長航6000 m3耙吸挖泥船柴油機(jī)排放控制系統(tǒng)配置分析

吳 磊 李康康 許婉瑩

（中國船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院 上海200011）

引 言

在世界貿(mào)易中，海洋運(yùn)輸因運(yùn)輸量大且運(yùn)費(fèi)低廉占據(jù)了世界貨物運(yùn)輸中很大的比例。隨著世界貿(mào)易的日益發(fā)展，海運(yùn)船舶的數(shù)量也與日俱增，作為船舶動(dòng)力源的船舶柴油機(jī)的尾氣排放所民致的污染問題也越來越引起世界范圍的關(guān)注。根據(jù)國際海事組織（IMO）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，船舶尾氣排放SO2，NO2分別占全球總排放總量的13%和15%，耙吸挖泥船作為在港口、沿海航道甚至城市周邊航道疏浚作業(yè)的船舶，其排放對城市大氣環(huán)境影響巨大。為此，國際海事組織（IMO）、美國環(huán)保局（USEPA）、歐洲環(huán)境署（EEA）等均針對全球和局部海域船舶排放廢氣中的SOX及NOX含量提出了日趨嚴(yán)苛的限值規(guī)定。為了滿足相關(guān)法規(guī)的要求，船東必須采取相應(yīng)的合規(guī)措施，但是針對不同的船型必然有更適應(yīng)它的減排措施。本文以長航6000 m3耙吸挖泥船為分析對象，分析對于此類大型耙吸挖泥船可能的減排措施及其對船體布置帶來的影響。

為減少船舶柴油機(jī)尾氣排放中的硫氧化物含量，最簡單的方式就是減少船舶所使用的燃油中的含硫量。因此MEPC58次會(huì)議上通過了MARPOL附則VI修正案。修正案要求從2005年開始，當(dāng)船舶航行于硫氧化物排放控制區(qū)（SECA）時(shí)，燃油硫含量最高不得超過1.5% m/m；從2010年7月1號(hào)開始，運(yùn)行于該區(qū)域的船舶所使用的燃油硫含量不得超過1.0% m/m；從2015年1月1日開始，此區(qū)域航行的船舶所使用的燃油硫含量將被限制至0.1% m/m之下。

同時(shí)修正案要求從2012年1月1日開始，全球范圍船舶燃油含硫量從4.5 % m/m降至3.5 % m/m，并在2018年之前作出可行性評(píng)估，是否在2020年要求全球船舶使用含硫量低于0.5 % m/m的燃油。

2016年10月26 日在倫敦召開的MEPC70次會(huì)議上，通過了2020年1月1日開始，在全球海域限制船舶燃油硫含量不超過0.5% m/m的決議。2017年7月3日，MEPC71次會(huì)議再次確認(rèn)2020年1月1日全球海域船舶燃油硫含量不超過0.5% m/m標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施日期不變。限硫法規(guī)按時(shí)生效執(zhí)行已經(jīng)沒有懸念。

國內(nèi)也于2015年12月4日發(fā)布了《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》，實(shí)施方案要求控制區(qū)內(nèi)自2016年1月1日起，船舶嚴(yán)格按照國際公約及國內(nèi)法律法規(guī)關(guān)于硫氧化物的排放要求，控制區(qū)內(nèi)有條件的港口可以實(shí)施船舶停靠期間使用硫含量低于0.5% m/m的燃油。自2017年1月1日船舶在排放控制區(qū)內(nèi)的核心港口區(qū)域停泊期間（靠港后的一小時(shí)及離港前的一小時(shí)除外，下同）應(yīng)使用硫含量低于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應(yīng)使用硫含量低于0.5% m/m的燃油；2019年1月1日起，船舶進(jìn)入控制區(qū)應(yīng)使用硫含量低于0.5% m/m的燃油；2019年12月31日前，評(píng)估前述控制措施實(shí)施效果，確定是否采取以下行動(dòng)：① 船舶進(jìn)入控制區(qū)使用硫含量低于0.1% m/m的燃油；② 擴(kuò)大排放區(qū)地理范圍；③ 其他進(jìn)一步措施。

針對柴油機(jī)廢氣中的氮氧化物，世界范圍內(nèi)從2011年1月1日起，柴油機(jī)氮氧化物排放需滿足TIER II要求，同時(shí)IMO在2008年10月對MARPOL公約附則VI進(jìn)行了修正，要求在2016年1月1日及以后建造的船舶，若要在氮氧化物排放控制區(qū)航行，柴油機(jī)的尾氣中氮氧化物的排放需滿足TIER III要求，其中共設(shè)立了北美和加勒比海域兩個(gè)排放控制區(qū)。在2016年，又增設(shè)了波羅的海和北海兩個(gè)排放控制區(qū)，針對這兩個(gè)排放控制區(qū)，在2021年1月1日后新建的船舶需滿足TIER III要求。

可以看到，全球范圍對于船舶排放的要求越來越高，并且整個(gè)要求的推進(jìn)速度并未出現(xiàn)反復(fù)，對于排放的要求一直在穩(wěn)步提高。可以預(yù)見，隨著公眾及政府部門對于環(huán)保的日益關(guān)注，對于船舶排放的要求仍將進(jìn)一步提高。

1 船舶排放合規(guī)措施及其系統(tǒng)配置差異與可行性分析

針對船舶排放物中的硫氧化物排放，根據(jù)MARPOL附則VI修正案對于硫排放上限的決定，經(jīng)過官方正式的燃料可用性評(píng)估，為船東提供了三種措施應(yīng)對硫排放限制：船舶進(jìn)入排放控制區(qū)前更換滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的低硫油、使用LNG作為替代燃料或加裝船舶廢氣脫硫裝置。

其中LNG作為一種清潔能源，若使用在船舶柴油機(jī)上，可有效減少柴油機(jī)尾氣中的硫氧化物，氮氧化物及顆粒物，但因受制于LNG柴油機(jī)及雙燃料柴油機(jī)的價(jià)格仍較昂貴，且在全球范圍內(nèi)LNG加注配套措施都不完善，同時(shí)LNG燃料系統(tǒng)比較復(fù)雜，給LNG在船舶上的應(yīng)用帶來了很大的限制。

船舶使用低硫燃油可直接滿足公約要求。目前硫含量低于0.5% m/m的低硫重質(zhì)燃油的價(jià)格與硫含量低于3.5% m/m的重質(zhì)燃油的價(jià)格相差不大，但是含硫量低于0.1% m/m的燃油目前均為輕質(zhì)柴油，價(jià)格相比重質(zhì)燃油高出不少。此外，低硫輕質(zhì)燃油運(yùn)動(dòng)黏度較低，潤滑效果差，在柴油機(jī)運(yùn)行的過程中會(huì)加劇柴油機(jī)精密偶件的磨損。因此為了滿足柴油機(jī)燃油進(jìn)機(jī)黏度的要求，通常需配置進(jìn)機(jī)燃油冷卻器。部分船東擔(dān)心在船舶作業(yè)時(shí)無法加注到足夠黏度的燃油，還會(huì)配置冷凍機(jī)組保證冷卻效果，確保進(jìn)機(jī)燃油黏度不會(huì)因過低民致柴油機(jī)損壞。

除了上述兩種降低SOX排放的方案，還可采用廢氣脫硫裝置來實(shí)現(xiàn)等效的硫排放要求。廢氣脫硫技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入實(shí)際工程運(yùn)用幾十年，具體的脫硫方法種類繁多且技術(shù)比較成熟，目前船舶廢氣脫硫裝置中大都使用的海水脫硫法。這種方式工藝簡單、可靠高效，且對生態(tài)污染比較小，是一種比較理想的技術(shù)。但該裝置尺寸較大，對于船舶有限的安裝空間影響很大，布置十分困難，而且會(huì)增加排氣系統(tǒng)背壓，并且一套廢氣脫硫裝置的初始投入亦較高。

在針對SOX的減排措施中，使用LNG作為替代能源是目前最為有效，且可同時(shí)降低SOX與NOX的排放。但是要使用LNG作為替代能源，船舶的燃料系統(tǒng)需要重新設(shè)計(jì)，需在船舶上設(shè)置一套供氣系統(tǒng)，其系統(tǒng)典型布置圖如圖1所示。

圖1 L N G供氣系統(tǒng)典型圖

可以看到，整個(gè)LNG供氣系統(tǒng)比較復(fù)雜，且由于LNG燃料的特點(diǎn)，整套供氣系統(tǒng)的多個(gè)處所如氣罐處所、機(jī)器處所、充裝處所以及管系（含閥件和附件）均可能發(fā)生危險(xiǎn)。因此若選擇LNG作為船舶燃料，對于船舶布置及設(shè)計(jì)均需作巨大改變。這種方案目前在國際范圍內(nèi)的挖泥船領(lǐng)域應(yīng)用也不多見，只有比利時(shí)DEME公司于2017年交付使用的一艘3500 m3耙吸式挖泥船，以及若干目前仍然在建的耙吸及絞吸挖泥船，且所使用的柴油機(jī)均為雙燃料柴油機(jī)。

此外，對于國內(nèi)而言更是面臨LNG加注基礎(chǔ)設(shè)施仍然不足，亞洲LNG價(jià)格較高影響其經(jīng)濟(jì)性，技術(shù)規(guī)范缺失，LNG燃料動(dòng)力船操作人員資質(zhì)與培訓(xùn)缺乏以及LNG燃料動(dòng)力船的技術(shù)研發(fā)投入不足等問題［1］。這些因素也大大制約了LNG作為船舶燃料在國內(nèi)的應(yīng)用。

在針對SOX的減排措施中，選擇低硫油作為船用燃油對于船舶的原有系統(tǒng)是改動(dòng)最小的，但是也面臨一些問題。最大的問題就是船舶的燃油系統(tǒng)、機(jī)械設(shè)備一般都是基于重油/船用柴油設(shè)計(jì)的，低硫燃油在船舶上的使用將對燃油系統(tǒng)和船用燃油設(shè)備造成重大的影響。船用輕柴油（MGO）在實(shí)船應(yīng)用上面臨的最大問題是低黏度。燃油過低的黏度會(huì)民致潤滑效果不佳，柴油機(jī)內(nèi)部精密偶件磨損加劇，密封性能下降，進(jìn)而民致柴油機(jī)油泵泄露增加。這會(huì)減少柴油機(jī)部件的使用壽命，增加柴油機(jī)的保養(yǎng)成本［2］。因此為了滿足柴油機(jī)正常使用的要求，柴油機(jī)廠家均對進(jìn)機(jī)船用輕柴油（MGO）黏度提出最低要求，具體要求見表1。理論上只要進(jìn)機(jī)燃油粘度不低于表1要求，柴油機(jī)就可正常使用。

表1 柴油機(jī)進(jìn)機(jī)船用輕柴油（MG O）黏度要求

為了保證進(jìn)機(jī)船用輕柴油（MGO）黏度不低于柴油機(jī)要求，需要配置船用輕柴油（MGO）冷卻器，部分船東擔(dān)憂無法買到40℃時(shí)黏度足夠高的燃油，還會(huì)考慮配置冷凍機(jī)組，將進(jìn)機(jī)燃油溫度降至更低以保證進(jìn)機(jī)的燃油黏度。

但是目前只有要求燃油含硫量低于0.1% m/m時(shí)才需使用船用輕柴油（MGO），含硫量低于0.5% m/m的重質(zhì)燃油國內(nèi)已有供應(yīng)。因此目前低硫油應(yīng)用主要是針對硫排放控制區(qū)的排放要求。使用低硫油來滿足SOX排放要求的措施還有一個(gè)優(yōu)勢就是可以切換使用低硫燃油及重質(zhì)燃油以滿足不同區(qū)域?qū)τ赟OX排放的不同要求，兼具靈活性和經(jīng)濟(jì)性。

如果采用廢氣脫硫裝置來滿足SOX的排放要求，則需配置一整套廢氣脫硫裝置，目前船舶廢氣脫硫系統(tǒng)主要分為干式洗滌脫硫系統(tǒng)和濕式脫硫系統(tǒng)兩大類，由于船舶的運(yùn)營特點(diǎn)，濕式脫硫系統(tǒng)成為船舶廢氣洗滌脫硫的首選。其中還有淡水洗滌廢氣（閉式洗滌系統(tǒng)）與海水洗滌廢氣（開式洗滌系統(tǒng)）及混合模式三種型式。但是開式洗滌系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)受海水鹽度及溫度影響，效果難以保證，而混合模式系統(tǒng)又過于復(fù)雜，初始投資成本及運(yùn)營成本較高［3］，閉式系統(tǒng)更加環(huán)保可靠，以下對比均采用閉式洗滌系統(tǒng)。其中閉式洗滌系統(tǒng)主要部件有洗滌塔、沖洗泵等，具體的系統(tǒng)流程圖見圖2。

圖2 廢氣脫硫系統(tǒng)典型流程圖

降低船舶硫氧化物排放的不同措施所需增加的設(shè)備見表2。

表2 降低船舶硫氧化物排放系統(tǒng)配置對比

對于船舶排放中的氮氧化物，現(xiàn)在世界范圍已經(jīng)要求達(dá)到TIER II的要求，目前的柴油機(jī)大都可以通過自身設(shè)計(jì)來滿足TIER II的要求，無需采取其他措施來滿足排放要求。但是船舶若要航行于排放控制區(qū)域，則需滿足TIER III的要求。為了滿足TIER III的排放要求，柴油機(jī)廠家探索了很多技術(shù)措施如：兩級(jí)增壓技術(shù)、SCR 后處理、米勒循環(huán)、船用EGR技術(shù)、乳化油、等離子體除NOX技術(shù)等。其中有代表性的措施主要有以下三種：加裝選擇性催化還原（SCR）裝置、使用LNG作為替代燃料或讓柴油機(jī)采用廢氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng)。

LNG作為替代能源可以同時(shí)降低SOX與NOX的排放，但是其應(yīng)用的困難之處在前文已經(jīng)介紹過了，在這里就不再贅述。

在降低NOX排放的措施中，除了使用LNG作為替代燃料，還有廢氣再循環(huán)技術(shù)（EGR）。EGR系統(tǒng)所采用的廢氣再循環(huán)技術(shù)主要是指柴油機(jī)在運(yùn)行時(shí)將一部分廢氣引回進(jìn)氣管，與新鮮空氣混合后再進(jìn)入氣缸，重新燃燒做功，從而大幅度降低氮氧化物的生成量，滿足TIER III的排放要求。

而另一種降低NOX排放的技術(shù)即為選擇性催化還原（SCR）技術(shù)指以NH3（尿素溶液）為還原劑，利用其對NOX的高選擇還原性，將排氣中有害的NOX優(yōu)先還原為無害的N2和H2O的后處理技術(shù)。這種技術(shù)有NOX轉(zhuǎn)化率高（可達(dá)90%以上），裝置結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便，不影響柴油機(jī)原有特性，且技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛。但是與廢氣脫硫裝置一樣，SCR系統(tǒng)增加的混合筒及反應(yīng)爐尺寸較大，會(huì)增加柴油機(jī)排氣管上的背壓，并且需要增加不菲的初始投資。

EGR技術(shù)是指通過鼓風(fēng)機(jī)從柴油機(jī)排氣中抽取部分廢氣經(jīng)凈化、冷卻后再與增壓器送來的新風(fēng)混合，一起進(jìn)入掃氣集管內(nèi)，以此來降低掃氣中的氧氣濃度。而燃燒過程中NO的生成是與含氧量的平方根成正比的，因此廢氣中的氮氧化物的含量被大大降低了。且廢氣中的CO2及水蒸汽的熱容量大，提高了廢氣的比熱容，進(jìn)而降低了燃燒的峰值溫度和NOX的產(chǎn)生。其系統(tǒng)包括EGR單元、收集柜單元、供給單元、水處理單元、輔助艙柜（NaOH柜，渣艙，泄放艙），控制系統(tǒng)等設(shè)備，典型的系統(tǒng)流程圖如圖3所示。

SCR系統(tǒng)是一種柴油機(jī)廢氣后處理裝置，運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理，在300～400℃的溫度下，以氨或尿素作為還原劑有選擇的與NOX反應(yīng)，將NOX排放物轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂退Ｆ渲饕瘜W(xué)反應(yīng)方程式為［4］：

圖3 E G R系統(tǒng)流程圖

其整個(gè)工藝流程的第一步是將尿素溶液噴入混合筒與柴油機(jī)廢氣充分混合，然后進(jìn)入SCR反應(yīng)爐，以反應(yīng)爐中的催化劑為媒介，完成催化還原反應(yīng)，將NOX還原成對環(huán)境無害的N2及H2O。因此SCR系統(tǒng)共包含混合桶、反應(yīng)爐、供給噴射單元、控制單元、尿素存儲(chǔ)單元等設(shè)備，典型的系統(tǒng)流程如圖4所示。

圖4 S C R系統(tǒng)流程圖

降低船舶氮氧化物排放的不同措施所需增加的設(shè)備可見下頁表3。

表3 降低船舶硫排放系統(tǒng)配置對比

綜上所述，不同的船舶減排措施均需滿足一定要求，增加特定的設(shè)備，都會(huì)對船舶系統(tǒng)以及柴油機(jī)的運(yùn)行產(chǎn)生影響，因此需要針對不同船型的特點(diǎn)來選擇。其中，若使用LNG作為船舶的替代燃料，可以同時(shí)解決SOX及NOX的排放問題，但由于其燃料系統(tǒng)過于復(fù)雜，且受LNG加注配套措施不足的影響，國內(nèi)目前仍無法普及。

此外，對于大型耙吸挖泥船此類工程船舶而言，其機(jī)艙層高相對較低，且機(jī)艙內(nèi)設(shè)備較多，同時(shí)裝機(jī)功率也較高，因此不論是選擇直推主機(jī)或者主發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)時(shí)，基本都是選擇中速柴油機(jī)。這樣便給減排措施帶來一些局限性。首先EGR技術(shù)就難以在大型耙吸挖泥船上應(yīng)用，因?yàn)槟壳爸兴贆C(jī)上的EGR技術(shù)還未開發(fā)完成，市場上還沒有可應(yīng)用EGR技術(shù)的中速柴油機(jī)供應(yīng)。同時(shí)中速柴油機(jī)背壓較低，目前通過改進(jìn)增壓器，增加柴油機(jī)油耗的方式，中速柴油機(jī)背壓也只能達(dá)到5 kPa。而安裝在柴油機(jī)排氣管上的廢氣脫硫裝置或是SCR裝置均會(huì)增加排氣管背壓，若同時(shí)使用極有可能超過柴油機(jī)的背壓允許范圍。

因此對于使用低速柴油機(jī)的運(yùn)輸船而言，EGR技術(shù)加脫硫方案更適用，而對于使用中速柴油機(jī)的工程類船舶而言，SCR加低硫油的方案則更適用。

2 長航6000 m3耙吸挖泥船柴油機(jī)排放控制系統(tǒng)配置分析

本文的研究對象——長航6000 m3耙吸挖泥船的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

船體總長： 約122 m

型寬： 24.8 m

型深： 9.6 m

國際干舷吃水： 7.2 m

泥艙載泥量： 約8700 t（約6000 m3）

最大載泥量： 約11600 t

該船是亞洲第一艘全電力驅(qū)動(dòng)的耙吸挖泥船，該船建造是用于長江下游12.5 m深水航道維護(hù)疏浚及吹填工程，可兼顧長江口及沿海港口疏浚作業(yè)。該船的所有柴油機(jī)均滿足TIER II的排放要求，且所有需燃用燃油的設(shè)備均可燃用低硫油，因此該船設(shè)計(jì)完全滿足《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》以及MEPC對于SOX排放的要求。同時(shí)考慮到環(huán)保的要求日益提高，2016年又增設(shè)了波羅的海和北海兩個(gè)NOX排放控制區(qū)，因此雖然國內(nèi)還未設(shè)立NOX排放控制區(qū)，該船也未配備脫硝裝置，但是在設(shè)計(jì)中為將來的TIER III排放合規(guī)措施改造作了考慮，將煙囪的橫向?qū)挾燃訉挘瑸槲磥淼母脑祛A(yù)留了空間。

該船艙內(nèi)共布置了3臺(tái)4224 kW主發(fā)電機(jī)組，并在2平臺(tái)布置了1臺(tái)1500 kW主發(fā)電機(jī)組及1臺(tái)500 kW停泊發(fā)電機(jī)組，其機(jī)艙平面布置圖如下頁圖5所示。

就長航6000 m3耙吸挖泥船的動(dòng)力配置而言，其主電站所選柴油機(jī)為WARTSILA生產(chǎn)的3臺(tái)8L32E及1臺(tái)8L20中速柴油機(jī)，根據(jù)設(shè)備廠提供的減排方案，廢氣脫硫裝置會(huì)給排氣管增加1.5 kPa背壓，SCR系統(tǒng)會(huì)給排氣管增加1.2 kPa的排氣背壓，同時(shí)排氣管消音器及廢棄鍋爐一般均會(huì)增加1 kPa的排氣背壓。可以看到，若期望通過組合使用SCR與廢氣脫硫裝置來一次性解決SOX與NOX排放的問題，SCR裝置、廢氣脫硫裝置及消音器的總背壓就將達(dá)到3.7 kPa，留給排氣管本身的背壓只剩1.3 kPa，而這只是理想狀態(tài)下的設(shè)備背壓，如有設(shè)備背壓超過理想值，整個(gè)排氣系統(tǒng)都將面臨超壓的危險(xiǎn)。同時(shí)，脫硫洗滌塔的尺寸及SCR系統(tǒng)的反應(yīng)爐及混合筒尺寸均較大，洗滌塔的尺寸甚至高達(dá)8 m，并且均帶有大量輔助設(shè)備，若想全部布置進(jìn)船舶機(jī)艙及煙囪內(nèi)，對于挖泥船的機(jī)艙設(shè)計(jì)來說很困難。因此，就挖泥船的機(jī)艙設(shè)計(jì)及柴油機(jī)配置而言，組合使用廢氣脫硫裝置與SCR系統(tǒng)可行性比較差；并且一旦組合使用兩套系統(tǒng)，由于廢氣鍋爐還會(huì)增加1 kPa的排氣管背壓，將民致排氣管上的廢氣鍋爐無法安裝。這時(shí)如果還是采用重油作為主要燃料，就需要通過燃油鍋爐持續(xù)加熱油艙。這樣相比采用低硫油來解決SOX排放問題，采用廢氣脫硫裝置使得船舶運(yùn)營時(shí)能夠燃用重油來降低運(yùn)營成本的優(yōu)勢也會(huì)大大降低。因此，若想同時(shí)解決SOX與NOX排放問題，通過燃用低硫油及加裝SCR系統(tǒng)，在經(jīng)濟(jì)性及可行性上無疑是更好的選擇。

圖56000 m3耙吸挖泥船機(jī)艙布置圖

而就使用LNG作為替代能源來說，已有柴油機(jī)廠家提供適用的柴油機(jī)，如WARTSILA及MAN設(shè)計(jì)的雙燃料中速柴油機(jī)及RR公司設(shè)計(jì)的純氣體柴油機(jī)。但是由于其燃料系統(tǒng)比較復(fù)雜，且LNG易燃易爆的特點(diǎn)，民致系統(tǒng)存在多處危險(xiǎn)區(qū)域，安全隱患大，在實(shí)船應(yīng)用時(shí)，船東顧慮較多。目前世界范圍也只有一艘小型耙吸挖泥船交付使用，并且還是采用的雙燃料柴油機(jī)。因此，可待更多使用LNG作為柴油機(jī)燃料的挖泥船交付使用之后，觀察實(shí)船應(yīng)用情況再作考慮。

綜上，對于長航6000 m3耙吸挖泥船的減排措施，目前建議組合采用低硫油及SCR裝置的方案，這個(gè)方案更加適合耙吸挖泥船的柴油機(jī)類型，且系統(tǒng)更為簡單與可靠，船員的日常管理也更為簡單。

從布置圖中可以看到不論是在機(jī)艙艙內(nèi)，還是機(jī)艙2平臺(tái)，均布置了較多設(shè)備，想要在其中增加更多設(shè)備，均需對現(xiàn)有的布置作出較多調(diào)整。其中本船已經(jīng)為船舶燃用低硫燃油進(jìn)行了相關(guān)設(shè)計(jì)，在供油單元及柴油機(jī)回油管路增設(shè)了低硫燃油冷卻器及MGO日用艙柜及MGO儲(chǔ)存艙，因此改造只需將SCR系統(tǒng)布置進(jìn)去即可。而在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到環(huán)保要求日趨嚴(yán)厲的狀況，也為SCR系統(tǒng)的改造預(yù)留了空間，即加大了煙囪寬度。根據(jù)設(shè)備廠提供的SCR系統(tǒng)方案，SCR系統(tǒng)中的4臺(tái)主發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)可共用1套輔助設(shè)備，其尺寸如表4所示。

表4 S C R系統(tǒng)輔助設(shè)備尺寸mm

除此之外，還需在船舶上設(shè)置尿素儲(chǔ)存艙，可以看到機(jī)艙艙內(nèi)并無空間再增加尿素艙。綜合考慮，可將船舶尾部2平臺(tái)上的壓載艙3P/3S改造成尿素儲(chǔ)存艙，同時(shí)輔助設(shè)備也可同樣布置在2平臺(tái)之上。具體布置見圖6。

圖66000 m3耙吸挖泥船S C R系統(tǒng)輔助設(shè)備布置圖

可見，在6000 m3耙吸挖泥船的機(jī)艙內(nèi)增加尿素儲(chǔ)存艙及SCR系統(tǒng)的輔助設(shè)備對原有布置影響不大，但SCR系統(tǒng)中還需在每臺(tái)主發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)的排氣管上增設(shè)混合筒及反應(yīng)爐，其尺寸如表5所示。

可以看到，混合筒及反應(yīng)爐長度方向的尺寸都十分驚人，為8L32E所配置的反應(yīng)爐及混合筒長度方向的尺寸均達(dá)4 m。因此，若想全部布置于煙囪內(nèi)，長度方向并不現(xiàn)實(shí)。此外，還可以發(fā)現(xiàn)混合筒的出入口口徑與柴油機(jī)排氣管相差無幾，且混合筒水平及垂直布置皆可，因此可將混合筒水平布置。8L20的排氣管上因?yàn)椴⑽丛O(shè)置廢氣鍋爐，因此混合筒亦可垂直布置于煙囪內(nèi)，其布置情況參見圖7。

表5 S C R系統(tǒng)混合筒及反應(yīng)爐尺寸mm

圖76000 m3耙吸挖泥船S C R混合筒及反應(yīng)爐布置圖

可以清晰地看到，由于設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)將煙囪寬度加寬了，因此在寬度方向，布置并無太大問題，但是SCR裝置仍與煙囪內(nèi)結(jié)構(gòu)有干涉現(xiàn)象。因此，若想在現(xiàn)有的布置情況下將SCR系統(tǒng)布置進(jìn)去，必將對煙囪進(jìn)行改造。

首先是平面狀態(tài)，6000 m3耙吸挖泥船為了加強(qiáng)煙囪結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在煙囪內(nèi)設(shè)置了十字型的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，這限制了煙囪內(nèi)布置反應(yīng)爐的空間，將會(huì)與反應(yīng)爐干涉，需要取消這個(gè)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)方可將反應(yīng)爐布置進(jìn)去。

同時(shí)，由于保留了廢氣鍋爐，1～3號(hào)主發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)的排氣管高度十分高，即使將反應(yīng)爐布置在主甲板之上，整個(gè)排氣管也將高于現(xiàn)有的煙囪頂板高度。因此，煙囪應(yīng)根據(jù)設(shè)備情況適當(dāng)加高。

此外，煙囪在主甲板還布置有燃油鍋爐。將反應(yīng)爐布置進(jìn)去后，空間十分緊張。因此，從機(jī)艙2平臺(tái)通入煙囪的斜梯由于同反應(yīng)爐干涉，故也需取消。

3 結(jié) 語

本文結(jié)合6000 m3耙吸挖泥船柴油機(jī)機(jī)型特點(diǎn)，相關(guān)法規(guī)對船舶柴油機(jī)排放的要求及現(xiàn)有的廢氣處理措施，分析得出以下結(jié)論：對于大型耙吸挖泥船而言，目前采用燃用低硫油及加裝SCR裝置的方式來同時(shí)滿足排放區(qū)法規(guī)對船舶柴油機(jī)SOX及NOX排放的要求在可行性及經(jīng)濟(jì)性上更加適用；同時(shí)根據(jù)6000 m3耙吸挖泥船的布置情況，分析得出若想將SCR系統(tǒng)布置進(jìn)去，需對煙囪進(jìn)行改造。由于前期設(shè)計(jì)時(shí)，在煙囪寬度方向預(yù)留了SCR反應(yīng)器的位置，因此僅需加高煙囪高度，同時(shí)對煙囪內(nèi)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)來滿足SCR系統(tǒng)的布置要求即可。