柯耀星，劉　陽（1.中國船級(jí)社，北京 100007；2.滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司，上海 200129）

船舶造成空氣污染成因分析及對(duì)策研究

柯耀星，劉陽
（1.中國船級(jí)社，北京 100007；2.滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司，上海 200129）

近年空氣質(zhì)量不斷惡化，控制氣體污染成為社會(huì)關(guān)注焦點(diǎn)。船舶排放已成為了第三大空氣污染源，僅次于工業(yè)氣體排放和機(jī)動(dòng)車尾氣。據(jù)測(cè)算，1 艘中型集裝箱船使用普通燃料（含硫量為3.5％）航行 1 天，其排放量等于50萬輛貨車。國際海事組織加強(qiáng)對(duì)船舶造成大氣污染的控制，2005年5月19日起實(shí)施《防止船舶造成空氣污染規(guī)則》。2016年1月，我國在珠三角、長三角、環(huán)渤海水域設(shè)立 3個(gè)船舶排放控制區(qū)。本文主要分析船舶造成大氣污染的原因，探尋較少排放污染的方法。

船舶；空氣污染；成因；對(duì)策

0　前言

船舶氣體排放污染物有害于生活在沿岸地區(qū)人們的身體健康。這些污染物主要來自于柴油機(jī)廢氣中的氮氧化物和含硫燃油燃燒后產(chǎn)生的硫氧化物，船用消耗臭氧物質(zhì)以及廢物焚燒后的顆粒物等。

我國作為世界航運(yùn)大國，往來航行船舶數(shù)量較多，排放污染大，治理污染形勢(shì)非常嚴(yán)峻。本文通過對(duì)船舶排放污染物來源進(jìn)行分析，研討控制和解決方案，推進(jìn)綠色航運(yùn)發(fā)展。

1　船舶排放有害氣體現(xiàn)狀

2015年，經(jīng)環(huán)保部統(tǒng)計(jì)，在我國港口靠泊的船舶共排放硫氧化物占全國污染物排放總量的8.4％，氮氧化物占11.3％。上海也對(duì)排放污染物進(jìn)行了監(jiān)控，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，硫氧化物和氮氧化物排放量占總污染排放量的12.8％和8.6％。近5年我國船舶向空氣排放的污染物總量，呈逐年遞增趨勢(shì)（見表1）。

2　空氣污染物的成因分析

硫氧化物（SOx）的產(chǎn)生量與燃油含硫量有關(guān)，目前我國整體船用油為重油或柴油，含硫量較高。氮氧化物在柴油機(jī)燃燒過程中產(chǎn)生，在高溫高壓且低轉(zhuǎn)速的環(huán)境下，會(huì)產(chǎn)生大量的氮氧化物。

另外，燃料中的氮成分與燃燒氣體中的氧反應(yīng)也會(huì)生成氮氧化物。燃料中含有C5H5N、C9H7N有機(jī)物，在一定溫度下放出大量氮原子，與氧氣結(jié)合，生成大量的NO；空氣中的氮會(huì)在高溫下氧化為氮氧化物，形成NOx。燃料燃燒生成的氮氧化物量用下式計(jì)算：

表1　2010～2015年我國船舶向空氣排放的污染物量（單位：萬噸）Tab.1 2010-2015 the amount of ships discharging pollutions unit：1×104tons

式中：GNOx為燃燒生成的氮氧化物總量，kg；B為油耗，kg；β×n為燃料氮向燃料型 NO的轉(zhuǎn)變率百分率，n為燃料含氮量；

Vy為 1kg 燃料生成 NO的濃度；

CNOx為通常取93.8 mg/Nm3（燃燒時(shí)生成NO的濃度）。

或者根據(jù)Kato N查詢各類燃料的排放因子進(jìn)行測(cè)算NOx=燃料消耗量×NOx排放因子（kg/t）×10-3。

船舶的制冷設(shè)備、滅火設(shè)備，如造冰機(jī)、空調(diào)、冰箱含有的氟處理不好會(huì)破壞臭氧。船上產(chǎn)生的有毒氣體煙氣典型設(shè)備為焚燒爐，焚燒爐的使用減少了船舶對(duì)水的直接污染，卻相應(yīng)增加了對(duì)空氣的污染。除了正常使用產(chǎn)生細(xì)小顆粒物外，焚燒爐還可能因燃燒不充分而產(chǎn)生其他有毒煙氣，比如爐內(nèi)溫度過低而產(chǎn)生的毒性物質(zhì)。

3　法律法規(guī)及檢驗(yàn)檢測(cè)相關(guān)要求

交通運(yùn)輸部于2016年1月1日起實(shí)施《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》，通過設(shè)立排放控制區(qū)，控制航行、停泊、作業(yè)的船舶有害氣體排放，來改善港口城市及周邊的空氣質(zhì)量。

對(duì)于國際航行船舶，氮氧化物（NOx）的排放要求按照現(xiàn)行MARPOL公約附則VI執(zhí)行。對(duì)于新主機(jī)，TierⅠ（第1階段）適用于2000年1月1日后到2011年1月1日前安裝在船上的發(fā)動(dòng)機(jī)，即NOx的排放量限值為17.0 g/kWh；TierⅡ（第2階段）將NOx的排放量減少到14.4 g/kWh，適用于2011年1月1日后建造或裝船的發(fā)動(dòng)機(jī)；TierⅢ（第3階段）將NOx的排放量減少到3.4 g/kWh，適用于2016年1月1日后安裝在船上的發(fā)動(dòng)機(jī)，僅適用NOx排放控制區(qū)，在非排放控制區(qū)，TierⅡ仍然適用。對(duì)于1990年1月1日后到2000年1月1日前安裝的輸出功率為5 000 kW，單缸排量為90 L及以上的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，可以使用 17.0 g/kWh的NOx排放標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)于硫氧化物（SOx）的排放要求，在 3個(gè)船舶排放控制區(qū)內(nèi)，自2016年1月1日起，有條件的港口可以實(shí)施船舶靠岸停泊期間使用硫含量≤0.5％m/m的燃油等高于現(xiàn)行排放控制要求的措施；自2017年1月1日起，核心港口區(qū)域的船舶在靠岸停泊期間應(yīng)使用硫含量≤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都要使用硫含量≤0.5％m/m的燃油；自2019年1月1日起，船舶進(jìn)入排放控制區(qū)后，必須使用硫含量≤0.5％m/m的燃油。在排放控制區(qū)作業(yè)的船舶可采取連接岸電、使用清潔能源、尾氣后處理等與排放控制要求等效的替代措施。2019年12月31日前，我國將在評(píng)估船舶排放控制區(qū)實(shí)施效果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步確定更為嚴(yán)格的控制措施，包括船舶進(jìn)入排放控制區(qū)使用硫含量≤0.1％m/m的燃油和擴(kuò)大排放控制區(qū)地理范圍等（見表2）。

4　進(jìn)一步防止大氣污染的對(duì)策研究

1）對(duì)于現(xiàn)有船舶，不改變輪機(jī)布置，使用低硫燃油是最簡(jiǎn)便的方法，會(huì)有效降低 SOx排放。但從目前的低硫油品價(jià)格和加注便捷性上看，會(huì)增加不少航運(yùn)公司的成本。目前符合排放控制區(qū)要求的低硫燃油市場(chǎng)比較稀缺，特別是只有很少港口能夠提供滿足要求的低硫油。這類油品會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)等設(shè)備造成危害，需要對(duì)主副機(jī)、鍋爐等設(shè)備，油艙、油柜、管路設(shè)置重新安排。比較可行的做法是進(jìn)入排放區(qū)后切換到低硫燃油。

2）船舶加裝后處理裝置。船舶柴油機(jī)尾氣后處理可采用選擇性催化還原技術(shù)（SCR）。SCR 將尿素作為還原劑，與排氣管中的尾氣發(fā)生反應(yīng)，大幅降低NOx排放，且發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)不需改變。缺點(diǎn)是初期投入和維護(hù)費(fèi)用較高，還原劑的費(fèi)用比重油高6倍。對(duì)排氣溫度有要求，低轉(zhuǎn)速下作用發(fā)揮有限。還有一種是尾氣海水淡水混合洗滌系統(tǒng)，離岸 12 n mile 之內(nèi)采用分離機(jī)來分離收集到的污水，供淡水循環(huán)使用。淡水經(jīng)海水冷卻后進(jìn)入洗滌器，洗滌后的水回到儲(chǔ)水單元。少量含油和燃燒物的淡水流入破乳化水處理單元，顆粒沉淀進(jìn)入渣油柜，干凈的水則排出舷外或進(jìn)入污水池，形成循環(huán)使用。離岸較遠(yuǎn)時(shí)候?qū)⒑Ｋ榈酱锨鍧崗U氣，再把主要產(chǎn)物硫酸鹽排入海中。淡水洗滌系統(tǒng)能夠?qū)⒑蛄?.5％的重油燃燒產(chǎn)生的廢氣洗滌為含硫量為0.1％的低硫燃油，海水洗滌系統(tǒng)能夠洗滌含硫量0.5％的燃油燃燒排放的廢氣。尾氣處理還可以采用廢氣再循環(huán)的方式，將廢棄引入進(jìn)氣管，與外界空氣混合，冷卻后的廢氣再循環(huán)至燃燒空氣，過剩的氧氣減少，燃燒生成的NOx的相應(yīng)減少。

表2　硫氧化物排放控制時(shí)間表Tab.2 Sulphur oxide emissions control schedule

3）使用LNG燃料。LNG燃料系統(tǒng)一般無需后處理即可滿足目前最嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，是目前大力推廣的船舶減排方式。船舶使用LNG作為燃料主要涉及發(fā)動(dòng)機(jī)、儲(chǔ)氣罐以及供氣系統(tǒng)的改裝。進(jìn)行LNG改裝要考慮燃料供給的成本、載貨量減少的成本、續(xù)航里程短等因素，故適合大部分時(shí)間在排放控制區(qū)（ECA）區(qū)域航行的情況。另外，應(yīng)用LNG也取決于港口配套設(shè)施的完善程度和與油價(jià)相比的成本優(yōu)勢(shì)。

4）嚴(yán)格控制氯氟烴（CFC）制冷劑、HALLON 滅火器裝船。在充裝制冷劑過程中，注意防止泄露。盡量采用R404A、R410A等消耗臭氧潛值為零的制冷劑。為制冷系統(tǒng)裝設(shè)漏探測(cè)器，對(duì)制冷劑的更換、泄漏、回收及處置予以記錄并保存，并且由專業(yè)公司進(jìn)行維修和保護(hù)。

5）對(duì)船舶使用低硫燃油，清潔能源等可以給予一定的資金補(bǔ)貼、優(yōu)先靠港等優(yōu)惠措施，鼓勵(lì)清潔發(fā)展。

5　結(jié) 語

隨著全球海貿(mào)量的不斷增長，大氣污染越加嚴(yán)重，控制船舶大氣排放污染成為重要課題。國際社會(huì)和我國都倍加關(guān)注污染物的排放控制，排放標(biāo)準(zhǔn)越來越高。進(jìn)一步加強(qiáng)節(jié)能減排技術(shù)研究，使船舶航行更清潔，讓我們居住的環(huán)境更加美好。

［1］李連健，葉珊彪，雷世元.船舶造成大氣污染的控制［J］.交通環(huán)保，2002（2）：36-38.LI Lian-jian，YE Shan-biao，LEI Shi-yuan.Control of air pollution from ships［J］.Environmental Protection in Transportation，2002（2）：36-38.

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［3］吳紅兵.談船舶空氣污染物產(chǎn)生和減排技術(shù)［J］.中國海事，2011（12）：40-43.WU Hong-bing.Ship air pollution and emissions technology［J］.China Maritime，2011（12）：40-43.

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The solutions of reduce air pollution from ships

KE Yao-xing ，LIU Yang
（1.China Classification Society，Beijing 100007，China；2.Hudong-zhonghua Shipbuilding（Group）Co.，Ltd.，Shanghai 200129，China）

In recent years，air pollution become focus of the society.Ship air pollution has become the third largest source of air pollution.A large container ship emissions equivalent to 500 000 vehicles a day.International Maritime Organization start MARPOL Annex VI of rules on the prevention of air pollution from ships，to strengthen the law on air pollution control.In January 2016，china set up three emissions control in coastal area.This article is to analyses the causes of air pollution from ships，exploring the methods to improvement.

ship；air pollution；causes；solutions

U662.1

A

1672-7619（2016）07-0121-03

10.3404/j.issn.1672-7619.2016.07.027

2016-05-11

柯耀星（1983-），男，工程師，主要從事船舶與海洋工程制造、船舶檢驗(yàn)方面工作。