船舶排放廢氣特征分析及控制技術探討

杜清華

摘 要 隨著世界各國對環境保護的日趨重視，船舶廢氣排放物的污染引起了人們的關注。本文重點闡述了船舶排放廢氣特征及其控制措施。

關鍵詞 船舶;廢氣特征;控制措施

1船舶廢氣排放特征

船舶排放的廢氣主要有NOx、SOx、COx、VOC等，其中NOx與SOx對環境和人類的影響最大。特別是SO2排放后，在大氣中的氧化過程，并與云中的水霧結合形成的酸雨，對植物的生長將產生嚴重的危害，二氧化硫為刺激性氣體，易溶于水，幾乎全部被上呼吸道吸收，對眼、上呼吸道黏膜有強烈刺激作用。在潮濕的空氣中能與水分子結合形成亞硫酸、硫酸，使其刺激作用增強。二氧化硫在空氣中的本底值（未受污染的大氣組分含量）是0.0002ppm，當空氣中二氧化硫濃度達0.3～1ppm時，多數人就會感覺出來，達到3ppm時，就有特殊的刺激氣味，達到8ppm時就會難受，20ppm時可引起眼結膜炎、急性支氣管炎，極高濃度時可致聲門水腫、肺水腫和呼吸道麻痹，二氧化硫通過氣孔進入植物葉子，破壞葉子內部組織，造成葉子變黃、卷葉以致植物倒伏。由二氧化硫形成的酸雨使水質酸化，導致水生態系統變化，浮游生物死亡、魚類繁殖受到影響，酸雨危害森林，破壞土壤，使農作物產量降低。而NOx排放的主要成分是NO，它是無色并具有輕度刺激性的氣體，它在低濃度時對人體健康無明顯影響，高濃度時會造成人與動物中樞神經系統障礙。盡管NO的直接危害性不大，但NO在大氣中可被臭氧氧化成具有劇毒的NO2。NO2吸入人體后會造成血液的輸氧能力下降，若在NO2含量超過一定標準的環境中停留時間過長，會使人因肺氣腫而死亡，同時，氮氧化物還是形成光化學煙霧的起因物質之一[1]。

2船舶NOx排放控制措施

2.1 燃油乳化

燃油摻水乳化能較大幅度地減少NOx。標準設計的發動機滿負荷時可加入20%的水，從燃燒角度來說，這并沒有達到極限。使用乳化后的燃油將對NOx的生成量和燃油的消耗率產生一定的影響，其影響程度隨機器型號的不同而不同，但在一般情況下，增加一個百分點的水將減少一個百分點的NOx。燃油的乳化必須在其進入燃油系統的循環回路前完成，水的增加量根據排氣中測得的NOx量來決定，因此，需要對NOx進行連續監測。對采用燃油乳化技術的船舶，燃油系統應設置一個特殊設計的安全系統，當船舶失電時，將不會影響油水乳化的穩定性，保證機器再起動時仍可使用穩定的乳化燃油。但燃油乳化技術也有其局限性，水和重質燃油的乳化比較容易進行，也比較穩定;但水與柴油，輕質柴油的乳化比較困難。當沿海航行需要強制采用低硫燃油時，如果要采用燃油摻水技術就需要設置專門的乳化裝置。

2.2 廢氣再循環

該方法是將排放出的廢氣適當的量引入進氣管中，讓廢氣與空氣進行混合，共同參與氣缸內的熱循環。此方法能有效降低氮氧化物的排放，主要原因是排出的廢氣中含氧量較少，這樣就能降低缸內氧氣的含量，從而有效控制氮氧的結合。另外，廢氣中的水蒸氣和二氧化碳的含量較高。在高溫時它們的比熱容比空氣的比熱容大很多，就會使燃燒過程中放出的熱量少，產生的溫度較低，從而使氮氧化物的濃度降低。但在引入廢氣進行再循環過程中，一定要對廢氣進行清潔處理，也要將廢氣冷卻在160～180℃。此方法雖然存在經濟簡單、易操作控制、凈化效率高等優點，但操作不恰當也會導致有害物排放的增加。所以，在操作過程中一定要細心。

2.3 延遲噴油定時

這種方法的機理就是降低燃燒時產生的溫度，對在熱帶區域使用此方法最為合理，因冷卻水溫較高此方法能達到降溫作用，從而使氮氧化物的生成量降低。通過調節噴油規律，減少噴入氣缸的燃油量或降低最高燃燒溫度和壓力，都能有效控制氮氧化物的生成量，也可通過改進噴油器的結構來達到目的[2]。

3船舶SO2控制措施

3.1 循環流化床干法脫硫

循環流化床干法脫硫工藝過程較為簡單，能耗低。煙氣凈化后溫度高有利于擴散，腐蝕性小，并且沒有“白煙”現象產生，整套工藝沒有污水、酸處理問題。工藝原理是作為脫硫吸收劑的消石灰，與預除塵后的煙氣在塔內進行接觸混合，煙氣中的SO2、SO3與Ca（OH）2進行化學反應，最后生成相應的副產物CaSO3、1/2H2O和CaSO4、1/2H2O等，從而達到脫除二氧化硫的目的。干法脫硫對吸收劑要求較高，存在脫硫劑利用率低，副產品綜合利用困難等問題。考慮到脫硫劑的存放和副產品的儲存，此方法在船舶上應用較為困難。

3.2 石灰石-石膏法脫硫

石灰石-石膏法是一種濕法煙氣脫硫技術，利用石灰石或生石灰作為吸收劑，對SO2進行吸收、分離，將其轉化為石膏這一穩定的物質方法。其工作原理是：吸收劑由水和石灰石粉制成，在吸收塔內與煙氣充分接觸，漿液中的CaCO3與SO2反應生成CaSO3，再被加入的空氣氧化生成CaSO4，最后生成二水石膏。雖然該技術已相當成熟，且脫硫效率高，運行可靠，易獲得吸收劑，但石灰石-石膏法需水量大、吸收劑搬運困難，副產物產量大，浪費大量的硫資源，淡水消耗量大。此方法需考慮吸收劑和副產物的存放、搬運等問題，船舶上操作空間有限，該方法運行較為困難。

3.3 海水法脫硫

海水法脫硫過程是利用天然海水的堿度實現脫除煙氣中二氧化硫的一種方法。海水呈堿性，通常自然堿度為1.2～2.5mmol/L，主要成分有氯化物、硫酸鹽、可溶性碳酸鹽等，海水中的大量CO32-和HCO3-是海水可吸收二氧化硫的主要原因。與其他工藝相比，海水法脫硫有明顯的優勢。海水作為吸收劑，有效節約淡水資源;吸收的二氧化硫轉化為硫酸鹽，可直接排放到海水中，不存在廢物處置問題;脫硫效率較高，可達90%以上;不會結垢堵塞設備;建設和運營成本低。海水法脫硫雖然具有以上諸多優點，但其設備體積和占地面積較大，且受地域因素的限制，只適合沿海地區。但海水有限的天然緩沖能力使其只適用于含硫量較低的煙氣，含硫量較高時，脫除效率較低。

4結束語

綜上所述，隨著船舶航運業的發展，船舶廢氣排放對大氣環境污染越來越嚴重。同時，隨著全球環境的日益惡化和人們環保意識的逐漸加強，控制船舶廢氣排放的要求日益強烈。當前，海洋運輸在我國運輸行業占有著重要的地位，對船舶的需求量也越來越大，但對海洋環境、大氣環境也造成了嚴重的污染。因此，采取廢氣排放控制技術至關重要。

參考文獻

[1] 陳曦.控制船舶NOx排放措施[J].中國航海，2013，（02）：110-113.

[2] 劉周書.船舶柴油機廢氣排放及控制技術[J].航海技術，2017， 48（11）：142-143.