控制船舶NOx排放措施
摘要：隨著航運(yùn)業(yè)的不斷發(fā)展，船舶柴油機(jī)廢氣排放已日益引起人們的重視，許多國(guó)家和國(guó)際組織都在積極采取各種有效措施，把限制船舶排放物對(duì)大氣的污染提到了議事日程上。本文從立法、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等幾方面介紹了降低船舶NOx排放的控制措施，并對(duì)我國(guó)應(yīng)對(duì)NOx排放控制提出了相應(yīng)的管理對(duì)策和建議。
關(guān)鍵詞：船舶 NOx排放 控制措施
1. 前言
近年來(lái)，隨著航運(yùn)業(yè)的繁榮和發(fā)展，船舶大氣排放污染問題也日益嚴(yán)重，其中船舶排放的有害廢氣主要有NOx、SOx、COx、VOC等，而NOx是船舶排放產(chǎn)物中對(duì)人類和環(huán)境危害最大的。據(jù)挪威1998年向國(guó)際海事組織提供的資料表明，預(yù)計(jì)到2000年船舶年排放NOx達(dá)602萬(wàn)t，占世界排放總量的7％；SOx達(dá)634萬(wàn)t，約占世界排放總量的4％。船舶大氣污染已經(jīng)到了不容忽視的地步，特別是在港口、海峽和一些航線密集、船舶流量大的海區(qū)，船舶排放的廢氣甚至成為該地區(qū)的主要污染源。所以對(duì)NOx排放的控制措施的研究，已成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)之一。
2. 控制船舶NOx排放的措施
2.1 立法措施
通過立法強(qiáng)制性限制船舶排放，并輔以有助于法規(guī)有效實(shí)施的政策手段，無(wú)疑是最有力的措施。在這方面，無(wú)論在起動(dòng)速度，還是在限制廣度和嚴(yán)度方面，歐美、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家走在了前面，并對(duì)國(guó)際性排放限制法規(guī)的制訂與實(shí)施起到牽引與推動(dòng)作用。
2.1.1 國(guó)際海事組織
國(guó)際海事組織(IMO)在73/78防污公約（MARPOL）附則Ⅵ《防止船舶造成大氣污染規(guī)則》中規(guī)定：對(duì)于NOx，限制排放。2000年1月1日及以后建造的新船，低速機(jī)(n≤130r/min)為17.0g/kWh；中速機(jī)(130≤n≤2000r/min) 為45.9n(-0.2)g/kWh；高速機(jī)(n>2000r/min)為9.84g/kWh。
MEPC第57屆會(huì)議對(duì)NOx排放規(guī)則作了最新修正，通過了關(guān)于新主機(jī)（根據(jù)其安裝日期）的更為嚴(yán)格的氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)修正案：第一層次要求2000年1月1日及其以后至2011年1月1日以前安裝的柴油主機(jī)根據(jù)已生效的MARPOL附則Ⅵ適用17g/kWh的標(biāo)準(zhǔn)；第二層次要求2011年1月1日以后安裝的柴油主機(jī)的NOx排放標(biāo)準(zhǔn)為14.4g/kWh；第三層次要求當(dāng)船舶航行于指定的排放控制區(qū)域內(nèi)時(shí)，2016年1月1日以后安裝的柴油主機(jī)的NOx 排放標(biāo)準(zhǔn)為3.4g/kWh；在排放控制區(qū)域外仍適用第二層次的要求。
現(xiàn)有主機(jī)：MEPC通過了有關(guān)1990年1月1日及其以后至2000年1月1日以前安裝的，輸出功率在5000kw以上且每一汽缸都在90升以上的柴油主機(jī)的NOx排放限制標(biāo)準(zhǔn)為17.0g/kWh。
2.2 經(jīng)濟(jì)措施
2.2.1 美國(guó)
美國(guó)聯(lián)邦環(huán)保局制訂了減少船舶污染大氣的稅收政策，規(guī)定：
（1）從2001年起征收NOx排放稅；
（2）每噸10000美元，依降低NOx排放的效果減收；所收稅金貼補(bǔ)采取降低污染措施而增加的費(fèi)用。
2.2.2 瑞典
（1）對(duì)NOx排放稅是6$/kg, 99% 的收入在有用的能源輸出上重新投資；
（2）瑞典海事管理局于1998年1月率先推出了因環(huán)境而異的港口、(泊地內(nèi))航道稅收制，取消了原低額入港稅和以貨物重量為基礎(chǔ)的航道稅；
（3）實(shí)行具有刺激作用的減稅政策。例如，NOx排放量在12-2g/kWh范圍內(nèi)的船舶，其所繳納的稅金按比例遞減，最多可以少繳Skr1.6/grt （1.6瑞典克朗/登記總噸位）。還有，2000年前5年時(shí)間里新建或改裝船艇為降低NOx排放而裝用催化轉(zhuǎn)換裝置（SCR）時(shí)，政府可另給予船東或使用者40%設(shè)備購(gòu)置、安裝費(fèi)的回扣（即打6折）或補(bǔ)貼，2000年以后逐步將回扣額度微調(diào)到30%。該政策規(guī)定，回扣的這部分款項(xiàng)必須從船舶繳納的入港稅中支出。據(jù)稱，這樣一種稅收、回扣政策，既不增加政府收入，也不使航運(yùn)業(yè)的整體費(fèi)用提高，"惟肇污染者付錢"。瑞典政府推行這一財(cái)政支持機(jī)制后，已對(duì)1000多艘船的船東或使用者作出使用低硫燃料、裝用SCR的承諾，收到了積極效果。
2.2.3 其他發(fā)達(dá)國(guó)家
挪威、德國(guó)、丹麥、芬蘭和法國(guó)等也正在或計(jì)劃構(gòu)筑類似的排放稅框架，旨在通過進(jìn)入港口國(guó)船舶排放直接與排放稅掛鉤（排放NOx和SOx越多，繳納入港稅或航道稅越高）的辦法，凈化這些國(guó)家劃定的“特別海區(qū)”。
2.3技術(shù)措施
船舶柴油機(jī)NOx排放的控制措施大體可分為燃料預(yù)處理、工作過程處理和排氣后處理三類。其中預(yù)處理可分為：采用低氮燃油或甲烷(或LNG)等低氮燃料、燃油乳化等；過程處理包括：廢氣再循環(huán)、噴油定時(shí)延遲、改變噴油器參數(shù)及燃油一水分層噴射；后處理包括：廢氣再燃燒處理和催化還原法處理。下面對(duì)目前船用柴油機(jī)常用的控制NOx排放的措施加以重點(diǎn)說明。
2.3.1 燃油乳化（Water-in-Fuel Emulsion）
燃油乳化，是指燃油在噴入氣缸前，在燃油中混和一定的水份，并在超聲波和機(jī)械攪拌的作用下，將重油乳化成為油包水的油滴。噴入氣缸后由于水蒸汽的“微爆”作用使油滴破碎成更細(xì)小的油滴，因而促進(jìn)了混合氣的形成和燃燒。燃燒過程中，由于水的吸熱作用，可降低最高燃燒溫度，水與油混合噴入還可以降低燃油密度，使最高燃燒溫度進(jìn)一步降低，從而減少柴油機(jī)的NOx排放量。
2.3.2 優(yōu)化柴油機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)
優(yōu)化柴油機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)，包括：
（1）改善燃燒系統(tǒng)，如采用分隔式燃燒室、直噴式加大燃燒室直徑、增大深比等；
（2）優(yōu)化供給系統(tǒng)，如減小噴油正時(shí)、提高噴油速率等；
（3）改善進(jìn)氣系統(tǒng)，如加強(qiáng)進(jìn)氣漏流、增大充氣量等。
所有這些措施，雖都能在一定程度上降低NOx排放，但是效果不明顯，使柴油機(jī)可靠性下降，并且?guī)?lái)柴油機(jī)組件重新設(shè)計(jì)制造的麻煩。
2.3.3 濕空氣動(dòng)力系統(tǒng)（HAM-Humid Air Motors）
濕空氣動(dòng)力系統(tǒng)由于采用另外的設(shè)備來(lái)冷卻進(jìn)口空氣和增加其水蒸汽含量．使?jié)穸仍诖髿庵刑岣吡藥妆叮畯亩筃Ox的降低量到達(dá)7O％左右．該裝置可以取代增壓空氣冷卻器(但應(yīng)考慮與增壓器的匹配問題)。另外．采用該方法的同時(shí)還可以采用注水法以加強(qiáng)降低NO 排放的效果。
2.3.4 CASS技術(shù)（Combustion Air Saturation System）
它的實(shí)現(xiàn)方式，通常是在增壓器末端噴入高壓水，有時(shí)為了防止混合氣中水蒸汽再次凝結(jié)，需要提高空冷器的溫度。跟其他降低NOx排放措施相比，降低NO 能力的較強(qiáng)，達(dá)到50％～60％ ，并且不會(huì)影響燃油消耗率；可降低柴油機(jī)的熱負(fù)荷，提高柴油機(jī)的潔凈性；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、不增加燃油消耗率；必要時(shí)可屏蔽掉噴水系統(tǒng)，而不影響柴油機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
2.3.5 DWI技術(shù) (Direct Water Injection)
實(shí)現(xiàn)方式是通過組合的噴油器將水和燃油噴入燃燒室，實(shí)現(xiàn)水與燃燒混合氣的混合。如果需要也可以在不影響柴油機(jī)工作的情況下屏蔽掉噴水系統(tǒng)。DWI技術(shù)能降低NOx排放50％ ～60％；可降低柴油機(jī)的熱負(fù)荷，并提高柴油機(jī)運(yùn)行的清潔性；消耗淡水量較少。但是，DWI技術(shù)會(huì)導(dǎo)致燃油消耗率略有提高;燃燒含硫量較高的燃油時(shí)需考慮燃燒室材料和采用特殊的噴嘴。
2.3.6選擇性催化還原法（SCR-Selective Catalytic Reduction）
用氨做還原劑對(duì)含NOx的氣體進(jìn)行催化還原處理，使氨能有選擇地與氣體中的NOx進(jìn)行反應(yīng)，而不與氧發(fā)生反應(yīng)，稱為選擇性催化還原法。選擇性催化還原法來(lái)降低廢氣中的NOx，是利用廢氣在通過一層特殊的催化劑之前與氨相結(jié)合，溫度為300～400℃，使NOx還原為N2和H2O。
選擇性催化還原系統(tǒng)利用選擇性催化還原技術(shù)對(duì)柴油機(jī)的廢氣作后處理可除去高達(dá)90％的NOx，部分煙氣和碳?xì)浠衔镆鄷?huì)被SCR中的反應(yīng)器的氧化作用除去。因此SCR技術(shù)能夠較好的滿足一些航區(qū)對(duì)NOx排放控制較嚴(yán)的要求。
各技術(shù)措施性能列表
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注：部分?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)源于MEPC 56/4/7，The need to reduce emissions of nitrogen oxide from existing engines。
控制柴油機(jī)廢氣排放技術(shù)的種類很多，影響柴油機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性的程度也各不相同，單純某一種降低NOx排放的措施，不能滿足排放法規(guī)越來(lái)越苛刻的要求，綜合利用機(jī)內(nèi)、機(jī)外的幾種控制排放措施，是發(fā)展的必然趨勢(shì)。
3. 中國(guó)應(yīng)對(duì)NOx排放控制對(duì)策建議
3.1實(shí)施日趨嚴(yán)格的NOx排放標(biāo)準(zhǔn)
從美、日、歐等西方發(fā)達(dá)國(guó)家控制NOX排放的經(jīng)驗(yàn)表明，制定并實(shí)施日趨嚴(yán)格的NOX排放標(biāo)準(zhǔn)是控制NOX排放量的根本手段。加強(qiáng)我國(guó)船舶污染防治立法,建立和完善我國(guó)的海洋環(huán)境法體系。在加強(qiáng)國(guó)內(nèi)船舶污染防治立法的同時(shí), 學(xué)習(xí)和借鑒外國(guó)船舶污染防治立法的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和行之有效的管理辦法,采用各國(guó)通行的船舶污染防治和海洋環(huán)境保護(hù)制度與措施，并根據(jù)實(shí)際需要,盡可能地參加有關(guān)公約，應(yīng)盡力與國(guó)際接軌，將國(guó)際公約具體化、國(guó)內(nèi)化。
3.2加強(qiáng)NOx排放控制技術(shù)的研究開發(fā)與推廣應(yīng)用
目前，我國(guó)低NOx燃燒控制技術(shù)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家尚有很大差距。國(guó)家應(yīng)集中組織各大生產(chǎn)廠家、大專院校、船級(jí)社跟蹤先進(jìn)技術(shù)，主動(dòng)參與與改造現(xiàn)有船舶，加大對(duì)NOx排放控制技術(shù)的研發(fā)力度，并制定相關(guān)配套措施促進(jìn)各種NOx排放控制技術(shù)的推廣應(yīng)用，降低NOx排放水平。
3.3強(qiáng)化對(duì)船舶NOx排放源的監(jiān)督管理
海事主管機(jī)關(guān)作為海上防治船舶污染的主管機(jī)關(guān)，無(wú)論從環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā)還是從履行國(guó)際公約的角度出發(fā)，都有責(zé)任和義務(wù)對(duì)船舶排放NOx實(shí)施源頭管理，加強(qiáng)對(duì)船舶污染情況的監(jiān)督檢查。通過港口國(guó)監(jiān)督檢查等行政手段，嚴(yán)格控制到港的外國(guó)籍船舶，必要時(shí)對(duì)帶來(lái)嚴(yán)重污染的船舶，采取處罰措施，，努力將海域污染降到最低限度。
4. 結(jié)語(yǔ)
綜上所述，國(guó)際上控制NOx排放的措施已經(jīng)有很多，MARPOL73/78附則VI也已在我國(guó)生效。針對(duì)中國(guó)船舶NOx排放現(xiàn)狀及我國(guó)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)發(fā)展水平，尚面臨諸多緊迫問題。必須深入研究，早做準(zhǔn)備，參照美、日、歐等發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)驗(yàn)，采取積極的應(yīng)對(duì)措施，樹立海事主管機(jī)關(guān)履約地位，維護(hù)我國(guó)航運(yùn)公司利益和航運(yùn)大國(guó)形象。
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