船舶造成空氣污染成因分析及對策研究

柯耀星，劉　陽（1.中國船級社，北京 100007；2.滬東中華造船（集團）有限公司，上海 200129）

船舶造成空氣污染成因分析及對策研究

柯耀星，劉陽
（1.中國船級社，北京 100007；2.滬東中華造船（集團）有限公司，上海 200129）

近年空氣質量不斷惡化，控制氣體污染成為社會關注焦點。船舶排放已成為了第三大空氣污染源，僅次于工業氣體排放和機動車尾氣。據測算，1 艘中型集裝箱船使用普通燃料（含硫量為3.5％）航行 1 天，其排放量等于50萬輛貨車。國際海事組織加強對船舶造成大氣污染的控制，2005年5月19日起實施《防止船舶造成空氣污染規則》。2016年1月，我國在珠三角、長三角、環渤海水域設立 3個船舶排放控制區。本文主要分析船舶造成大氣污染的原因，探尋較少排放污染的方法。

船舶；空氣污染；成因；對策

0　前言

船舶氣體排放污染物有害于生活在沿岸地區人們的身體健康。這些污染物主要來自于柴油機廢氣中的氮氧化物和含硫燃油燃燒后產生的硫氧化物，船用消耗臭氧物質以及廢物焚燒后的顆粒物等。

我國作為世界航運大國，往來航行船舶數量較多，排放污染大，治理污染形勢非常嚴峻。本文通過對船舶排放污染物來源進行分析，研討控制和解決方案，推進綠色航運發展。

1　船舶排放有害氣體現狀

2015年，經環保部統計，在我國港口靠泊的船舶共排放硫氧化物占全國污染物排放總量的8.4％，氮氧化物占11.3％。上海也對排放污染物進行了監控，統計結果顯示，硫氧化物和氮氧化物排放量占總污染排放量的12.8％和8.6％。近5年我國船舶向空氣排放的污染物總量，呈逐年遞增趨勢（見表1）。

2　空氣污染物的成因分析

硫氧化物（SOx）的產生量與燃油含硫量有關，目前我國整體船用油為重油或柴油，含硫量較高。氮氧化物在柴油機燃燒過程中產生，在高溫高壓且低轉速的環境下，會產生大量的氮氧化物。

另外，燃料中的氮成分與燃燒氣體中的氧反應也會生成氮氧化物。燃料中含有C5H5N、C9H7N有機物，在一定溫度下放出大量氮原子，與氧氣結合，生成大量的NO；空氣中的氮會在高溫下氧化為氮氧化物，形成NOx。燃料燃燒生成的氮氧化物量用下式計算：

表1　2010～2015年我國船舶向空氣排放的污染物量（單位：萬噸）Tab.1 2010-2015 the amount of ships discharging pollutions unit：1×104tons

式中：GNOx為燃燒生成的氮氧化物總量，kg；B為油耗，kg；β×n為燃料氮向燃料型 NO的轉變率百分率，n為燃料含氮量；

Vy為 1kg 燃料生成 NO的濃度；

CNOx為通常取93.8 mg/Nm3（燃燒時生成NO的濃度）。

或者根據Kato N查詢各類燃料的排放因子進行測算NOx=燃料消耗量×NOx排放因子（kg/t）×10-3。

船舶的制冷設備、滅火設備，如造冰機、空調、冰箱含有的氟處理不好會破壞臭氧。船上產生的有毒氣體煙氣典型設備為焚燒爐，焚燒爐的使用減少了船舶對水的直接污染，卻相應增加了對空氣的污染。除了正常使用產生細小顆粒物外，焚燒爐還可能因燃燒不充分而產生其他有毒煙氣，比如爐內溫度過低而產生的毒性物質。

3　法律法規及檢驗檢測相關要求

交通運輸部于2016年1月1日起實施《珠三角、長三角、環渤海（京津冀）水域船舶排放控制區實施方案》，通過設立排放控制區，控制航行、停泊、作業的船舶有害氣體排放，來改善港口城市及周邊的空氣質量。

對于國際航行船舶，氮氧化物（NOx）的排放要求按照現行MARPOL公約附則VI執行。對于新主機，TierⅠ（第1階段）適用于2000年1月1日后到2011年1月1日前安裝在船上的發動機，即NOx的排放量限值為17.0 g/kWh；TierⅡ（第2階段）將NOx的排放量減少到14.4 g/kWh，適用于2011年1月1日后建造或裝船的發動機；TierⅢ（第3階段）將NOx的排放量減少到3.4 g/kWh，適用于2016年1月1日后安裝在船上的發動機，僅適用NOx排放控制區，在非排放控制區，TierⅡ仍然適用。對于1990年1月1日后到2000年1月1日前安裝的輸出功率為5 000 kW，單缸排量為90 L及以上的柴油發動機，可以使用 17.0 g/kWh的NOx排放標準。

對于硫氧化物（SOx）的排放要求，在 3個船舶排放控制區內，自2016年1月1日起，有條件的港口可以實施船舶靠岸停泊期間使用硫含量≤0.5％m/m的燃油等高于現行排放控制要求的措施；自2017年1月1日起，核心港口區域的船舶在靠岸停泊期間應使用硫含量≤0.5％m/m的燃油；自2018年1月1日起，船舶在排放控制區內所有港口靠岸停泊期間都要使用硫含量≤0.5％m/m的燃油；自2019年1月1日起，船舶進入排放控制區后，必須使用硫含量≤0.5％m/m的燃油。在排放控制區作業的船舶可采取連接岸電、使用清潔能源、尾氣后處理等與排放控制要求等效的替代措施。2019年12月31日前，我國將在評估船舶排放控制區實施效果的基礎上，進一步確定更為嚴格的控制措施，包括船舶進入排放控制區使用硫含量≤0.1％m/m的燃油和擴大排放控制區地理范圍等（見表2）。

4　進一步防止大氣污染的對策研究

1）對于現有船舶，不改變輪機布置，使用低硫燃油是最簡便的方法，會有效降低 SOx排放。但從目前的低硫油品價格和加注便捷性上看，會增加不少航運公司的成本。目前符合排放控制區要求的低硫燃油市場比較稀缺，特別是只有很少港口能夠提供滿足要求的低硫油。這類油品會對發動機等設備造成危害，需要對主副機、鍋爐等設備，油艙、油柜、管路設置重新安排。比較可行的做法是進入排放區后切換到低硫燃油。

2）船舶加裝后處理裝置。船舶柴油機尾氣后處理可采用選擇性催化還原技術（SCR）。SCR 將尿素作為還原劑，與排氣管中的尾氣發生反應，大幅降低NOx排放，且發動機結構不需改變。缺點是初期投入和維護費用較高，還原劑的費用比重油高6倍。對排氣溫度有要求，低轉速下作用發揮有限。還有一種是尾氣海水淡水混合洗滌系統，離岸 12 n mile 之內采用分離機來分離收集到的污水，供淡水循環使用。淡水經海水冷卻后進入洗滌器，洗滌后的水回到儲水單元。少量含油和燃燒物的淡水流入破乳化水處理單元，顆粒沉淀進入渣油柜，干凈的水則排出舷外或進入污水池，形成循環使用。離岸較遠時候將海水抽到船上清潔廢氣，再把主要產物硫酸鹽排入海中。淡水洗滌系統能夠將含硫量3.5％的重油燃燒產生的廢氣洗滌為含硫量為0.1％的低硫燃油，海水洗滌系統能夠洗滌含硫量0.5％的燃油燃燒排放的廢氣。尾氣處理還可以采用廢氣再循環的方式，將廢棄引入進氣管，與外界空氣混合，冷卻后的廢氣再循環至燃燒空氣，過剩的氧氣減少，燃燒生成的NOx的相應減少。

表2　硫氧化物排放控制時間表Tab.2 Sulphur oxide emissions control schedule

3）使用LNG燃料。LNG燃料系統一般無需后處理即可滿足目前最嚴格的排放標準，是目前大力推廣的船舶減排方式。船舶使用LNG作為燃料主要涉及發動機、儲氣罐以及供氣系統的改裝。進行LNG改裝要考慮燃料供給的成本、載貨量減少的成本、續航里程短等因素，故適合大部分時間在排放控制區（ECA）區域航行的情況。另外，應用LNG也取決于港口配套設施的完善程度和與油價相比的成本優勢。

4）嚴格控制氯氟烴（CFC）制冷劑、HALLON 滅火器裝船。在充裝制冷劑過程中，注意防止泄露。盡量采用R404A、R410A等消耗臭氧潛值為零的制冷劑。為制冷系統裝設漏探測器，對制冷劑的更換、泄漏、回收及處置予以記錄并保存，并且由專業公司進行維修和保護。

5）對船舶使用低硫燃油，清潔能源等可以給予一定的資金補貼、優先靠港等優惠措施，鼓勵清潔發展。

5　結 語

隨著全球海貿量的不斷增長，大氣污染越加嚴重，控制船舶大氣排放污染成為重要課題。國際社會和我國都倍加關注污染物的排放控制，排放標準越來越高。進一步加強節能減排技術研究，使船舶航行更清潔，讓我們居住的環境更加美好。

［1］李連健，葉珊彪，雷世元.船舶造成大氣污染的控制［J］.交通環保，2002（2）：36-38.LI Lian-jian，YE Shan-biao，LEI Shi-yuan.Control of air pollution from ships［J］.Environmental Protection in Transportation，2002（2）：36-38.

［2］蔡春.有效減少船舶柴油機NOx排放的技術分析［J］.中國修船，2008（6）：19-21.CAI Chun.Analysis of effective technology to reduce NOx emission of engine［J］.China Ship Repair，2008（6）：19-21.

［3］吳紅兵.談船舶空氣污染物產生和減排技術［J］.中國海事，2011（12）：40-43.WU Hong-bing.Ship air pollution and emissions technology［J］.China Maritime，2011（12）：40-43.

［4］孫化棟.船舶硫氧化物的排放控制［J］.世界海運，2012（8）：58-61.SUN Hua-dong.Marine sulphur oxide emission control［J］.Dalian：World Maritime，2012（8）：58-61.

The solutions of reduce air pollution from ships

KE Yao-xing ，LIU Yang
（1.China Classification Society，Beijing 100007，China；2.Hudong-zhonghua Shipbuilding（Group）Co.，Ltd.，Shanghai 200129，China）

In recent years，air pollution become focus of the society.Ship air pollution has become the third largest source of air pollution.A large container ship emissions equivalent to 500 000 vehicles a day.International Maritime Organization start MARPOL Annex VI of rules on the prevention of air pollution from ships，to strengthen the law on air pollution control.In January 2016，china set up three emissions control in coastal area.This article is to analyses the causes of air pollution from ships，exploring the methods to improvement.

ship；air pollution；causes；solutions

U662.1

A

1672-7619（2016）07-0121-03

10.3404/j.issn.1672-7619.2016.07.027

2016-05-11

柯耀星（1983-），男，工程師，主要從事船舶與海洋工程制造、船舶檢驗方面工作。