关于船舶硫化物排放控制对轮机设计的影响及对策分析

范洪妹　芦芝全

摘要：本文主要分析船舶废气排放中硫化物主要来源。与此同时，从主机、锅炉、柴油发电机三个角度分析硫排放控制对船用轻柴油配置的影响。最后，从舱柜设计、冷却器安裝、冷却器（制冷机）设计涉及的轻柴油和燃油转换等角度，总结节能减排政策在船舶轮机优化设计中的作用。

关键词：船舶硫化物；排放控制；轮机设计；影响；对策

1.船舶废气排放中硫化物主要来源分析

船舶废气排放过程中会产生大量硫氧化物，根源在于含硫燃料的集中使用。含硫燃料燃烧后，可产生SO2、SO3，两者所占比例大概为15：1。即使SO3含量较少，但是其仍可与水蒸气进行结合，从而形成硫酸盐或硫酸。当大量酸性物质以气体形式排放到大气环境中后，即可引发环境污染，酸雨就是其中最为显著的结果。目前，船舶硫氧化物排放限制已做相应修改，并严格根据年限分为3个阶段，见表1。

船舶废气排放控制，既是世界各国应肩负的责任，也是每个加入世界贸易组织的国家的义务。目前船舶硫氧化物排放控制形势比较严峻，世界各国均投入大量资金，用于研究适宜船舶硫排放控制的相关技术，并取得长足进步。根据国际海事组织对船舶硫化物排放控制规范，认为其不仅会对整个航海活动产生影响，同时也会对船舶设计工作产生较大影响。从积极作用角度来看，船舶废气排放控制规范的颁布和实施，对优化船舶轮机设计具有积极意义。

2.船用轻柴油的配置方案

2.1主机

根据ISO8217船用燃料标准，船用轻柴油（DMX）的最低粘度在40℃时最小为1.4cSt。按照主机厂商MAN的要求，主机进口船用轻柴油粘度要在2cSt以上，此时温度约为22℃。因此，主机厂商推荐在主机进口前增加一个冷却器用来降低船用轻柴油温度以达到其需要的粘度，详见图1。

2.2锅炉

对于不能直接使用低粘度船用轻柴油的燃烧器，选择使用冷却器来提高燃料的粘度。冷却器装在船用轻柴油舱的出口。根据目前的情况，锅炉厂商AALBORG与SACCKE均可在锅炉上配备能够直接使用低粘度船用轻柴油的燃烧器，这样对系统的外部设计影响就较小，只需增加一套船用轻柴油泵组及其相关管路。

3.船舶硫排放控制对船舶轮机设计的影响

3.1硫排放限制对舱柜设计的影响

要想使硫化物排放满足相关规定，应在船舶设计初期，适当增加低硫油舱及其相关部件。由于ISO中规定，要根据区域对船舶硫氧化物排放进行限制，因此船舶在低排放控制区域内航行时，要求其使用的燃油舱必须是低硫的。为此，可选高硫燃油舱作为备用，并为其配置存储舱、日用舱及澄清舱，在船舶进入到低排放控制区域之前，可采用低硫燃油对油路进行有效清洗，省去单独设置低硫油舱的程序。针对在特定范围内航行或需要停靠在欧盟港口的船舶，可为其单独增加船用轻柴油油舱。鉴于船用轻柴油具有闪点低的调整，应在设置过程避免其与存储舱、日用舱、澄清舱距离过近，防止高温对其产生影响。轻柴油油舱设计应根据欧盟时间或特定海域时间来加以确定，从而使其充分满足相关规定。与此同时，在主机使用燃油的过程中，其燃料中若存在硫化物含量减少时，应适当降低气缸中燃油的碱性值，从而有效避免碱性值显著上升，防止其在气缸套表面上形成特殊物质，减少对油膜的破坏作用。同时，降低气缸燃油碱性值，也可有效减少缸套的磨损，降低活塞结碳率。基于上述分析，建议在进行轮机设计时，应在船舶上配置2个气缸及相应的燃油存储舱，2个气缸最好1大1小，主要目的是为了储存碱性值不同的燃油，并为2个气缸分别配置日用舱，方便使用。

3.2硫排放限制管路、设备设计的影响

1）将冷却器安装在设备出口位置：此种安装方式的优势主要体现在两个方面，其一，冷却器布置在设备出口相应位置后，可方便该位置船用轻柴油的流动。其二，冷却器在此位置安装后，可直接对轻柴油的粘度进行科学控制，可显著提高实际工作效率。但是，此种安装方法却很考验冷却器前方的组件、设备的性能，若采用此种方法布置，必须提高供给泵、循环泵的使用性能。如此一来，粘度被严格控制的船用轻柴油无法对供给泵、循环泵发挥较强的润滑作用，一定程度上会对硫排放控制产生影响。

2）将冷却器安装在循环泵前：实践经验表明，将冷却器布置在供油循环泵前，即使船用轻柴油自身粘度发生显著变化，也不会对循环泵及整个设备的性能产生制约，设计时仅需考虑对供给泵的影响。

3）布置在轻柴油油舱出口位置：为了充分保证低粘度轻柴油不影响供油系统正常运行及作业，可将冷却器布置在轻柴油油舱相应的出口部位。但是，低粘度轻柴油在设备高温回油、冷却的作用下，往往能够在供油系统中发生混合，因此将无法准确控制轻柴油进入主机后的粘度、温度。

参考文献：

[1]朱益民，唐晓佳，张仁平等.船舶硫氧化物排放控制研究进展[J].环境工程，2014，16（08）：68-71.

[2]周亮.靠港船舶硫排放控制措施与政策研究[J].交通运输部管理干部学院学报，2014，13（01）：3-7.