氮氧化物的生產(chǎn)量，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)知此方法可以有效降低氮氧排放量的20%；（3）濕空氣動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)。濕空氣動(dòng)力系統(tǒng)主要是利用水蒸氣加濕進(jìn)氣管中的空氣，使進(jìn)入氣缸內(nèi)的空氣中含有一定量的水分子，從而降低燃燒室的最高燃燒溫度，最終達(dá)到減少氮氧化物生產(chǎn)量的目的，實(shí)驗(yàn)證明使用濕空氣動(dòng)力系統(tǒng)可以有效的建設(shè)70%-80%的氮氧化物的生產(chǎn)量，同時(shí)還不會(huì)造成二次污染；（4）DWI技術(shù)。DWI技術(shù)是指采用噴水和噴油的復(fù)合型噴嘴技術(shù)，通過調(diào)整燃油噴射階段的水和燃油重量比（一般是0.4-0.7），在氣缸內(nèi)完成水、燃油和空氣的有效混合，降低燃燒溫度，從而達(dá)到降低氮氧化物排放量的目的；（5）廢氣再循環(huán)技術(shù)。廢氣再循環(huán)技術(shù)是指將柴油機(jī)的排氣管中的部分廢氣經(jīng)過一定處理后與新鮮空氣混合后再次參加燃燒，這樣一方面可以使柴油機(jī)排出的不完全燃燒氣體再次參與燃燒，另一方面廢氣中較多的水蒸氣和二樣化碳有效的降低了燃燒的最高溫度，從而降低氮氧化物的排放量。

2.3船舶柴油機(jī)的顆粒物排放控制技術(shù)探討

柴油機(jī)尾氣中的顆粒物主要是有燃油不完全燃燒造成，主要組成部分是小于10μm的細(xì)小顆粒。目前對(duì)于這種顆粒物的控制主要有兩種方法：一是提高噴嘴壓力和燃油質(zhì)量；二是對(duì)廢氣進(jìn)行后處理，如微粒捕捉器，它可以將廢氣中的顆粒捕捉，再利用催化劑、燃燒器等進(jìn)行分解、燃燒，可以減少尾氣中顆粒的70%-90%。微粒捕捉器通常是用陶瓷、金屬絲網(wǎng)、紡織纖維等構(gòu)成，柴油機(jī)安裝微粒捕捉器后會(huì)提高排氣背壓，而且微粒會(huì)隨著時(shí)間推移不斷累積，需要定期清理。

2.4船舶柴油機(jī)的污染物排放控制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

隨著IMO規(guī)定對(duì)排放限制的要求不斷提升，船舶柴油機(jī)也需要不斷提高廢氣排放控制技術(shù)，研究者一方面要不斷的創(chuàng)新，提出新型的控制技術(shù)和方法，另一方面要將過去單一機(jī)內(nèi)或機(jī)外凈化技術(shù)結(jié)合起來，共同凈化柴油機(jī)的排氣，這不僅是應(yīng)對(duì)越來越苛刻的排放法規(guī)的措施，也是將來發(fā)展的必然趨勢(shì)。

3.結(jié)論

本文通過對(duì)目前船舶柴油機(jī)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的介紹，說明了污染物排放控制技術(shù)的重要性，然后對(duì)船舶柴油機(jī)尾氣中的硫氧化物、氮氧化物以及固體顆粒物的排放控制技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的論述，最后針對(duì)越來越嚴(yán)格的排放法規(guī)，對(duì)船舶柴油機(jī)的污染物排放控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)，為我國船舶柴油機(jī)的發(fā)展提供了借鑒。