内河船空气污染物排放控制方案

王小亮

(渤海船舶职业学院，辽宁 兴城 125105)

内河船空气污染物排放控制方案

王小亮

(渤海船舶职业学院，辽宁 兴城 125105)

内河船舶污染物排放问题是空气污染问题中亟待解决的一项议题。对此,针对内河船舶污染物排放问题日趋严重、相关部门对此监管不严格等问题，从内河船舶空气污染物控制的必要性出发，提出针对内河船舶的污染物排放控制方案及船舶尾气处理措施，为控制内河船舶污染物排放提供一个方向。

内河船舶；空气污染；控制措施

0 引 言

据国家环境保护部机动车排污监控中心测算，2013年靠泊我国港口的舶舶SO2排放量共58.8万t，约占全国SO2排放总量的8.4%;NOx排放量为27.8万t，约占全国NOx排放总量的11.3%。由此可见,船舶污染物排放对空气质量的影响不容忽视,特别是在一些船舶流量大的港口，带来的污染物排放量更是远远超过同期的机动车。据国际海事组织(International Maritime Organization,IMO)估算，一艘约10万t的大型货船每天消耗的柴油以100 t计,其年均温室气体排放量相当于5 000万辆汽车的温室气体排放总量,而其年均固体颗粒物排放总量相当于全世界汽车固体颗粒物排放总量的1/2。

目前我国针对营运船舶污染气体排放问题的相关规定尚不完备，导致船舶排放污染成为我国大气污染防治中的盲点。从长远发展及对环境影响程度的角度看，内河船舶的硫排放问题迫切需要解决。在该问题的解决上欧美等发达地区处于领先地位,控制区域不断增加,控制措施不断升级。然而，相关数据显示,我国公众罹患呼吸系统疾病及癌症的风险在不断增大，在这种形势下,急需采取措施控制我国内河船舶废气排放。这里从内河船舶污染物排放存在的主要问题及进行控制的必要性着手，提出内河船舶空气污染物排放控制方案及关键性技术，并对控制内河船舶污染排放提出进一步的展望。

1 内河船污染物排放现状

随着经济不断发展，我国内河船舶运输业的发展已取得巨大突破。截至2015年底,全国拥有货船共计16.59万艘，内河航道长约12.70万km，但船舶主机的整体技术水平较低，船舶NOx排放达到Tier I标准,部分能达到Tier II标准，污染物仍处在较高水平。

船舶废气中造成大气污染的主要物质是燃料燃烧产生的PM,SOx,NOx,CO及CHx等。相关研究表明，柴油机每排放10 mg/m3有害物，接触人群癌症的发病率就会提高1%。随着内河船舶逐渐增多，大气污染物排放量日益增加，危害也逐渐增大。由于我国内河船舶主要集中在长江流域，因此船舶污染物排放对长江流域的大气空气质量有着严重影响。

船舶污染物排放问题已受到国际社会广泛重视，特别是工业发达国家，其在内河船舶尾气排放控制方面陆续推出内河船舶柴油机排放限值标准。由于内河排放重灾区主要集中在人口密集区，因此考虑到污染物对人体的危害，发达国家的内河船舶污染物排放标准往往比IMO制订的标准更为严格。我国也颁发一系列大气污染物排放标准和防治方案，其中:

1) 《船舶与港口污染防治专项行动实施方案(2015—2020)》规定,到2020年船舶与港口污染防治政策法规标准体系进一步完善，船舶与港口大气污染物、水污染物得到有效防控和科学治理，污染物排放量明显降低，清洁能源得到推广应用，船舶和港口污染防治水平与我国生态文明建设水平及全面建成小康社会的目标相适应。

2) 《珠三角、长三角、环渤海(京、津、冀)水域船舶排放控制区实施方案》通过设立船舶大气污染物排放控制区(以下简称“排放控制区”)，控制我国船舶SOx,NOx和PM排放，改善我国沿海和沿河区域(特别是港口城市)的空气质量，为全面控制船舶大气污染物排放奠定基础。随着环境问题日益突出，有关船舶污染物排放的标准和具体细则会更快制订和实施。

2 内河船污染物排放的控制方案

随着运输船舶不断增多，船舶污染物排放对大气及水体造成的污染和危害日益严重。船舶柴油机排放的污染物以NOx,SOx和PM为主,因此为控制船舶污染物的排放,可从减少这3种污染物入手,找出可行的控制措施。

2.1 船舶尾气中NOx的控制

柴油机排放的大气污染物主要是NOx，其中最主要的是由空气中的N2不完全燃烧产生的NO,NO的生成量随着温度的提高呈指数函数增加，且氧含量的提高也会使NO生成量增加。因此,根据NOx在船舶柴油机内的产生机理，有效控制NOx排放的方法是控制柴油机内的燃烧温度和含氧量,或在尾气产生后对尾气进行处理。通常控制NOx排放的措施分为前处理、燃烧过程控制和后处理等3种。

2.1.1 前处理技术

排气再循环技术(Exhaust Gas Recirculation，EGR)作为前处理的一种主要手段，对分布在柴油机排气管中的部分废气进行冷却和清洗后再次导入到进气管中，并将其与新鲜空气混合,重新用来燃烧。部分废气的加入不仅能有效降低缸内的燃烧温度，还可降低气缸内的含氧量,从而有效控制NOx的排放。在不影响柴油机输出功率的情况下,EGR可在很大程度上迅速降低NOx的排放量,但会使燃油的消耗量及尾气中的PM增加，这些缺点限制了EGR在柴油机上的广泛应用。

2.1.2 燃烧过程控制

燃烧过程控制是指通过控制喷油提前角来控制喷油阶段，从而控制气缸内的燃烧温度，降低NOx排放量。燃烧过程控制的方法有很多不足，对NOx排放的控制并不明显，因此不被广泛采用。

2.1.3 尾气后处理技术

尾气中的NOx处理方式可分为选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction,SCR)技术和光催化技术2种。

2.1.3.1 SCR技术

SCR技术是目前公认的处理NOx最成熟的技术，利用NH3与NOx发生化学反应生成N2和H2O的原理降低对环境的影响。使用SCR装置后,可将燃用重油的滚装船尾气中的NOx排放量从15 g/(kW·h)降到2 g/(kW·h),可减少NOx排放量80%～95%。然而,SCR也有一定的缺点:

(1) 运行成本高，储存需一定的空间;

(2) 尿素的喷入量需精确控制，喷入量少NOx不能完全转化，喷入量过多会引起新的污染;

(3) SCR技术对废气中的含硫量有一定要求,硫含量过高可能会导致催化剂中毒，降低NOx的转换效率，甚至对NOx催化失效。

2.1.3.2 光催化技术

光催化技术是一种“绿色友好”型技术，采用TiO2半导体材料作为催化剂，在特定波长照射下产生游离电子、空穴和有极强氧化作用的氢氧自由基，可同时处理NOx和SOx等多种污染物,且不会造成二次污染。与其他尾气处理方法相比,光催化技术具有反应条件温和、能耗低、产物无二次污染、能同时处理多种污染物、设备占用空间小、设备初期投入较少及维修成本较低等优点，是目前最有发展前景的污染物处理技术。

2.2 船舶尾气中SOx的控制

内河船舶排放的SOx不仅会对人的呼吸系统造成影响，还会引发酸雨。因此,对船舶尾气中SOx的含量进行控制是非常必要的,既可从源头上控制，也可从尾气中进行脱硫处理。

2.2.1 船舶燃料的控制

船舶采用的燃油与汽车使用的燃油不同,一般是“普通柴油”或“燃料油”。尤其是一些海船,采用的是馏分燃料油或残渣燃料油，这些都属于原油蒸馏后最重的部分，含硫量为1%～5%。此外,有些船舶为降低成本采用劣质燃料油，使得污染情况更加复杂和严重。因此,我国需进一步规范《内河船舶法定检验技术规则》，将燃料油硫含量要求规范化、具体化，确保船舶选用符合要求的燃油。此外,大力推广LNG/LPG船舶在内河的应用。LNG具备清洁环保、使用安全、成本经济、供应方便和技术成熟等特点，在当前的技术和市场条件下，是理想的船舶替代燃料。

2.2.2 脱硫处理

脱硫技术主要有石膏法烟气脱硫、旋转喷雾干燥法烟气脱硫和海水脱硫等。

(1) 石膏法烟气脱硫主要在发电站采用,该方法具有初期投资多、设备占用空间大等缺点。

(2) 旋转喷雾干燥法烟气脱硫技术在处理中低硫燃料燃烧时效果较好，但船舶一般采用重型劣质燃料。

2.3 解决主要关键技术

目前我国正在制订的船用柴油机大气污染物排放标准对内河船、沿海船、江海直达船和海峡(渡)船上新安装的柴油机有污染物排放方面的严格要求，同时对内河船用燃料提出要求。对此,采用发动机内部控制技术、排气后处理技术、能源替代及综合利用技术等技术来应对该情况。

1) 从发动机内部控制角度出发，可对进气系统、燃烧室及配气相位等进行改进；

2) 从排气后处理技术出发，可对SCR和颗粒物滤清器技术进行改进；

3) 从能源替代和综合利用角度出发，可考虑选择污染相对较小、可循环利用的能源替代船舶燃料，进一步减少船舶污染物排放。

3 结 语

通过对当前内河船舶的污染物排放现状进行分析，为相关部门制订内河船舶的污染物排放标准提供参考。借鉴发达国家或地区的经验及IMO Tier III排放标准，根据当前内河船舶污染物排放现状，针对影响船舶废气排放的两大因素采取相应的控制方案，并对控制方案提出问题和建议,以减少船舶废气污染，保护生态系统。

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Research on Strategy for Controlling Inland Ship Emissions

WANGXiaoliang

(Bohai Shipbuilding Vocational College， Xingcheng 125105， China)

As the air pollution is getting serious, inland ship emission has become an urgent issue to be solved. In view of current ineffective control, this paper emphasizes the necessity of controlling inland ship emissions, and proposes the control strategy and the regulation solutions.

inland ships; air pollutants; control strategy

2016-08-22

王小亮(1984—)，辽宁绥中人,讲师,从事船舶海洋工程研究。

1674-5949(2017)01-0024-03

X736.3

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