船用柴油機有害物排放控制技術的分析

張曉峰

摘 要：船用柴油機運行的時候會向空氣排放大量有害物質，嚴重危害生活環境。依據相關調查表明，到2020年，NOx、SOx、PM2.5分別增長47%、42%、56%，未來發展過程中不可以忽視船舶大氣污染，需要重視海峽、港口以及船舶流量大、航線密集的區域，在距離海岸線400km范圍之內擁有每年全球三分之二的排放污染量，所以，每年大約有64000人死于傳播污染。本文主要分析了船用柴油機有害物排放控制技術。

關鍵詞：船用 柴油機 有害物 排放控制技術

現階段，世界面臨的重要環境問題是大氣污染，是二十一世紀全球性現象，受到更多人的關注和重視，熱機中熱效率最高的就是柴油機，并且相對比較少的排放CO2，但是在發展過程中，不可以忽視船用柴油設備排放的有害物質，經過調查報告可以發現，每年柴油機作為船舶動力設備的船只每年排放在850萬噸SOx和1000萬噸NOx左右，嚴重影響大氣污染，因此，不少國家已經開始采取一些解決措施降低對環境的影響。從2010年1月1日起，船舶在歐盟所屬港口作業（錨泊、系泊、卸貨）2小時以上，必須使用含硫量不大于0.1%的燃油。在2016年1月1日及以后航行于北美排放控制區的船舶更需要滿足MARPOL公約附則VI中TIER III對NOx的排放要求。而近期我國交通運輸部為了控制船舶SOx、NOx和PM2.5的排放，提出珠三角、長三角、環渤海（京津冀）水域船舶排放控制區實施方案，改善我國沿海和沿河區域特別是港口城市的環境空氣質量。

1.船用柴油機有害排放對生存環境的危害

船用柴油機排放氣體中包括有害成分和無害成分兩種，排氣基本成分就是無害成分，是空氣和汽油完全燃燒的產物，主要包括水蒸氣、空氣中氮氣、CO2、過剩氧氣，導致溫室效應的是CO2，會促使全球氣候變暖現象的發生，也應該控制CO2排放量；不完全燃燒的反應產物是有害成分，主要有HC化合物、SOx、NOx、CO以及潤滑油、未燃燒燃油、硫酸鹽、碳煙等微粒，占據很小的比例，一般不會多于1～5%，但是會極大程度危害環境。SOx、NOx會導致出現酸雨，嚴重破壞莊稼和森林，其中非常活躍的就是NO2，可以提升到同溫層，參與多種大氣反應，導致產生影響環境的化學反應，屬于溫室氣體。危害人們健康，輕則麻痹嗅覺、刺激眼睛，嚴重的會通過肺和呼吸道進入到血液匯總，然后結合血紅蛋白形成高鐵血紅，降低血液輸氧能力，此外，還有可能出現不協調呼吸系統現象，誘發肺水腫疾病。 SOx嚴重影響呼吸道，甚至導致出現心臟疾病。碳氫化物是混合復雜物質，其中苯并芘和醛類慢性侵入導致人體中毒或者誘發癌癥，尤其是大氣中NOx受到太陽照射以后，形成淺藍色光化學煙霧，嚴重刺激人類呼吸器官和眼睛。CO是有毒氣體，會降低血液輸氧能力，微粒輸氧碳高分子化合物，存在很多致癌物質，因此，危害性最大的就是NOx、SOx和PM2.5，是控制排放的重點。

2.船用柴油機有害物排放控制技術

2. 1提高燃油品質

（1）使用乳化油

乳化油的應用是一種有效降低NOx的措施，大多數條件下，都可以降低耗油率和煙度，但是需要有效解決腐蝕噴射系統問題，經過數據和研究表明，不少制造商在研究制造船舶的時候都分析過上述問題，例如，MAN-B&W公司的7L90GSCA柴油機中安裝各一臺20000kW波多黎發電設備，主要應用的就是乳化油技術。自從運行以后已經得到良好的應用效果。在1998年的時候，日本海上訓練所和船舶研究所共同建立了使用乳化油技術的“NipponMaru”號訓練船的發電設備，經過試驗證明，在低于50%負荷端的時候，不會明顯降低排放NOx效率，在高于50%負荷的基礎上，隨著負荷的不斷提高，會明顯降低NOx的排放，摻有40%水乳化油在75%負荷下燃燒可以比原來降低NOx36%的排放 。

（2）代用燃料

船舶運行的時候合理采用代用燃料來適當去掉船用燃料或者混合燃料油和燃料的方式，如液化天然氣、乙醇、甲醇等，可以達到降低船用柴油機排放有害物質的目的。但是因為降低設備熱效率，需要及時改裝船用發動機，不利于能源的合理應用。

2.2缸內處理技術

未來盡管很難對缸內處理技術進行規范排放標準，降低排放NOx的基礎就是損害經濟性，可以對船用柴油機的工作特性進行優化，目前也是科研人員和船用柴油機廠商重點研究的問題。現階段，主要都是致力于研究增壓技術、改進燃燒過程等方面技術。

（1）改進燃燒技術

合理應用電子控制噴射技術。在對船用柴油機進行改進的時候，未來發展和研究重點方面就是應用電子控制噴射技術，噴油提前角和噴油壓力是影響柴油機噴射系統的基本參數，會直接影響形成混合氣質量和燃油霧化的質量，最終產生嚴重影響燃燒燃油的排放性能以及經濟性，合理應用電子控制噴射技術系統，可以在存在高負荷的基礎上降低NOx的排放量，處于低負荷的情況下，可以達到降低黑煙，提高熱效率的目的，從而達到改變排放性能和燃燒經濟性的目標。在船用柴油機中已經開始應用智能化新一代電子控制噴射系統，可以起到優化燃燒的目的，能夠降低排放有害物質的含量。

（2）改進增壓技術

改進增壓技術，提高空氣中冷卻器冷卻度以及高廢氣渦輪增壓器增壓度，不但能夠提高經濟性和動力性，還可以對生成NOx起到抑制作用，高的冷卻度和增壓度，能夠增加空氣進入的密度，提高空氣系數，降低燃氣溫度，從而起到降低NOx排放和抑制排放的作用。在處于高負荷柴油機的基礎上，能夠降低NOx，如果處于低負荷，會提高顆粒的排放，所以，低負荷的時候為了降低顆粒排放需要增加空氣溫度，船舶上已經開始應用電子控制增壓系統，可以明顯提高柴油機排放性能。

2.3后處理技術

船舶領域應用后處理技術主要就是廢棄補燃（MACT）和選擇性催化還原法（SCR）。

（1）SCR

為了可以更加規范嚴格的制定排放標準，最重要的技術就是SCR，經過大量實踐表明，合理應用SCR技術可以降低85%的柴油機NOx排放，現階段，船用柴油機中都開始應用NewSulzer6RTA38、MANB&W6S50MC等設備。

（2）MACT

排氣補燃系統MACT可以降低NOx排放，在蒸汽鍋爐中導入廢氣，調節附加油來達到充分燃燒廢氣的目的，符合排放NOx的標準，蒸汽能夠為船舶提供動力。

3.結語

總之，船舶柴油機排放標準會極大程度影響航運產業的發展和進步，未來發展過程中研究降低排放技術的重點是后處理技術，具備應用前景。

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