船舶硫氧化物排放控制及展望

挪威船级社（中国）有限公司大连分公司 薛 成

MARPOL 73/78公约附则Ⅵ已于2005年5月19日生效，该附则第14条对船舶排放的硫氧化物进行了限制，要求船舶加装的燃油的硫的质量分数不超过4.5%，同时对船舶位于SOx排放控制区域之内的硫氧化物排放总量提出了明确要求。目前船舶大多采用硫的质量分数低于1.5%的燃油（简称低硫燃油）来满足这一条件。

一、有关限制硫氧化物排放的公约及区域法令

1. 硫化物排放控制区域（SOx Emission Control Areas，简称SECA）

近来，根据附则Ⅵ设置的两个排放控制区（ECAs）已经生效，即波罗的海和北海海域。在2011年7月的MEPC62次会议上，通过了有关设置毗邻波多黎各（美属）海岸一定区域的海域以及维京群岛（美属）作为另一个排放控制区（美国加勒比海排放控制区）的MARPOL公约修正案。该修正案预计将在2013年1月1日生效，而排放控制区也将在修正案生效后的12个月后生效。

2. 附则Ⅵ对船用硫含量的限制

MEPC 58通过了MARPOL附则Ⅵ修正案，对船舶大气污染物的排放提出了进一步要求。修正案要求从2012年1月1日开始，全球重质燃油的硫的质量分数从现在的4.5%降至3.5%，并在2018年之前作出可行性评估。若评估通过，到2020年1月1日，将要求全球船用重质燃油的硫的质量分数降到0.5%；如果调查结果不乐观，则将考虑延迟至2025年1月1日起适用新标准。

对于SECA，从2010年7月1日开始，该区域船舶所用燃油的硫的质量分数不得超过1.00%，从2015年1月1日起不得超过0.10%。

3. 欧盟法令The EU Directive 2005/33/EC的控制要求

除IMO法规要求外，船上燃油硫含量控制还应满足下述要求：自2010年1月1日起，所有靠泊欧盟港口的船舶必须使用含硫的质量分数低于0.1%的燃油。不过，如果船舶靠泊后将船用供电切换为岸电或靠泊时间不超过2 h，则可以不受上述规定的约束。

4. 加利福尼亚法令（CARB Title 13/17）

该法令规定，进入加利福尼亚海岸线24 n mile水域的远洋船舶主机、副机及锅炉必须使用船用轻柴油（ISO 8217，DMA）或重柴油（ISO 8217，DMB）且应满足下述要求：自2009年6月28日该法令生效起，船舶副机所用的船用轻柴油最大的硫的质量分数不超过1.5%，船舶副机所用的船用重柴油最大的硫的质量分数不超过0.5%；自2009年7月1日起，船舶主机及副锅炉所用的船用轻柴油最大的硫的质量分数不超过1.5%，所用的船用重柴油最大的硫的质量分数不超过0.5%；自2012年1月1日起，船舶主机、副机、副锅炉无论使用船用轻柴油还是重柴油最大的硫的质量分数都不超过0.1%。

二、低硫燃油对船用燃油设备的影响

目前船用燃油必须符合ISO 8217:2005修订版的要求，参阅有关资料可知低硫燃油对燃油设备的影响主要有以下几个方面[1-4]：

1. 低硫燃油对柴油机的影响

（1）低运动黏度

大部分船舶柴油机设计的燃油允许最小运动黏度为2.0 μm2/s，而根据ISO 8217，船用轻柴油的40℃运动黏度值为1.5~6.0μm2/s且船用重柴油的40℃运动黏度值为11μm2/s。在实际使用中由于燃油经过加热及机舱环境的影响，柴油机进油温度一般都高于40℃，运动黏度值将进一步降低，从而导致燃油供给泵、喷油泵和喷油器内部泄漏加剧，燃油供给不足，也使机器的输出功率降低，自身润滑性变差，导致喷油泵和喷油器内部磨损加剧甚至卡死。

（2）酸性

在一定的温度和压力下，燃油中的硫燃烧后生成酸，可造成燃烧室部件的低温腐蚀。一般使用适量的加入碱性添加剂（一般为CaCO3）的汽缸油中和燃烧所形成的硫酸，中和产物（CaSO4）及未参加反应的少量碱性添加剂（CaCO3）随着柴油机的换气过程将被排出燃烧室。但是，当燃油中硫含量降低，汽缸油供给量过剩，将会在缸内出现由过量碱性添加剂所形成的大量灰白色沉淀物，从而使活塞环黏结、断裂，缸套磨损严重。

（3）点火与燃烧质量

船用燃油的点火质量和燃烧质量尚不属于国际标准化组织ISO 8217船用燃油规格的一部分。一直以来计算单芳香烃指数（CCAI）是评估重质燃油点火质量的默认方法。随着炼油厂越来越多地在混合工艺中使用重循环油以实现硫含量低的目标，计算单芳香烃指数和计算点火指数在评估点火性能差的燃油时是不准确和不充分的，所以根据燃油交付单中的计算单芳香烃指数来判断点火与燃烧质量是不可靠的。使用点火性能差的燃油，发动机会出现的典型问题有：发动机启动困难，或者完全无法启动；燃烧室内最大压力过高；运行不稳定及功率损失；燃烧室及废气系统内的沉积物增多。

（4）燃油的不兼容

低硫蒸馏燃油的芳香烃含量较低，所以对沥青质的溶解性较差。在含有大量沥青质的重质燃油与低硫蒸馏燃油转换时有可能因为燃油的不兼容性导致滤器堵塞，机器设备因缺油而停止运转。

（5）催化剂颗粒的危害

为了提高轻质燃料油的产量，现代石化工业采用催化裂化技术，在原油炼制过程中加入含有硅和铝元素的催化剂。残渣油中催化剂的硅、铝颗粒很难全部分离出来，会像磨料一样，或进入燃油系统加速高压油泵柱塞套筒偶件磨损、出油阀卡阻、喷油器针阀磨损，或直接接触缸套、活塞环，在嵌入生铁的石墨基结构中加剧磨损，严重时甚至造成拉缸、活塞环断裂、扫气箱着火、增压器喘振、增压器轴承损坏等，威胁船舶安全。

2. 低硫燃油对锅炉的影响[5]

（1）低黏度。燃油黏度降低会增加燃油泵的内部泄漏，产生燃油供给不足，在锅炉低负荷运转时又会导致喷入燃烧室内的燃油过多而燃烧过度。另一方面，润滑性变差会使燃油泵运动件之间的磨损加剧。

（2）点火与燃烧质量。使用点火性能差的燃油会使锅炉点火困难，点火报警频繁动作。燃烧质量差又会增加烟灰的积聚，从而污染燃烧室和排气系统。

三、应对措施

1. 改造燃油系统和设备

对船上燃油系统的改装一般都是由原生产厂家提出修改方案并由船级社认可，改装完成后还要经过船级社的检验才可投入使用。对燃油系统的改装可考虑以下几个方面：

（1）在燃油管线加装冷却器及燃油增压泵，以保证进入燃油设备的黏度。

（2）安装高效的汽缸油注油器，使汽缸油注入量是动态控制的，供油率的控制是在综合考虑了燃油硫含量和柴油机的负荷后，确定出最佳供油率汽缸油注油器。或者加装汽缸油日用柜，在两个汽缸油日用柜中存放不同总碱值的汽缸油，根据所用燃油的硫含量相互转换。

（3）改装专为低硫燃油使用的燃油日用柜，尽量避免产生高低硫燃油相互转换时的混合时间。

（4）改装能将催化颗粒分离出去的分油机。

2. 船舶管理

（1）加装燃油后，迅速将所加燃油送到专业实验室化验，了解燃油的兼容性、点火和燃烧质量、催化颗粒等相关参数，为以后使用中的管理提供指导。如果发现燃油中硫含量超标，应封存船上的燃油，迅速通知船旗国主管当局，同时向燃油供应商提出抗议并通知燃油供应商所在国家的主管当局。

（2）船舶管理者应根据国际安全管理规则（ISM）1.2.2.2的要求系统分析燃用低硫燃油的风险，制定维修保养及操作程序，指导船员的实际操作。

（3）针对每艘船舶的设备和管系编制低硫燃油使用记录簿，建议应包含以下内容：对低硫燃油的公约、区域性法令的要求；在进入和离开SECA区域、欧盟港口和加利福尼亚水域的燃油转换程序，应包括时间的计算和具体的阀的操作；燃油转换的记录格式，如开始和结束的时间、地点（经度和纬度）、所用燃油的硫含量等。

四、控制硫氧化物排放的展望

船舶安装废气滤清系统有效控制SOx的排放也是国际海事组织及港口国政府可接受的方法之一。根据有关资料预计[6]，一艘每天燃用50t燃油的客船按每年在SECA区域航行100天计算，如果燃用1%的低硫燃油每年将节省燃油费用125 000美元，如果燃用0.1%的低硫燃油每年将节省燃油费用1 550 000美元，而所需要的设备费用大约为3 400 000美元。目前该项技术还处于研发阶段。随着环境保护意识的提高，对燃油使用的限制会越来越严格，涉及水域也会越来越广泛。采用SOx废气滤清系统或将适当降低燃油硫含量和该系统结合使用将是未来船舶控制硫氧化物排放的主要发展方向，也建议目前新造船舶在船预留一定空间，为将来安装废气滤清系统做好准备。

[1]DNV Maritime.Low sulphur fuels-properties and associated challenges[EB/OL].[2011-05-12].http://www.dnv.com/industry/maritime/publicationsanddownloads/papers/.

[2]Wartsila.Low sulphur guidelines[EB/OL].[2011-04-18].http://www.cleanairactionplan.org/civica/filebank/blobdload.asp?BlobID=2323.

[3]MAN B&W Diesel A/S.Operation on low-sulphur fuels two-stroke engines[EB/OL].[2011-05-12].http://www.cleanairactionplan.org/civica/filebank/blobdload.asp?BlobID=2326.

[4]杨富龙.硫氧化物排放控制区船舶燃用低硫燃油的措施[J].航海技术,2009(3):59-61.

[5]Mitsubishi Heavy Industries,Ltd.Mitsubishi auxiliary boiler[EB/OL].[2011-04-22].http://www.mhi.co.jp/en/products/pdf/pr_aux%20boiler.pdf.

[6]CHRIS Leigh-Jones.The case for scrubber[EB/OL].[2011-04-24].http://www.worldbunkering.com/articles/environment/0014-thecase-for-scrubbers.html.