關于船舶硫化物排放控制對輪機設計的影響及對策分析

范洪妹　蘆芝全

摘要：本文主要分析船舶廢氣排放中硫化物主要來源。與此同時，從主機、鍋爐、柴油發電機三個角度分析硫排放控制對船用輕柴油配置的影響。最后，從艙柜設計、冷卻器安裝、冷卻器（制冷機）設計涉及的輕柴油和燃油轉換等角度，總結節能減排政策在船舶輪機優化設計中的作用。

關鍵詞：船舶硫化物；排放控制；輪機設計；影響；對策

1.船舶廢氣排放中硫化物主要來源分析

船舶廢氣排放過程中會產生大量硫氧化物，根源在于含硫燃料的集中使用。含硫燃料燃燒后，可產生SO2、SO3，兩者所占比例大概為15：1。即使SO3含量較少，但是其仍可與水蒸氣進行結合，從而形成硫酸鹽或硫酸。當大量酸性物質以氣體形式排放到大氣環境中后，即可引發環境污染，酸雨就是其中最為顯著的結果。目前，船舶硫氧化物排放限制已做相應修改，并嚴格根據年限分為3個階段，見表1。

船舶廢氣排放控制，既是世界各國應肩負的責任，也是每個加入世界貿易組織的國家的義務。目前船舶硫氧化物排放控制形勢比較嚴峻，世界各國均投入大量資金，用于研究適宜船舶硫排放控制的相關技術，并取得長足進步。根據國際海事組織對船舶硫化物排放控制規范，認為其不僅會對整個航海活動產生影響，同時也會對船舶設計工作產生較大影響。從積極作用角度來看，船舶廢氣排放控制規范的頒布和實施，對優化船舶輪機設計具有積極意義。

2.船用輕柴油的配置方案

2.1主機

根據ISO8217船用燃料標準，船用輕柴油（DMX）的最低粘度在40℃時最小為1.4cSt。按照主機廠商MAN的要求，主機進口船用輕柴油粘度要在2cSt以上，此時溫度約為22℃。因此，主機廠商推薦在主機進口前增加一個冷卻器用來降低船用輕柴油溫度以達到其需要的粘度，詳見圖1。

2.2鍋爐

對于不能直接使用低粘度船用輕柴油的燃燒器，選擇使用冷卻器來提高燃料的粘度。冷卻器裝在船用輕柴油艙的出口。根據目前的情況，鍋爐廠商AALBORG與SACCKE均可在鍋爐上配備能夠直接使用低粘度船用輕柴油的燃燒器，這樣對系統的外部設計影響就較小，只需增加一套船用輕柴油泵組及其相關管路。

3.船舶硫排放控制對船舶輪機設計的影響

3.1硫排放限制對艙柜設計的影響

要想使硫化物排放滿足相關規定，應在船舶設計初期，適當增加低硫油艙及其相關部件。由于ISO中規定，要根據區域對船舶硫氧化物排放進行限制，因此船舶在低排放控制區域內航行時，要求其使用的燃油艙必須是低硫的。為此，可選高硫燃油艙作為備用，并為其配置存儲艙、日用艙及澄清艙，在船舶進入到低排放控制區域之前，可采用低硫燃油對油路進行有效清洗，省去單獨設置低硫油艙的程序。針對在特定范圍內航行或需要停靠在歐盟港口的船舶，可為其單獨增加船用輕柴油油艙。鑒于船用輕柴油具有閃點低的調整，應在設置過程避免其與存儲艙、日用艙、澄清艙距離過近，防止高溫對其產生影響。輕柴油油艙設計應根據歐盟時間或特定海域時間來加以確定，從而使其充分滿足相關規定。與此同時，在主機使用燃油的過程中，其燃料中若存在硫化物含量減少時，應適當降低氣缸中燃油的堿性值，從而有效避免堿性值顯著上升，防止其在氣缸套表面上形成特殊物質，減少對油膜的破壞作用。同時，降低氣缸燃油堿性值，也可有效減少缸套的磨損，降低活塞結碳率。基于上述分析，建議在進行輪機設計時，應在船舶上配置2個氣缸及相應的燃油存儲艙，2個氣缸最好1大1小，主要目的是為了儲存堿性值不同的燃油，并為2個氣缸分別配置日用艙，方便使用。

3.2硫排放限制管路、設備設計的影響

1）將冷卻器安裝在設備出口位置：此種安裝方式的優勢主要體現在兩個方面，其一，冷卻器布置在設備出口相應位置后，可方便該位置船用輕柴油的流動。其二，冷卻器在此位置安裝后，可直接對輕柴油的粘度進行科學控制，可顯著提高實際工作效率。但是，此種安裝方法卻很考驗冷卻器前方的組件、設備的性能，若采用此種方法布置，必須提高供給泵、循環泵的使用性能。如此一來，粘度被嚴格控制的船用輕柴油無法對供給泵、循環泵發揮較強的潤滑作用，一定程度上會對硫排放控制產生影響。

2）將冷卻器安裝在循環泵前：實踐經驗表明，將冷卻器布置在供油循環泵前，即使船用輕柴油自身粘度發生顯著變化，也不會對循環泵及整個設備的性能產生制約，設計時僅需考慮對供給泵的影響。

3）布置在輕柴油油艙出口位置：為了充分保證低粘度輕柴油不影響供油系統正常運行及作業，可將冷卻器布置在輕柴油油艙相應的出口部位。但是，低粘度輕柴油在設備高溫回油、冷卻的作用下，往往能夠在供油系統中發生混合，因此將無法準確控制輕柴油進入主機后的粘度、溫度。

參考文獻：

[1]朱益民，唐曉佳，張仁平等.船舶硫氧化物排放控制研究進展[J].環境工程，2014，16（08）：68-71.

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