詹熳寧,婁春景

(上海外高橋造船有限公司,上海 200137)

根據(jù)國(guó)際海事組織(IMO)設(shè)定的目標(biāo),到2050年,航運(yùn)業(yè)溫室氣體年排放量將比2008年減少50%以上。此外,2020年8月中國(guó)明確提出2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo),2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。減少二氧化碳排放的目標(biāo)只有通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新的研發(fā)應(yīng)用和引進(jìn)替代燃料才能實(shí)現(xiàn),這意味應(yīng)盡快運(yùn)用低碳排放或零碳排放燃料。氨燃料是未來(lái)脫碳航運(yùn)業(yè)中最有希望的燃料之一,為了實(shí)現(xiàn)IMO關(guān)于減少船舶溫室氣體排放的最初戰(zhàn)略所設(shè)定的目標(biāo),航運(yùn)業(yè)必須改用替代的零碳燃料。如何安全便捷地在常規(guī)的貨物運(yùn)輸船型上存儲(chǔ)和使用氨燃料成為目前船舶行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn),需要有相關(guān)設(shè)計(jì)方案。為此,分析氨燃料特性,再?gòu)拇鎯?chǔ)、供給、泄露、蒸發(fā)和排放處理幾個(gè)角度討論氨燃料在常規(guī)散貨運(yùn)輸船上使用的可行性方案。

1 氨燃料特性

關(guān)于氨燃料的特性,主要通過(guò)與常規(guī)化石燃料對(duì)比優(yōu)劣來(lái)分析氨作為船用燃料的可行性和可操作性。

首先,氨是氮?dú)浠衔?在內(nèi)燃機(jī)內(nèi)發(fā)生燃燒反應(yīng)時(shí),排放氣體不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳,是真正意義上的零碳燃料。目前市場(chǎng)上供應(yīng)的大部分氨,是由天然氣產(chǎn)生的氫氣制造的“灰”氨,中間過(guò)程產(chǎn)生大量的CO2排放。但航運(yùn)的目標(biāo)是從目前的“灰氨”過(guò)渡到在制造過(guò)程中應(yīng)用碳捕獲和儲(chǔ)存技術(shù)的“藍(lán)氨”,最終實(shí)現(xiàn)使用可再生能源生產(chǎn)“綠氨”[1]。這樣就能從燃料生產(chǎn)的源頭實(shí)現(xiàn)零碳排放。

其次,從燃料存儲(chǔ)角度考慮氨的能量密度低于化石燃料,生產(chǎn)相同的能量含量需要大約化石燃料的2～3倍質(zhì)量,3～4倍體積。因此,在常規(guī)運(yùn)輸船上的氨燃料儲(chǔ)存艙占用空間將會(huì)是常規(guī)石油燃料艙的3～4倍左右。

再者,從燃料本身經(jīng)濟(jì)性角度來(lái)看,氨是一種定價(jià)透明的全球商品,整個(gè)生產(chǎn)、運(yùn)輸、交易市場(chǎng)存在已久并且成熟。氨與傳統(tǒng)化石燃料價(jià)格基本一致。但是,考慮到產(chǎn)生同樣能量的消耗量大約是傳統(tǒng)化石燃料的2～3倍,對(duì)于常規(guī)貨物運(yùn)輸船來(lái)說(shuō)投入的燃料運(yùn)營(yíng)成本將會(huì)提高2～3倍。目前全球氨分銷系統(tǒng)已經(jīng)就位,但現(xiàn)有的氨運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)主要連接為工業(yè)市場(chǎng)服務(wù)的生產(chǎn)和儲(chǔ)存地點(diǎn),其港口設(shè)施并非為船舶燃料加注而準(zhǔn)備,因此目前的港口布局或要進(jìn)一步調(diào)整。

同時(shí),從燃料使用的安全性角度來(lái)看,氨對(duì)人體有毒。為確保船上人員的安全,必須將氨氣暴露限制在允許范圍內(nèi)。氨是一種易燃?xì)怏w,易燃范圍很窄。與其他燃料相比,氨氣著火的風(fēng)險(xiǎn)較低,因?yàn)榘睔獾目扇夹苑秶^窄。然而,在適當(dāng)?shù)臈l件下,可能會(huì)發(fā)生氨火災(zāi),安全原則要求將氨與任何火源隔離。除純氨燃燒外,還應(yīng)調(diào)查氨與其他燃料和潤(rùn)滑油混合時(shí)的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。這種燃料混合物可能具有更大的爆炸范圍。氨可與鹵素、鹵素間和氧化劑發(fā)生反應(yīng),并可能導(dǎo)致劇烈反應(yīng)或爆炸。因此,氨應(yīng)儲(chǔ)存在陰涼、通風(fēng)良好的地方,遠(yuǎn)離火源,并與其他化學(xué)品,特別是氧化性氣體(氯、溴和碘)和酸分開(kāi)。氨與各種工業(yè)材料不相容,并且在存在水分的情況下與銅、黃銅、鋅和各種合金反應(yīng)并腐蝕,船上使用氨時(shí),應(yīng)仔細(xì)選擇材料。使用氨的儲(chǔ)罐、管道和結(jié)構(gòu)部件應(yīng)使用耐氨的鐵、鋼和特殊有色金屬合金。當(dāng)液氨中的氧含量超過(guò)幾ppm時(shí),鋼在高溫下會(huì)誘發(fā)并迅速進(jìn)行應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。氨水或蒸汽接觸的管道組件、液貨艙和設(shè)備的要求鎳濃度不大于5%、碳錳鋼的屈服強(qiáng)度不超過(guò)355 N/mm2。此外還應(yīng)該注意,氨會(huì)與CO2發(fā)生反應(yīng)。

2 氨燃料散貨船設(shè)計(jì)方案

2.1 散貨船設(shè)計(jì)特性

方案主要針對(duì)采用氨燃料和燃油作為燃料的大型散貨船,主要指載重噸8萬(wàn)t以上的散貨船,以21萬(wàn)t散貨船為例,可根據(jù)船舶營(yíng)運(yùn)需求在氨燃料和燃油之間靈活切換。主機(jī)使用曼恩公司(MAN Energy Solution)的雙燃料主機(jī)(ME-LGIP系列機(jī)型,該機(jī)型的燃料供應(yīng)壓力不超過(guò)8 MPa,選型為6G70ME-C10.5-Ammonia,曼恩公司的此款主機(jī)(包括尾氣處理技術(shù))將在2024年推向市場(chǎng)。本船設(shè)計(jì)航速為14.5 kn,雙燃料主機(jī)在設(shè)計(jì)航速下的氨燃料消耗為18 600 kJ/kg,根據(jù)計(jì)算每天消耗的氨燃料約為105.7 t?？紤]到本船作為21萬(wàn)t大型散貨運(yùn)輸船,綜合考慮幾種主要航線的航程,最終確定續(xù)航力為20 000n mile,根據(jù)計(jì)算所需燃料艙艙容定為12 000 m3。

2.2 氨燃料存儲(chǔ)

2.2.1 儲(chǔ)存罐選型

目前主流的液貨儲(chǔ)存罐型式主要有以下幾種。

1)“A”型液貨艙罐,型式為自承式棱柱形,需要設(shè)置次屏蔽以保護(hù)船體免受低溫?fù)p傷。液艙最大允許設(shè)計(jì)壓力為0.07 MPa,工作溫度不低于-55 ℃,用來(lái)運(yùn)載溫度低于-10 ℃的液貨,一般用于大型全冷液貨船。

2)“B”型液貨艙一般為平面結(jié)構(gòu)形式(如棱柱型),或者是壓力容器型結(jié)構(gòu)(如回轉(zhuǎn)球型),“B”型液貨艙僅需要部分的次屏蔽,艙與船體貨艙相鄰的部分都需要做雙層絕緣防護(hù)。

3)“C”型液貨艙獨(dú)立液艙是符合壓力容器標(biāo)準(zhǔn)的壓力式液艙,一般為圓筒形臥罐或球罐。設(shè)計(jì)蒸氣壓力大于0.2 MPa。一般用于全壓式和半冷式液化氣船,如果液艙材料可承受低溫,也可以用于全冷式的運(yùn)輸。

本船運(yùn)輸?shù)陌比剂显诔合?33°C左右就為液態(tài),本船液貨罐的特點(diǎn)是需要耐低溫度和常壓。所以確定采用“A”型自承式掕形液貨罐[2],并全部設(shè)有雙層屏蔽和隔熱考慮到船上用氨設(shè)備所需的燃料供給壓力、IGF規(guī)范所明確的氨燃料艙壓力維持時(shí)間以及燃料儲(chǔ)存艙的制造成本;還應(yīng)考慮運(yùn)載貨物溫度低于-10℃的結(jié)構(gòu)艙柜,需要設(shè)置次屏蔽以保護(hù)船體免受低溫?fù)p傷。次屏蔽外在機(jī)艙/貨艙處要求有空艙,對(duì)機(jī)艙/貨艙的面要求A60保護(hù)。次屏蔽內(nèi)需進(jìn)行惰氣保護(hù),并有通風(fēng)裝置。由于液態(tài)的氨燃料會(huì)與碳錳鋼或鎳鋼中的某些材料發(fā)生應(yīng)力腐蝕反應(yīng),所以本船采用低溫碳鋼作為液罐材料。

2.2.2 儲(chǔ)存罐布置方案

本船計(jì)劃采用IMO A型艙作為氨燃料儲(chǔ)存艙,有兩種布置方案,A方案為船尾部甲板上設(shè)置兩個(gè)艙容6 000 m3的棱柱式燃料艙放于機(jī)艙上部,上建的兩邊,B方案為在船中貨艙區(qū)域設(shè)置一個(gè)艙容12 000 m3的棱柱式燃料艙放于3號(hào)和4號(hào)貨艙之間。兩種方案的容量都可以滿足氨燃料動(dòng)力散貨船在全航程(至少一個(gè)往返航程)使用氨燃料的需要,中途無(wú)需加注液氨。

1)A方案(見(jiàn)圖1)。

圖1 A方案燃料艙布置

氨燃料儲(chǔ)存艙位于船艉機(jī)艙甲板兩側(cè)向下延伸至機(jī)艙二甲板上,沿船長(zhǎng)方向?qū)ΨQ布置在船舶上層建筑左右兩側(cè)。本船采用全寬式尾部甲板,氨燃料儲(chǔ)存艙的布置對(duì)船舶主尺度及船體結(jié)構(gòu)的完整性影響盡可能小。

燃料準(zhǔn)備間布置在開(kāi)敞的主甲板上機(jī)艙棚后方位置,燃料準(zhǔn)備間前壁與機(jī)艙棚后壁共用一道艙壁,該艙壁為“A-60”級(jí)防火分隔。燃料準(zhǔn)備間位于兩個(gè)氨燃料艙中間,與液氨接管處所相鄰,主要布置與燃料處理相關(guān)的設(shè)備、管路以及相應(yīng)監(jiān)測(cè)和報(bào)警系統(tǒng)。燃料準(zhǔn)備間內(nèi)需安裝固定式氣體探測(cè)系統(tǒng)和火災(zāi)報(bào)警傳感器,并設(shè)置有效的抽吸式機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng),其通風(fēng)能力為每小時(shí)至少換氣45次。

針對(duì)該方案 燃料準(zhǔn)備間在住宿區(qū)域附近,距離住宿區(qū)域邊界距離約為11 m,為保證內(nèi)部擴(kuò)散氣體不影響到居住環(huán)境,燃料準(zhǔn)備間的入口應(yīng)該布置在靠近船尾部遠(yuǎn)離居住區(qū)域,兩個(gè)入口中左側(cè)入口應(yīng)該盡可能布置靠近舷側(cè)以滿足SOLAS的規(guī)范要求。此外燃料準(zhǔn)備間的出風(fēng)口設(shè)置在左舷,進(jìn)風(fēng)口為右舷靠近船尾。

2)B方案(見(jiàn)圖2)。

圖2 B方案燃料艙布置

氨燃料儲(chǔ)存艙位于貨艙區(qū)域。由于布置在貨艙區(qū)域甲板以下,對(duì)船舶主尺度及船體結(jié)構(gòu)的完整性影響不大。

燃料準(zhǔn)備間布置在開(kāi)敞的主甲板上氨燃料艙上部位置,主要布置與燃料處理相關(guān)的設(shè)備、管路以及相應(yīng)監(jiān)測(cè)和報(bào)警系統(tǒng)。燃料準(zhǔn)備間內(nèi)需安裝固定式氣體探測(cè)系統(tǒng)和火災(zāi)報(bào)警傳感器,并設(shè)置有效的抽吸式機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng),其通風(fēng)能力為每小時(shí)至少換氣45次。

3)AB方案對(duì)比。

A方案僅占用機(jī)艙上部部分空間,不占用貨艙空間,B方案不占用機(jī)艙空間,僅占用部分貨艙空間,兩種方案都能在保證貨物裝載量的前提下不影響機(jī)艙內(nèi)的主要設(shè)備和艙室的布置,同時(shí)滿足駕駛室人員在船舶航行時(shí)對(duì)操作視線范圍的要求。

A方案氨燃料儲(chǔ)存艙因布置在開(kāi)敞甲板具有足夠的自然通風(fēng),其周圍無(wú)需另外設(shè)置火警探頭、氣體探測(cè)器以及通風(fēng)等系統(tǒng),B方案氨燃料儲(chǔ)存艙則布置在貨艙區(qū)域甲板以下,需要根據(jù)要求配置透氣桅,并且周圍需要設(shè)置火警探頭、氣體探測(cè)器和通風(fēng)系統(tǒng)。兩種方案都需要水霧消防系統(tǒng)覆蓋氨燃料儲(chǔ)存艙的全部范圍。見(jiàn)表1。

表1 AB方案對(duì)比表

2.3 氨燃料加注

考慮到散貨船加裝氨的靈活性,滿足船舶在不同工況下左右舷均可進(jìn)行燃料加注補(bǔ)給,本船設(shè)置2個(gè)氨燃料加注站,左右對(duì)稱布置在開(kāi)敞的貨艙區(qū)域主甲板兩舷側(cè)位置,為保證加注效率同時(shí)考慮到艙室安全,加注站盡量靠近氨燃料艙,且氨燃料加注管路盡量減少穿艙設(shè)置。每個(gè)氨燃料加注站旁設(shè)置一臺(tái)手動(dòng)操作吊車用于協(xié)助氨燃料加注作業(yè)。

加注站布置主甲板上的開(kāi)敞空間,具有足夠的自然通風(fēng),其周圍無(wú)需另設(shè)火警探頭、氣體探測(cè)器以及通風(fēng)等布置,需設(shè)置固定式干粉滅火系統(tǒng),覆蓋所有可能的泄漏點(diǎn)[3]。氨燃料加注站頂部可設(shè)有防護(hù)鋼板,氨燃料加注接頭和加注管路(包括液氨液體加注管路和蒸汽回收管路)上方同樣設(shè)有防護(hù)鋼板,減少船舶裝卸貨時(shí)發(fā)生意外情況下?lián)p傷氨燃料加注站和加注管路的風(fēng)險(xiǎn)。加注總管上方的應(yīng)設(shè)置噴水系統(tǒng),以減少加注站中的有毒蒸汽。燃料總管下方應(yīng)設(shè)置集液盤,用于收集任何泄漏,并將水/氨排出船外。

2.4 氨燃料供應(yīng)

氨燃料供應(yīng)系統(tǒng)能夠產(chǎn)生具有合適溫度、壓力和流量的氨燃料供雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)使用。雙燃料主機(jī)采用曼恩公司的ME-LGIM系列二沖程低速發(fā)動(dòng)機(jī),以液體燃料操作模式運(yùn)行時(shí),基于迪塞爾(Diesel)循環(huán)原理進(jìn)行工作。ME-LGIP發(fā)動(dòng)機(jī)可被設(shè)計(jì)成使用氨燃料和燃油的雙燃料主機(jī),只需對(duì)燃料輸送系統(tǒng)進(jìn)行一些改動(dòng),以保證系統(tǒng)提供壓力在大約8 MPa的下,并且維持該壓力下將其注入氣缸[4]。在滿足現(xiàn)有技術(shù)條件的同時(shí),設(shè)計(jì)需要仔細(xì)考慮控制氨的泄漏。

氨燃料供應(yīng)系統(tǒng)[5]主要是由氨燃料輸送泵、加熱器單元、BOG壓縮機(jī)、閥組單元、相關(guān)閥件和儀器儀表組成。在雙燃料運(yùn)行期間,發(fā)動(dòng)機(jī)的氨燃料通過(guò)燃料供應(yīng)系統(tǒng)從氨燃料儲(chǔ)存艙供應(yīng)。有部分的氨燃料需要通過(guò)再循環(huán)系統(tǒng)持續(xù)再循環(huán)輸送至燃料供應(yīng)系統(tǒng)(FSS),以此來(lái)保障氨燃料在合適的溫度和壓力下輸送至發(fā)動(dòng)機(jī)。通常情況下,FSS系統(tǒng)配置為一臺(tái)高壓泵、加熱器、濾器、閥門附件和控制裝置,以在雙燃料主機(jī)在氨燃料模式下不同工況不同消耗量運(yùn)行時(shí)能為發(fā)動(dòng)機(jī)輸送壓力和溫度都穩(wěn)定的氨燃料。使雙燃料主機(jī)工作運(yùn)行可與傳統(tǒng)的低速柴油機(jī)相媲美。當(dāng)主機(jī)未處于雙燃料模式時(shí),需要使用燃料閥組單元(FVT)的雙阻斷和排液裝置來(lái)降低系統(tǒng)壓力,并將主機(jī)機(jī)內(nèi)的氨燃料噴嘴與回流噴嘴之間完全隔離。在每次啟動(dòng)主機(jī)之前,需要使用用氮?dú)鈱?duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)處理,以驗(yàn)證系統(tǒng)的密封性。

燃料閥組單元(FVT)是雙燃料主機(jī)和輔助系統(tǒng)之間連接的接口。FVT的目的是在停機(jī)和維護(hù)期間實(shí)現(xiàn)雙燃料主機(jī)的安全隔離,并提供氮?dú)獯祾吖δ?。該功能確保主機(jī)在開(kāi)啟工作后有一個(gè)安全的工作環(huán)境。當(dāng)雙燃料主機(jī)的雙噴嘴停止工作時(shí),氮?dú)鈮毫娮靸?nèi)的液氨從主機(jī)內(nèi)吹掃回流至再循環(huán)閥內(nèi)。當(dāng)吹掃按照順序完成時(shí),FVT將再次啟動(dòng)確保雙燃料主機(jī)自身與燃料供應(yīng)系統(tǒng)和回流系統(tǒng)完全隔離。

氨燃料供應(yīng)系統(tǒng)本身外,船上還需為供應(yīng)系統(tǒng)配置相應(yīng)的安全系統(tǒng)以及輔助系統(tǒng)。其中,安全系統(tǒng)包括氣體探測(cè)系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、應(yīng)急切斷系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)以及透氣和泄放系統(tǒng);輔助系統(tǒng)除上述氮?dú)庀到y(tǒng)外,還包括水乙二醇系統(tǒng)、儀表空氣系統(tǒng)等。

2.5 氨燃料泄漏處理

氨燃料系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)為雙壁管。根據(jù)IMO的要求,外管內(nèi)需要保持恒定的通風(fēng)氣流。檢測(cè)氨燃料泄漏的氣體探測(cè)系統(tǒng)需要覆蓋燃料艙到機(jī)艙內(nèi)至主機(jī)整個(gè)氨燃料系統(tǒng)管路在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中,如果雙燃料主機(jī)的雙壁通風(fēng)系統(tǒng)檢測(cè)到任何管路上有氨燃料泄漏,應(yīng)將其泄露氨燃料引導(dǎo)至單獨(dú)的氨捕獲系統(tǒng)內(nèi),通過(guò)氨捕獲系統(tǒng)去除其中氨,避免氨氣直接被排入大氣中。

氨氣捕捉系統(tǒng)實(shí)際上是一種吸水裝置,具體工作原理主要是將含有氨氣的廢氣引入水中,其中的氨會(huì)被水吸收變成氨水。該裝置需要配置換水系統(tǒng),以保證該系統(tǒng)的捕捉吸收效率,此外還應(yīng)該考慮系統(tǒng)的吸收速率,用來(lái)確定何時(shí)補(bǔ)充水。具體吸收速率換水頻率等數(shù)據(jù)目前還無(wú)相關(guān)規(guī)范要求。目前設(shè)計(jì)的捕捉系統(tǒng),主要針對(duì)的是燃料供給系統(tǒng)相關(guān)氨廢氣處理,未考慮冷藏、貨物維護(hù)、蒸發(fā)氣體等系統(tǒng)產(chǎn)生的氨廢氣捕捉收集。所以,具體捕捉罐容量將在氨燃料主機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)階段進(jìn)行進(jìn)一步試驗(yàn)檢測(cè)。

氨捕獲系統(tǒng)是根據(jù)IMO要求,防止氨氣直接被排放到大氣中,除了管路內(nèi)泄露部分的氣體需要引入氨捕獲系統(tǒng),在停機(jī)和切換燃燒模式時(shí)進(jìn)行氮?dú)獯祾吆螽a(chǎn)生的廢氣也需要被引入氨捕獲系統(tǒng),當(dāng)其中氨氣被系統(tǒng)捕獲達(dá)到可排放標(biāo)準(zhǔn)后被連接至船上通向安全位置的透氣桅,將來(lái)自有壓系統(tǒng)的易燃?xì)怏w安全地泄放到大氣中去。

2.6 氨燃料蒸發(fā)氣(BOG)處理

氨燃料儲(chǔ)存艙在航行過(guò)程中會(huì)自然蒸發(fā)產(chǎn)生蒸發(fā)氣(BOG),BOG為氣態(tài)氨,無(wú)法被氨燃料主機(jī)消耗,目前BOG的處理方法為加裝再液化裝置,使BOG再液化成液氨重新進(jìn)入氨燃料儲(chǔ)存艙內(nèi),需配置貨物壓縮機(jī)、氣液分離器、冷凝器等系統(tǒng)對(duì)BOG進(jìn)行再液化[6]。由于除了雙燃料主機(jī)消耗氨燃料,沒(méi)有其他用戶消耗產(chǎn)生的BOG氣體,配置的再液化系統(tǒng)需要為預(yù)冷型。通常使用直接循環(huán)式再液化,將氨燃料存儲(chǔ)艙內(nèi)的蒸發(fā)氣體抽出后經(jīng)過(guò)貨物壓縮機(jī)直接加壓,通過(guò)冷凝器凝成液體后再返回到氨燃料儲(chǔ)存艙內(nèi),從而處理了艙內(nèi)的BOG又能控制艙內(nèi)的溫度和壓力。根據(jù)IGF要求,在再液化系統(tǒng)發(fā)生單一故障時(shí),需要有另一個(gè)系統(tǒng)保持燃料艙的壓力和溫度。所以需要配置另一種形式的BOG處理裝置,一般選擇氣體燃燒裝置(gas combustion unit,GCU),將產(chǎn)生的BOG直接燃燒以減輕艙內(nèi)壓力。

2.7 氨燃料排放處理

氨燃料在雙燃料主機(jī)內(nèi)燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生NOx氣體,由于NOx氣體屬于溫室氣體,為了滿足IMO Tier III排放標(biāo)準(zhǔn)的要求,需要在雙燃料主機(jī)排氣后部安裝SCR廢氣處理系統(tǒng)處理排放時(shí)產(chǎn)生的NOx氣體。SCR技術(shù)是一種后處理工藝,燃燒過(guò)程中形成的NOx通過(guò)催化還原從廢氣中去除。通常情況下,通過(guò)注入尿素溶液來(lái)進(jìn)行催化反應(yīng)。但是在氨燃料動(dòng)力船上,也可以將氨作為催化劑而不是尿素噴射到廢氣中。這樣做的好處之一是,以氨為燃料的容器已經(jīng)裝載了氨,無(wú)需額外設(shè)置SCR尿素艙。與氨燃料主機(jī)消耗量相比,SCR系統(tǒng)的氨消耗量將非常小。除此之外,還可以將氨捕捉系統(tǒng)吸收到廢氣中的氨氣用作SCR系統(tǒng)的催化使用,這樣也可以對(duì)泄露的氨氣和管道內(nèi)殘留的氨氣加以回收再利用,具體的催化使用氨水的比例和廢氣中吸收到氨氣的含量應(yīng)繼續(xù)深入研究。

雙燃料主機(jī)在使用氨燃料的過(guò)程中需要使用約占比總?cè)剂舷牧?%左右的引燃油,會(huì)產(chǎn)生一定量的CO2氣體排放,此外由于目前還沒(méi)有出現(xiàn)使用氨燃料的發(fā)電機(jī)和鍋爐,在本方案設(shè)計(jì)中發(fā)電機(jī)和鍋爐依然是使用常規(guī)燃料,會(huì)產(chǎn)生CO2排放,如果需要保證零碳排放,需要在排氣后部安裝碳捕捉系統(tǒng),但是相比常規(guī)燃料船,碳捕捉系統(tǒng)捕捉量將會(huì)極大縮減。

3 結(jié)論

針對(duì)未來(lái)碳減排要求,提出了以氨作為替代能源的一種散貨船設(shè)計(jì)方案,該方案以21萬(wàn)t散貨船為例,普遍適用于8～21萬(wàn)t大型散貨船設(shè)計(jì),對(duì)其他大型貨物運(yùn)輸船設(shè)計(jì)也具有的一定參考性。目前,氨燃料儲(chǔ)罐技術(shù)還未成熟,氨燃料主機(jī)還在開(kāi)發(fā)階段,未來(lái)用氨作為燃料的發(fā)電機(jī)、鍋爐也將陸續(xù)被開(kāi)發(fā)出來(lái),氨燃料供給系統(tǒng)(包括氨氣捕捉收集技術(shù))也將會(huì)有更成熟的方案;此外,相關(guān)規(guī)范規(guī)則也將會(huì)進(jìn)一步更新完善;基于以上工作,該氨燃料散貨船設(shè)計(jì)方案會(huì)在今后進(jìn)一步更新細(xì)化,以便在未來(lái)應(yīng)用到實(shí)船建造中。