江蘇省京杭運河船舶NOx污染排放研究

蔡俊 張琪

摘 要：氮氧化物（NOx）是船舶柴油發(fā)動機廢氣的主要污染物，本文以內(nèi)河航運發(fā)達的京杭運河江蘇段為例，研究其NOx的排放情況。結(jié)果表明：2010年，京杭運河江蘇段NOx排放總量為15979.7 t，航道NOx排放系數(shù)蘇南段為41.1 t/km、蘇北段為15.3 t/km，蘇南段航道兩側(cè)的NOx區(qū)域污染更加嚴重。

關鍵詞：NOx 船舶 京杭運河 大氣污染 減排

中圖分類號：X328 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（a）-0129-02

由于船舶運輸具有的安全、低價和大運量等優(yōu)點，其運輸量不斷擴大，船舶的數(shù)量逐年增加，其排放的有害物質(zhì)也逐年增加[1]。對于船舶柴油機來說，燃燒過程混合氣過量空氣系數(shù)大于1，燃燒過程是富氧的，這使柴油機的碳氫化合物（HC）和一氧化碳（CO）排放相對較低，但氮氧化物（NOx）排放量較高。NOx對生物體有毒害，在光照條件下還能進一步形成光化學煙霧，帶來更嚴重的危害[2]。此外，NOx還可以形成酸雨，破壞臭氧層。因此，在2011年3月14日通過的“十二五”規(guī)劃綱要中，我國首次將NOx列入約束性指標體系，要求減排10%，成為下一階段污染減排的重點。

為有效控制船舶的廢氣排放，減少有害氣體對環(huán)境以及人類健康造成的不利影響，國際海事組織（International Maritime Organization，簡寫IMO）近年來加緊了有關法規(guī)的制定[3]。但我國由于一直未出臺針對國內(nèi)營運船舶污染氣體排放的限制性標準，船舶廢氣排放成為大氣污染防治中的一大盲點，其環(huán)境影響常常被忽視。為此，本文以內(nèi)河航運發(fā)達的京杭運河江蘇段為例，研究其船舶NOx的排放量，并提出建議對策，以期為國內(nèi)航行船舶廢氣排放法規(guī)標準的制定及船舶NOx污染減排提供參考。

1 研究區(qū)概況

京杭運河作為世界上開鑿最早、里程最長的人工運河，已有2500多年的歷史。京杭運河江蘇段全長687 km，其中蘇北運河475 km，蘇南運河212 km。

2 NOx排放量核算

2.1 江蘇省機動貨船功率分布

2010年，江蘇省有機動貨船約3.3萬艘，其中長度大于60 m的有2300艘，55～60 m的有700艘，50～55 m的有724艘，45～50 m的有2000艘，35～45 m的有1.3萬艘，小于35 m的有1.4萬艘。船齡在7年以內(nèi)的有1.4萬艘，8～15年的有1.8萬艘，超過15年的約1000艘。（見表1）。

35 m左右的船舶發(fā)動機功率約50馬力（約37 kW），載重量是200～300 t；45 m左右的船舶發(fā)動機功率約200馬力（約147 kW），載重量約為1000 t；50 m左右的船舶發(fā)動機功率約400馬力（約300 kW），載重量是1500 t；55 m左右的船舶發(fā)動機功率約600馬力（約441 kW），載重量是2000 t；60 m左右的船舶發(fā)動機功率約700馬力（約515 kW），載重量是3000 t。功率分布見圖1所示。

2.2 綜合單位貨物周轉(zhuǎn)量NOx排放系數(shù)

根據(jù)課題船舶污染排放數(shù)據(jù)監(jiān)測成果，各功率段船舶單位周轉(zhuǎn)量NOx排放系數(shù)見表1所示。

綜合單位貨物周轉(zhuǎn)量污染物排放系數(shù)=船舶單位周轉(zhuǎn)量污染物排放系數(shù)×功率分布。即：

綜合單位貨物周轉(zhuǎn)量NOx排放系數(shù)=43%×0.346+40%×0.227+17%×0.205= 0.274（g/km·t）

2.3 京杭運河（江蘇段）船舶NOx排放量和航道NOx排放系數(shù)

京杭運河江蘇段一年貨物周轉(zhuǎn)量583.2億噸公里，其中蘇南段為318億噸公里，蘇北段為265.2億噸公里。京杭運河（江蘇段）船舶NOx排放量=綜合單位貨物周轉(zhuǎn)量NOx排放系數(shù)×每年貨物周轉(zhuǎn)量。見表2所示。以蘇南段為例：

京杭運河（江蘇蘇南段）船舶NOx排放量=0.274×318×102=8713.2 t。

“航道NOx排放系數(shù)”是反映航道船舶大氣污染物排放強度的指標，指一定時期內(nèi)平均每公里線路上船舶NOx的排放量。即：航道NOx排放系數(shù)=船舶NOx排放量/航道長度。計算結(jié)果見表3所示。

3 分析與建議

根據(jù)京杭運河江蘇段NOx污染現(xiàn)狀，筆者認為可針對采取以下對策措施。

（1）我國作為MARPOL公約附則VI的締約國，完成了對國際航行船舶的國內(nèi)立法程序，實現(xiàn)了對遠洋船舶廢氣排放的有效控制。然而對國內(nèi)航行的船舶，我國卻并未參照公約進行要求[4]。因此，應結(jié)合我國國情盡快制定發(fā)布國內(nèi)船用發(fā)動機NOx等常見污染物的排放標準，并與附則VI要求接軌，以實現(xiàn)大幅度減少國內(nèi)航行船舶NOx排放。

（2）發(fā)動機的功率和性能直接決定了NOx的排放系數(shù)，京杭運河江蘇段船舶船型舊、噸位小，多使用技術落后的中小型船舶柴油機發(fā)動機，應參照機動車污染防治的辦法，對不滿足環(huán)保標準的發(fā)動機進行限期淘汰。

（3）鼓勵并逐漸強制要求船舶發(fā)動機采用適合我國經(jīng)濟發(fā)展水平的NOx末端處理技術，比如SCR系統(tǒng)雖然技術成熟、效果好，但投資較大，短期內(nèi)推廣有一定困難，而油-水乳化技術耗資不大，也可減少柴油機廢氣的NOx20%～30%，對高、中速柴油機還可收到一定的節(jié)能效果，因此，具有良好的使用和推廣價值[5]。

參考文獻

[1] 陶建忠.利用選擇性催化還原反應（SCR）降低車用柴油機氮氧化物的技術研究[D].山東：山東大學熱能工程系，2008

[2] 王海強，吳忠標.廢氣NOx脫除技術的特點分析[J].能源與環(huán)境，2004（3）：27-30.

[3] 李敏，陳軒.MARPOL73/78附則VI的進展研究[J].中國水運，2008（7）：18-19.

[4] 趙明哲.基于船舶廢氣排放控制對策的監(jiān)管體系研究[D].遼寧：大連海事大學輪機工程系，2013.

[5] 吳甲斌.船舶污染大氣的現(xiàn)狀及其防治技術[J].交通環(huán)保，1994（5）：11，12-18.