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控制船機(jī)廢氣排放的綠色水運(yùn)技術(shù)分析

文檔作者：高炳趙自奇文檔來(lái)源： 1．廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院2．廣東高校船舶自動(dòng)化系統(tǒng)集成工程技術(shù)開(kāi)發(fā)中心3．廣船國(guó)際股份有限公司技術(shù)中心			點(diǎn) 擊數(shù)：
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控制船機(jī)廢氣排放的綠色水運(yùn)技術(shù)分析
高 炳 趙自奇。
(1．廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣州510800；2．廣東高校船舶自動(dòng)化系統(tǒng)集成工程技術(shù)開(kāi)發(fā)中心 廣州I 510800；
3．廣船國(guó)際股份有限公司技術(shù)中心廣州510382)
[摘要]文章分析了水路運(yùn)輸船舶柴油機(jī)廢氣排放對(duì)大氣的污染，介紹了國(guó)際海事組織相關(guān)公約對(duì)船機(jī)排放的控制要求，
討論了業(yè)界重點(diǎn)關(guān)注的船機(jī)廢氣排放控制技術(shù)、溫室氣體排放等熱點(diǎn)問(wèn)題、以及國(guó)內(nèi)外法規(guī)與鼓勵(lì)措施等。文中還提出進(jìn)
一步完善控制船機(jī)廢氣排放的措施和思路，以期推進(jìn)水路運(yùn)輸節(jié)能減排重大關(guān)鍵技術(shù)、先進(jìn)適用技術(shù)與產(chǎn)品的研發(fā)與推廣，
促進(jìn)綠色水運(yùn)可持續(xù)發(fā)展。
[關(guān)鍵詞]船舶柴油機(jī)；廢氣排放；綠色水運(yùn)；節(jié)能減排
[中圖分類(lèi)號(hào)]F552．3 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]1001—9855(2014)05—0017—07
Analysis of green waterway transp0rtati0n technology to control
m arlne englne em issions
GAO Bing ZHAO Zi—qi
(1．Guangdong Communication Polytechnic，Guangzhou 5 1 0800，China；2．Guangdong University Ship
Automation System Integration Engineering Technology Development Center，Guangzhou 5 1 0800，
China；3．Guangzhou Shipyard International Company Technical Center,Guangzhou 5 10382，China)
Abstract：This paper analyzes the atmospheric pollution from the exhaust emission of marine diesel engine in
waterway transportation，and introduces the control requirements of the marine engine emissions of the relevant
conventions of International M aritime Organization．It discusses the critical industrial issues about the control
technology of marine engine emission and green house gas emission，as well as dom estic and international
regulations and incentives．It also proposes further ideas and measures to improve the control of marine
engine emission，which can promote the key technology of energy—saving and emission—reduction in waterway
tran sportation，research and promotion of the advanced and applicable technologies and products，as well as the
sustainable development of the green waterway transportation．
Keywords：marine diesel engine；exhaust emission；green waterway transportation；energy··saving and emission--
reduction
引 口
船舶運(yùn)輸是國(guó)際貨運(yùn)行業(yè)最省油的運(yùn)輸手段，
它占據(jù)全球貨運(yùn)總量的70％ 以上 1-210約70％ 的
船舶排放是發(fā)生在離海岸線400 km以內(nèi)的區(qū)域，
船舶發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放對(duì)陸地空氣質(zhì)量的影響已成為
當(dāng)前關(guān)注的焦點(diǎn)，而陸地空氣污染物排放控制限度
已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)船舶排放的控制限度。
一般情況下，船舶使用低質(zhì)量的燃料以減少
成本，而低質(zhì)量的燃料通常具有較高的含硫量。統(tǒng)
[基金項(xiàng)目]廣東省交通運(yùn)輸廳科技項(xiàng)目(科技一2014—02—31)；廣東省高職教育機(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)教改項(xiàng)目(jd201307)；粵交職院導(dǎo)向性i果題(2013DX)
[收稿日期]2014—04—28；[修回日期]2014—06—16
[作者簡(jiǎn)介 舒炳(1983一)，男，碩 ：，講師，研究方向：輪機(jī)’ 程技術(shù)、船舶動(dòng)力裝置性能優(yōu)化與節(jié)能減排。
計(jì)數(shù)據(jù)顯示，船舶排放的硫氧化物(SO )占全球
運(yùn)輸行業(yè)SO 排放總量的60％左右，船舶氮氧化
物(NO )排放量占全球人為產(chǎn)生NO 排放總量
的l5％ 左右， 占全球貨運(yùn)運(yùn)輸行業(yè)NO 排放量
的40％左右，航運(yùn)業(yè)占全球貨運(yùn)行業(yè)的二氧化碳
排放量的15％左右(占全球二氧化碳排放總量的
2—3％ )_l ]。船機(jī)廢氣排放直接影響著空氣質(zhì)量
和全球氣候變暖，可見(jiàn)，水運(yùn)船機(jī)造成的排放污染
已到了必須重視的處境。
1 影響空氣質(zhì)量的水運(yùn)船機(jī)廢氣排放
1．1 形成原因
對(duì)于船舶柴油機(jī)，燃油在活塞壓縮上止點(diǎn)之前
以較高的壓力噴入氣缸，壓縮沖程使缸內(nèi)氣體上升
到足夠高的溫度從而使燃油燃燒。在約2 000~C高
溫環(huán)境下，燃油噴霧與空氣混合發(fā)生燃燒。燃燒過(guò)
程中，空氣中的氮和氧結(jié)合生成氮氧化物NO ，且
柴油燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生相對(duì)較高水平的NO ，而燃
油本身的特性對(duì)NO 生成量的影響較小 。
在燃燒過(guò)程生成的硫氧化物是由于燃油中的硫
與氧的結(jié)合，sO 主要成分是二氧化硫。在發(fā)動(dòng)機(jī)
中形成SO 的量主要取決于燃料中的硫濃度。船機(jī)
SO 的排放相對(duì)較高是由于燃燒含硫量高的燃料。
PM主要由以下兩個(gè)機(jī)制生成：
(1)核模態(tài)粒子主要包括冷凝的烴類(lèi)和硫酸
鹽。氣態(tài)前體隨著溫度的降低凝聚在排氣系統(tǒng)中，
隨后與大氣中的冷空氣混合。硫酸鹽的生成來(lái)自燃
燒產(chǎn)生的硫氧化物(SO )與廢氣中的水的組合。
(2)積聚態(tài)顆粒是在燃燒過(guò)程中形成的，主要
由大部分碳粒子(99％ 的碳質(zhì)量)和其他固體顆
粒凝聚而成。大部分積聚態(tài)微粒形成在燃料噴霧的
核心，他們被稱(chēng)為“黑碳”或“煙灰”。另外，燃
油氣體和冷凝的碳?xì)浠衔锉晃盏筋w粒的表面，
積累模式下形成的煙灰是柴油燃燒過(guò)程中所固有
的，僅有小部分的生成依賴于燃料質(zhì)量。
核模態(tài)粒子中的冷凝碳?xì)浠衔镆约胺e聚態(tài)粒
子表面上都含有毒和致癌性的碳?xì)浠衔?。船用?
料的高含硫量會(huì)導(dǎo)致硫酸鹽顆粒生成量相對(duì)較高。
揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)包括未燃燒或部分
燃燒的烴類(lèi)(來(lái)自燃燒過(guò)程)，在廢氣中以氣體的
形式排放。他們也可直接通過(guò)貨物排放，如通過(guò)石
油和石油產(chǎn)品的蒸發(fā)。
1．2 水運(yùn)船機(jī)廢氣排放的影響
航運(yùn)的廢氣排放有一部分被排到陸地上，使陸
地污染加重。
氮氧化物排放會(huì)助推形成光化學(xué)煙霧，而光化
學(xué)煙霧則導(dǎo)致高濃度的臭氧和有害的有機(jī)化合物形
成。臭氧危害人體健康，在低層大氣中也是一種溫
室氣體。高濃度的二氧化硫會(huì)影響肺功能。
從發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣(尤其是細(xì)顆粒)可以進(jìn)
入人體肺部和血液，從而導(dǎo)致心血管疾病和肺部疾
病。Corbett等人【 推測(cè)船舶廢氣排放會(huì)提高死亡率。
有研究結(jié)果表明，船舶排放的顆粒物會(huì)導(dǎo)致每年約
60 000人死于心肺疾病及肺癌，主要是集中在歐洲，
東亞和南亞的海岸線附近。
SOx和NOx的排放會(huì)受IMO MARPOL 73／78公
約附則VI《防止船舶造成空氣污染規(guī)則》(3．1節(jié)
所述)的監(jiān)管，而顆粒物和揮發(fā)性有機(jī)物目前暫
無(wú)法規(guī)監(jiān)管。
排放污染物對(duì)大氣環(huán)境的具體影響以及對(duì)人
體的危害參見(jiàn)下頁(yè)表1、表2。
2 法規(guī)對(duì)排放的要求
2．1 IMO MARPOL附則VI(2008)要求
國(guó)際海事組織(IMO)在2008年頒布了修
訂后的控制船舶廢氣排放公約，該公約被稱(chēng)為
MARPOL公約附則VI。MARPOL公約是國(guó)際船舶
防污染公約，附則VI主要針對(duì)防大氣污染。
先前施行的附則VI是2005年頒布的，有時(shí)也
被稱(chēng)為“MARPOL附則VI Tier I”?，F(xiàn)行的附則VI
提出了一個(gè)全球性氮氧化物排放量和燃油含硫量的
上限，此外，特殊的ECAS區(qū)可以制定更嚴(yán)格的控
制要求。
MARPOL公約附則VI的規(guī)定可參見(jiàn)下頁(yè)圖表。
下頁(yè)中的圖1為MARPOL公約附則VI中的NOx
排放新標(biāo)準(zhǔn)，圖2為MARPOL公約附則VI中的燃
油含硫量新標(biāo)準(zhǔn)。
表1 污染物對(duì)大氣環(huán)境的危害
污染物對(duì)環(huán)境 有關(guān)污染物 對(duì)環(huán)境的危害 影響區(qū)域
的影響
二氧化碳(CO：)、臭氧 燃燒生成的CO ，是汽車(chē)排放物中含量最多的物質(zhì)，是導(dǎo)致
溫室效應(yīng) (0 )、含氟含氯碳?xì)浠?全球溫室效應(yīng)的主要物質(zhì)之一。在對(duì)氣候變化產(chǎn)生影響的 全球性效應(yīng)
合物(FCCH) 溫室氣體中的CO：作用占一半以上。
碳?xì)?HC)、氮氧化物 HC化合物中的烯烴類(lèi)與NO 產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成二次污 污染源局部
光化學(xué)煙霧 染，產(chǎn)生具(N()x) 有危害性的光化學(xué)煙霧，而使植物枯黃、落
、臭氧濃度(()3) 葉地區(qū)
， 橡膠制品失去彈性。
硫化物(SO )、氮氧化
酸雨 物(NO )在大氣中引起 燃料中的硫在燃燒后形成SO 排出發(fā)動(dòng)機(jī)外，s0：和NO：是酸 污染源局部
雨的PH值的變化 雨的主要來(lái)源，酸雨嚴(yán)重影響農(nóng)作物生長(zhǎng)和人體健康。 地區(qū)
含氟含氯的碳?xì)浠衔?含氟含氯的碳?xì)浠衔锸窃斐纱髿馔瑴貙又谐粞鯗p薄甚至
臭氧層減薄 (FCCH) 出現(xiàn)臭氧空洞的主要原因，危害人類(lèi)健康，引起地球溫室 全球性效應(yīng)
效應(yīng)。
臭氧濃度過(guò)高 臭氧(0 ) 臭氧引起地面附近的對(duì)流層中的濃度過(guò)高，影響植物的光 污染源局部
合作用。 地區(qū)
表2 污染物對(duì)人體的危害
污染物 污染物特點(diǎn) 對(duì)人體的危害
與人體血紅蛋白結(jié)合，破壞人體內(nèi)氧的輸送及交換，CO 一氧化碳(CO) 無(wú)色無(wú)味有毒的氣體。 中毒
， 輕者頭痛、嘔吐，重者昏迷、癡呆，甚至死亡。
NO 是NO2和NO的總稱(chēng)，NO為無(wú)色氣 它刺激人眼粘膜引起結(jié)膜炎、角膜炎，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起肺
氮氧化物(NO ) 體，在空氣中被氧化成NO ；NO 呈 氣腫和肺炎，氮氧化物也是形成酸雨和光化學(xué)煙霧的主要
紅褐色，有強(qiáng)烈氣味。 物質(zhì)之一。
碳?xì)浠衔?HC) 無(wú)味氣體。 對(duì)人眼、口鼻粘膜及呼吸系統(tǒng)均有刺激作用。
含鉛物質(zhì)(Pb) 它的作用是含鉛物質(zhì)對(duì)血液、骨骼和神經(jīng)系統(tǒng)有損壞作用，它的作用
一個(gè)慢性過(guò)程。 是一個(gè)緩慢的過(guò)程。
非飽和HC在陽(yáng)光下和NO 的共同作用
臭氧(0 ) 下，經(jīng)過(guò)光化學(xué)反應(yīng)形成，具有強(qiáng)烈 它刺激人的眼睛和呼吸道。
刺激性氣味。
二氧化硫(SO ) 二氧化硫是無(wú)色氣體，有強(qiáng)烈刺激性 對(duì)人的口鼻粘膜有強(qiáng)烈的刺激，若與灰塵在一起，則危害
氣味，和水結(jié)合后形成亞硫酸。 更大。
二氧化碳(CO ) 二氧化碳是無(wú)色氣體，略帶酸味和刺 對(duì)人體有間接性危害
激性氣味。 。
一_二二二二一
排敢 準(zhǔn) ：城 _ 。| i 一 }_
。(階段
t 《 3 t }s ≈? |、 * ∞《 蒜≥ j
TierI 2000正 17．0 45× _0l 9
．8
TierII 2011年 14．4 44×n一。 7．7
TierIII 2016年 3-4 9×n-O．2 1．96
柴油機(jī)轉(zhuǎn)速r／min
圖1 MARPOL公約附~IJVI中的N0x排放新標(biāo)準(zhǔn)
溉 燃油含硫量限值(％ )
， *
s0x 控制區(qū)域 一 l 全球_般區(qū)域
2000年 1．5％
4．5％
2010年3月
1．O％
2012年
3．5％
2015正
0．1％
2020年 0．5％
＼
培
如
期限／年
圖2 MARPOL公約附則VI中的燃油含硫量新標(biāo)準(zhǔn)
其中，對(duì)幾個(gè)重要節(jié)點(diǎn)再作如下說(shuō)明：
(1)2005年施行Tier I標(biāo)準(zhǔn)，NO 排放限值主
要針對(duì)2000年以后的新船。
(2)2010年排放控制區(qū)(ECAS)施行燃料含
硫量限值為l％，2015年排放控制區(qū)(ECAS)施
行燃料含硫量限值為0．1％。
(3)2011年全球施行Tier II標(biāo)準(zhǔn)，NO 排放
限值主要針對(duì)新造船舶(相對(duì)于IMO Tier I標(biāo)準(zhǔn)降
低了15 20％)(通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)化控制實(shí)現(xiàn))。
(4)2012年全球施行燃料含硫量限值為3．5％。
(5)2016年排放控制區(qū)(ECAS)施行Tier III
標(biāo)準(zhǔn)，NO 排放限值主要針對(duì)新造船舶(相對(duì)IMO
降低了80％ )(需加尾氣后處理系統(tǒng))。
(6)2020年全球施行燃料含硫量限值為0．5％。
如果煉油廠可以生產(chǎn)，需在2018年審查。
(7)Tier I的NO 排放標(biāo)準(zhǔn)施行，針對(duì)1990
年至2000年安裝的功率大于5 MW的船舶(通過(guò)
改裝套件實(shí)現(xiàn))。
(8)根據(jù)附件VI，廢氣洗滌器可以用作低硫
燃料的替代品。
(9)降低硫含量會(huì)顯著降低細(xì)顆粒物的排放量。
同時(shí)，美國(guó)和加拿大已申請(qǐng)指定IMO排放控
制區(qū)(ECA)，主要覆蓋了太平洋沿岸、大西洋／
海灣海岸和8個(gè)主要的夏威夷群島，距海岸線延
伸200 n mile。國(guó)際海事組織已經(jīng)接受了這個(gè)提議。
關(guān)于這些新船發(fā)動(dòng)機(jī)的排放控制，IMO ECA區(qū)加
上了HC和CO排放限制 。
預(yù)計(jì)到2030年，該戰(zhàn)略對(duì)人們健康和社會(huì)福
利有明顯的積極影響，每年可防止大約13 000～
33 000人過(guò)早死亡，減少1 500 000個(gè)工作Et，活
動(dòng)受限天數(shù)減少10 000 000天，人們的醫(yī)療支出預(yù)
計(jì)將減少110億美元至2 800億美元。這些預(yù)期收
益超過(guò)該戰(zhàn)略預(yù)計(jì)成本的比例至少為30：1。
2．2 其他限制
除MARPOL公約之外的其他排放限制包括：
(1)2010年在歐盟?？康拇叭剂虾蛄繎?yīng)
為0．1％ 以下。
(2)2009年在加利福尼亞州水域的餾分燃料，
燃料含硫量應(yīng)為1．5％／0．5％ (取決于燃料芳香性)。
(3)2012年在加利福尼亞州的水域的餾分燃
料，燃料含硫量應(yīng)為0．1％。
3 有關(guān)國(guó)家對(duì)排放征稅及獎(jiǎng)勵(lì)措施
征稅和獎(jiǎng)勵(lì)措施主要是為鼓勵(lì)減少?gòu)U氣排放，
這些措施包括：
(1)挪威NO 稅。針對(duì)包括本國(guó)航運(yùn)業(yè)的所
有行業(yè)，履行“哥德堡議定書(shū)”規(guī)定的義務(wù)— — 連
續(xù)測(cè)量或基于默認(rèn)指數(shù)計(jì)算(NO 稅=15×在挪威
境內(nèi)排放的氮氧化物質(zhì)量，kg)。
(2)瑞典分化港務(wù)費(fèi)。主要針對(duì)氮氧化物的排
放，燃油中的硫含量。
(3)溫哥華分化港務(wù)費(fèi)。主要針對(duì)燃料中的硫
含量。
(4)氮氧化物(NO )、硫氧化物(SO )和
CO，的環(huán)境指數(shù)正在研究中，它主要根據(jù)環(huán)保性能
來(lái)選擇船舶。
(5)DNV清潔設(shè)計(jì)認(rèn)證限制氮氧化物(NO )，
硫氧化物(SO )和制冷劑的排放。
4 船機(jī)廢氣排放控制的技術(shù)措施
根據(jù)船機(jī)排氣污染物的種類(lèi)以及影響排氣污
染物的生成因素，業(yè)界已提出或已采用很多降低排
氣污染物的控制措施，主要從發(fā)動(dòng)機(jī)改善燃油品質(zhì)、
改進(jìn)燃燒過(guò)程以及排氣后處理等方面采取措施。。 。
下面主要就聚焦點(diǎn)NO 和SO 的排放控制技術(shù)措
施進(jìn)行分析。
4．1 降NO 排放控制技術(shù)
(1)發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)化。新的發(fā)動(dòng)機(jī)需符合國(guó)際海事
組織(IMO)Tier II NO 的排放限值標(biāo)準(zhǔn)，這可能
導(dǎo)致油耗增加約3％ 。發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)化主要通過(guò)優(yōu)化
燃燒過(guò)程實(shí)現(xiàn)，包括提高燃油噴射壓力、噴射正時(shí)
延遲、增大壓縮比、降低初始空氣溫度和優(yōu)化的噴
射模式等，采用電控高壓燃油噴射有利于燃燒優(yōu)化，
尤其是在低負(fù)荷工況下。
(2)使用燃料水乳劑或直接噴水可以使NO
水會(huì)降低燃燒溫度峰值，從而減少NO 的形成，
主要是由于NO 的形成依賴于高溫條件。
(3)空氣加濕是噴水的另一種方式，方法是通
過(guò)將其與燃燒空氣混合，在四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中它可以
使NO 降低70％。
(4)廢氣再循環(huán)(EGR)通過(guò)排出的廢氣與新
鮮空氣混合降低燃燒溫度峰值，它可以使NO 降
低70％，但油耗費(fèi)用會(huì)增加2％左右。
(5)選擇性催化還原技術(shù)(SCR)可以使NO
降低95％。尿素被噴人廢氣中并將該混合物通過(guò)
催化器進(jìn)行反應(yīng)。SCR裝置的安裝和維護(hù)成本較高，
但NO 有大幅度降低并且可通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)化降低
油耗。SCR系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)安裝到某些運(yùn)營(yíng)的船舶上。
(6)減少燃料中的硫會(huì)使SCR和EGR更容易
實(shí)現(xiàn)。
(7)液化天然氣(LNG)在不使用后處理的情
況下可以實(shí)現(xiàn)非常低的NO 排放。
4．2 降SO 排放控制技術(shù)
4．2．1 洗滌器
廢氣洗滌器可以除去廢氣中大部分的硫氧化
物與微粒物質(zhì)。針對(duì)海洋使用所開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)可通過(guò)
使用海水、淡水或化學(xué)品洗出或中和硫氧化物，但
是廢水的排放會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境產(chǎn)生影響。
4．2．2 低硫燃油
減少SO 排放最直接的方法是減少燃料中的
硫含量，重油硫含量的降低是有一定限度的。重油
顏色呈黑色，它是由原油精煉過(guò)程中提煉的粗渣組
成，輕油被用于其他用途，大部分船舶都是使用重
油。IMO MARPOL附則VI規(guī)定：到2020年之前，
全球(航運(yùn)用)燃油的硫含量要降至3．5％，相比
之下，公路運(yùn)輸用柴油(超低硫柴油)硫含量?jī)H
0．0010％ (質(zhì)量分?jǐn)?shù))。美國(guó)要求可以依據(jù)自己制
定的規(guī)則或者依據(jù)IMO組織MARPOL附則VI規(guī)
定的排放控制區(qū)(ECAS)的限制來(lái)降低燃料中的
硫含量。當(dāng)然，也可使用更高品質(zhì)的船用柴油機(jī)
輕油被稱(chēng)為船用柴油(MDO)或海洋天然氣
石油(MGO o超低硫柴油、MGO和MDO一般被
稱(chēng)為餾分，有些船的輔機(jī)使用MGO或MDO發(fā)電。
MDO和MGO硫含量低，一般在0．1％左右。MDO
和MGO在澳大利亞一般不提供，如果船舶被要求
使用除重油以外的燃料或者運(yùn)行在港口附近，他們
或者自帶MDO、MGO或者使用澳大利亞制造的超
低硫柴油ULSD(含硫量非常低)。天然氣是另一
種替代燃料，但不容易實(shí)現(xiàn)低硫餾分。
5 靠港時(shí)的減排措施
港口一般靠近市區(qū)。船舶柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電以供
泊岸負(fù)載、貨物裝卸和壓載水泵等處的使用。燃油
鍋爐主要用來(lái)加熱燃料或貨物，所產(chǎn)生的蒸汽可供
蒸汽驅(qū)動(dòng)貨物泵運(yùn)行以及制造熱水。巡航船有較高
的泊岸負(fù)載，用來(lái)提供空調(diào)、照明、冷藏、烹飪等。
目前已施行減少靠港排放的兩項(xiàng)措施：
(1)燃料轉(zhuǎn)換。目前涉及靠港使用低硫燃料減
少SO 和PM的排放量，未來(lái)也可能會(huì)看到靠港使
用LNG的船舶發(fā)電機(jī)，這將進(jìn)一步降低SO 和PM
的排放量，也會(huì)減少NO 的排放量。
(2)岸電或AMP(Alternative Maritime Power o
采用陸地電網(wǎng)對(duì)船舶供電，這就降低了港口的廢氣
排放，其凈增益依賴于岸電。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)比現(xiàn)有
的大規(guī)模煤或天然氣發(fā)電設(shè)備效率更高，所以使用
岸電可能導(dǎo)致溫室氣體的增加。然而，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)
產(chǎn)生更多的氮氧化物NO 和顆粒物PM。使用岸電
的電力不能替代燃油鍋爐，所以使用岸電并不能使
SO 有很大程度的降低。一些港口實(shí)施使用液化天
然氣動(dòng)力輔助發(fā)電機(jī)為船舶供電。
6 采用天然氣燃料發(fā)動(dòng)機(jī)
天然氣主要由甲烷組成，幾乎不含硫。天然氣
發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的NO 和PM比液體燃料的柴油發(fā)
動(dòng)機(jī)少20％，而sO 的排放量可忽略不計(jì)。
雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)以天然氣為主要燃料來(lái)源，噴人
少量的柴油進(jìn)行初始燃燒。雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)可以依靠
80％ ～99％的氣體燃料運(yùn)行，特別適用于海洋使用，
如果氣體供給失敗，發(fā)動(dòng)機(jī)可以立即切換到100％
的液體燃料運(yùn)轉(zhuǎn)中，為船舶安全提供高度可靠的推
進(jìn)裝置。
發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)發(fā)達(dá)，從主要的發(fā)動(dòng)機(jī)制
造商那里可以獲得一系列雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，氣體發(fā)動(dòng)
機(jī)也可獲得并將用于多臺(tái)主機(jī)的船舶上。
如果燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)良好，天然氣的使用可以減
少25％的溫室氣體，因此不存在明顯的甲烷排放。
氣體發(fā)動(dòng)機(jī)在不使用后處理的情況下，其排放能滿
足最嚴(yán)格的IMO NOx和SOx排放限值(IMO Tier III
排放控制區(qū))，但與液體燃料的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放的
顆粒物相比是非常低的。
在給定的體積下，液化天然氣比壓縮天然氣具
有更多的燃油量。氣體以非常冷的液態(tài)形式儲(chǔ)存在
高度隔熱且有中等壓力的罐體內(nèi)，存儲(chǔ)和安全處理
的技術(shù)非常發(fā)達(dá)。
挪威正在為國(guó)內(nèi)航運(yùn)業(yè)建立重要的液化天然
氣基礎(chǔ)設(shè)施。液化天然氣在澳大利亞國(guó)內(nèi)航運(yùn)業(yè)具
有很大的吸引力。澳大利亞擁有豐富的天然氣儲(chǔ)量，
而石油則已所剩無(wú)幾。
7 溫室氣體排放
航運(yùn)業(yè)的CO，排放量占全球交通運(yùn)輸業(yè)的
15％左右，而航運(yùn)業(yè)卻執(zhí)行全球貨運(yùn)任務(wù)的70％左
右。船舶運(yùn)輸每噸每公里的CO：排放量是公路運(yùn)輸
的30％左右，這使得航運(yùn)成為減少溫室氣體排放的
一個(gè)具有吸引力的選擇。與船舶CO 排放量相比，
鐵路、公路和航空運(yùn)輸?shù)呐欧帕咳缦马?yè)圖3所示。
CO 是船舶主要排放的溫室氣體。與CO 相比，
船舶發(fā)動(dòng)機(jī)排放的甲烷(CH )和N：0對(duì)全球變暖
有輕微的作用，此外，SO ，NO ，PM和VOC對(duì)全
球變暖也有輕微的作用。溫室氣體減排措施和空氣
質(zhì)量減排措施之間有相互作用。例如，減少NO 排
4-3z
o。。
血
一2000
l()0o
0
l ■
鐵路 公路 航空 船舶
圖3 2005年全球運(yùn)輸行業(yè)的CO：排放量比較圖
(不包括小轎車(chē)，僅有貨物運(yùn)輸)
放量可以增加燃油消耗，從而增加CO 的排放量。
現(xiàn)今，減少航運(yùn)業(yè)溫室氣體排放的措施有很多。
7．1 降速航行控制溫室氣體排放
降速航行是一項(xiàng)可操作的措施，可以明顯減少
CO，的排放。在同一段距離中，當(dāng)速度降低10％時(shí)，
油耗可降低20％以上。發(fā)動(dòng)機(jī)可以通過(guò)優(yōu)化運(yùn)行
過(guò)程來(lái)降低速度，如提高壓縮比，提高渦輪增壓器
增壓壓力以恢復(fù)氣缸壓力，這樣每次循環(huán)可以減少
燃油噴射。
德國(guó)勞氏船級(jí)社最近建議，集裝箱船12 14 kn
的速度將是最佳速度，而現(xiàn)行規(guī)范是20 kn以上，
這個(gè)最佳速度(經(jīng)濟(jì)航速)可以節(jié)省燃料成本、減
少排放量，并且吸收產(chǎn)能過(guò)剩的船隊(duì)。
7．2 其他措施控制溫室氣體排放
這些措施包括：使用替代能源，如天然氣、風(fēng)
能、第2代／第3代生物燃料(藻類(lèi)，木質(zhì)纖維(如
木材)，熱解油，合成柴油，生物甲烷)；改進(jìn)船體
和螺旋槳效率；提高船舶能源效率；優(yōu)化氣象導(dǎo)航；
新的后處理技術(shù)，例如CSNO (新加坡Ecospec公
司生產(chǎn)的)，可以從廢氣中除去74％的CO，、93％
的SO ，以及82％的NO ，但這項(xiàng)技術(shù)尚未被證實(shí)。
此外，關(guān)于排放貿(mào)易／碳稅的問(wèn)題已被多方討論
執(zhí)行，多種備選方案也正在積極考慮之中。澳大利
亞船東協(xié)會(huì)(如同其他一些國(guó)家類(lèi)似的協(xié)會(huì))已經(jīng)
8 結(jié) 論
船舶發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣已給世界一些水路航運(yùn)
比較活躍的地區(qū)帶來(lái)許多有害的影響，但許多防治
措施也已在全球施行，并且取得顯著的進(jìn)步 。。?。
少數(shù)關(guān)于空氣質(zhì)量排放的研究已經(jīng)在澳大利亞
等國(guó)的某些港口和港口周?chē)M(jìn)行探索，但是這需要
進(jìn)行指導(dǎo)性的研究以量化船舶排放對(duì)空氣質(zhì)量影響
的關(guān)系。大量的研究工作需要各方面配合支持，比
如改革政府的政策。相比于公路或鐵路運(yùn)輸，航運(yùn)
業(yè)排放相對(duì)較低的溫室氣體，因此可為其提供優(yōu)先
選擇權(quán)。這些選擇權(quán)包括鼓勵(lì)航運(yùn)和獎(jiǎng)勵(lì)采用其他
替代燃料，如低硫餾分或LNG等替代燃料；此外，
還應(yīng)大力推進(jìn)水路運(yùn)輸節(jié)能減排重大關(guān)鍵技術(shù)、先
進(jìn)適用技術(shù)與產(chǎn)品的研發(fā)與推廣，積極采用船機(jī)廢
氣排放控制新技術(shù)，促進(jìn)綠色水運(yùn)建設(shè)可持續(xù)發(fā)展。
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