船舶靠泊过程中废气排放特征及控制措施

乔建哲 寿幼平 董世培

摘要：指出了船舶大气污染防治将是未来交通运输行业环境保护领域的重点，介绍了船舶废气污染控制技术发展现状，对船舶靠泊过程中的废气排放进行了分析，并对相应的污染控制措施及其实际应用现状进行总结。

关键词：船舶;污染;模拟

中图分类号：X757

文献标识码：A

文章编号：1674-9944（2018）14-0066-02

1 引言

自2006年8月23日，《1973年国际防止船舶造成污染公约的1978年议定书》附则VI，即《防止船舶造成空气污染规则》正式对我国生效以来，船舶大气污染防治工作逐渐受到重视。2013年9月国务院印发《大气污染防治行动计划》首次正式提出“移动源污染防治”的要求。2015年12月，交通运输部率先出台r《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》，上述一系列规范要求预示着船舶大气污染防治将是未来交通运输行业环境保护领域的重点。

船舶大气污染主要集中体现在两个方面，一是装卸作业过程中由于船舱压力变化呼吸阀排放的挥发性有机气体，另一方面是船舶停靠和航行过程中燃料消耗烟囱排放的气态和颗粒态污染物。针对挥发性有机物减排问题，按照《大气污染防治行动计划》和《重点区域大气污染防治“十二五”规划》的要求，全国各地港口正在积极推广码头油气回收装置的回用技术。而针对船舶自身排放的废气（简称船舶废气），目前主要控制手段包括优化燃料组分（低硫）、燃料替换（LNG燃荆）、动力升级改造（岸电）和尾气处理。

本文以天津港码头为例，着重对船舶靠泊过程中废气排放及其污染过程进行分析，根据沿海港口调研结果，对污染防控制措施的实际应用情况进行总结。

2船舶废气污染控制技术发展现状

2.1 国外控制技术进展

目前国际海事组织（IMO）的MARPOL73/78附则Ⅵ、美国环境署（ EPA）的船机标准40 CFR PART 1042Tier 3以及欧盟（EU）船机标准2004/26/EC，均不同程度对大气污染物排放限值、测量方法和燃料含硫量等方面进行了规定，标准相对较为灵活，船舶污染物排放清单相对较为全面，具有一定的借鉴意义。在船舶废气综合治理领域，国外研究机构已经针对脱硫脱硝集成工艺，开展了相关理论和实验设计。

2.2国内控制技术进展

目前国内船舶大气污染物的相关研究还处于起步阶段。珠三角、长三角、环渤海水域虽然划定了船舶排放控制区，但仅限于对燃料含硫量的控制，氮氧化物相关控制措施有待深入研究。非道路移动源大气污染物排放清单的征集工作正在试行，但数据量有限，伞国普遍性、长效性的清单申报机制尚未形成。现有的试行指南和征求意见阶段的标准中，受多重因素影响，污染源排放特征不确定性有待全面分析和校正。国内针对脱硫脱硝除尘综合性处理工艺研究相对较少，主要集中在二氧化硫干法和濕法去除方面的理论研究。

3船舶靠泊过程中废气排放情况分析

3.1 实例简介

已天津港某集装箱码头为例，进行船舶污染物排放分析。该项目布置4个泊位，可同时停靠3艘20万吨级集装箱船，或者停靠3艘15万吨级和1艘2万吨级集装箱船。设计码头年吞吐量300万TEU。

3.2污染源估算

源强估算照废气排放量较大的3艘20万吨级集装箱船考虑。到港船舶停靠时按开启单发电机估算，根据船舶录查询，20万吨级集装箱船辅机发电机功率为2320 kW。

按照船舶耗油量150 g/马力估算，则同时停靠上述船舶每小时的耗油量为：

20万吨级集装箱船：M=150g/马力× 3156. 46马力（2320kw/0.735）=473.47 kg/h.

以重柴油为燃判（密度以0. 86 t/m³计算），根据《大气环境工程师使用手册》，燃烧1m³重柴油其排放的SO₂量为20A（A为含硫量，根据统计资料，重柴油含油量A照0.5计算）;根据《环境保护实用数据手册》，燃烧1 m³柴油其排放的NO_x量为2.8 kg，其中有90%的NO_x转化为NO₂。20万吨级集装箱船单台船舶辅机废气SO₂排放量为5.51 kg/h，船舶辅机废气NO₂排放量为1. 39 kg/h。

同时停靠3艘20万吨级集装箱船时，SO₂排放总量为16. 53 kg/h，NO₂排放总量为4. 17 kg/h。

3.3模拟结果

采用screen3估算模式的计算结果表明，作业机械及运输车辆尾气SO₂的最大落地浓度出现在下风向800 m处，浓度值为5.31 μg/m³，Pmax=1. 06%，作业机械及运输车辆尾气NO₂的最大落地浓度出现在下风向800 m处，浓度值为18. 89μg/m³，Pmax=9. 45%;20万吨级船舶辅机废气SO₂的最大落地浓度出现在下风向219 m处，浓度值为46. 02 μg/m³，Pmax=9. 20%;20万吨级船舶辅机废气NO₂的最大落地浓度出现在下风向19 m处，浓度值为11. 61 μg/m³，Pmax=5.81%;综合上述，作业机械及运输车辆尾气最大落地浓度、到港船舶辅机废气最大落地浓度占标率均低于10%，项日建设对周围环境的影响较小。

本工程无组织排放SO₂下风向最大地面浓度为46. 02 μg/m³，低于厂界标准限值0.4 mg/m³，NO₂下风向最大地面浓度为18. 89 μg/m³，低于厂界标准限值0. 12 mg/m³，因此本工程营运期间个各污染物无组织排放能够满足《大气污染物综合排放标准》中对应的无组织排放最高允许浓度标准。凶此，本工程满足《大气污染物综合排放标准》。

4船舶废气控制技术实际应用

目前主要船舶废气控制手段中，使用低硫燃料是目前最常见也是最易操作的方式，我国已经针对不同控制区域提出了船用燃料含硫量的限值性指标要求，短期内将作为我国针对船舶废气的主要措施。指根据2015年发布的《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》，排放控制区逐步实施船舶靠岸停泊期间（靠港后的1h和离港前的1 h除外）使用硫含量≤0. 5%的燃油。上海、苏州、浙江于2016年4月1日率先实施了这项措施。

岸电改造可以从根本上改变船舶废气的排放量和排放方式。目前我国沿海港口已经逐步开展了岸电改造试点工作。2011～2012年，交通部陆续出台了《码头船舶岸电设施建设技术规范》、《港几船舶岸电基供电系统技术条件》、《港口船舶岸基供电系统操作技术规程》等行业标准，对船舶岸电基供电系统建设提出要求，同时利用交通运输节能减排专项资金对已经实施的项目提供相当于建没成本20%的资金奖励。

201 4年，天津港开始岸电建设工作。其巾，太平洋国际集装箱码头现建设有4座高压供电装置、天津港轮驳公司和巾燃船舶燃料有限公司建设低压岸电装置36座。至2015年已建设完成12个专业化码头洎位岸电示范工程和42个工作船码头岸电箱。根据笔者单位對于国内海港的实际调研，江苏连云港徐圩港区通用泊位采用岸电，现已投入使用（图1）。

岸电改造虽然效果明显，但由于不同国家和地区的供电电压、频率不同，不同类型、不同吨级的船舶对供电电压、频率和容量的需求也不一样，存在船舶改造成本高和普及率低的明显短板。相应政策的出台及行业标准化工作是船舶岸电技术在港口内全面展开的前提。

5结论

根据上述模拟结果，再现行污染物预测模式下，即便采用重柴油为燃料，大型船舶辅机排气也能够做到达标排放，且明显低于标准限值（本次预测低于20%）。往往并不需要针对船舶废气设置专门的环保措施，即可达到环保管理部门审批的要求。但同时，根据环保部机动车排污监控中心统计数据显示，2013年在我国港口靠泊的船舶二氧化硫和氮氧化物排放总量约占全国排放总量的8.4%和11. 3%。由此分析，船舶废气排放具有“单体项目易达标，排放总量大”的特点。

目前主要船舶废气控制手段包括：优化燃料组分（低硫）、燃料替换（LNG燃料）、动力升级改造（岸电）和尾气处理，其中前三者均属于过程控制环节，后者属于结果控制。使用低硫燃料是目前的主要措施。更换LNG燃料和岸电技术可以从根本卜改变船舶废气的排放量和排放方式，但存在船舶改造成本高和普及率低的明显短板，远期应用前景较为广泛，是船舶废气治理的终极日标。从中长期来看，在船舶燃料和动力方式无法根本改变的前提下，加装尾气处理装置是相对直接和有效的方式，是未来一段时间船舶废气控制技术的发展方向。