船舶靠泊過程中廢氣排放特征及控制措施

喬建哲 壽幼平 董世培

摘要：指出了船舶大氣污染防治將是未來交通運輸行業環境保護領域的重點，介紹了船舶廢氣污染控制技術發展現狀，對船舶靠泊過程中的廢氣排放進行了分析，并對相應的污染控制措施及其實際應用現狀進行總結。

關鍵詞：船舶;污染;模擬

中圖分類號：X757

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）14-0066-02

1 引言

自2006年8月23日，《1973年國際防止船舶造成污染公約的1978年議定書》附則VI，即《防止船舶造成空氣污染規則》正式對我國生效以來，船舶大氣污染防治工作逐漸受到重視。2013年9月國務院印發《大氣污染防治行動計劃》首次正式提出“移動源污染防治”的要求。2015年12月，交通運輸部率先出臺r《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》，上述一系列規范要求預示著船舶大氣污染防治將是未來交通運輸行業環境保護領域的重點。

船舶大氣污染主要集中體現在兩個方面，一是裝卸作業過程中由于船艙壓力變化呼吸閥排放的揮發性有機氣體，另一方面是船舶停靠和航行過程中燃料消耗煙囪排放的氣態和顆粒態污染物。針對揮發性有機物減排問題，按照《大氣污染防治行動計劃》和《重點區域大氣污染防治“十二五”規劃》的要求，全國各地港口正在積極推廣碼頭油氣回收裝置的回用技術。而針對船舶自身排放的廢氣（簡稱船舶廢氣），目前主要控制手段包括優化燃料組分（低硫）、燃料替換（LNG燃荊）、動力升級改造（岸電）和尾氣處理。

本文以天津港碼頭為例，著重對船舶靠泊過程中廢氣排放及其污染過程進行分析，根據沿海港口調研結果，對污染防控制措施的實際應用情況進行總結。

2船舶廢氣污染控制技術發展現狀

2.1 國外控制技術進展

目前國際海事組織（IMO）的MARPOL73/78附則Ⅵ、美國環境署（ EPA）的船機標準40 CFR PART 1042Tier 3以及歐盟（EU）船機標準2004/26/EC，均不同程度對大氣污染物排放限值、測量方法和燃料含硫量等方面進行了規定，標準相對較為靈活，船舶污染物排放清單相對較為全面，具有一定的借鑒意義。在船舶廢氣綜合治理領域，國外研究機構已經針對脫硫脫硝集成工藝，開展了相關理論和實驗設計。

2.2國內控制技術進展

目前國內船舶大氣污染物的相關研究還處于起步階段。珠三角、長三角、環渤海水域雖然劃定了船舶排放控制區，但僅限于對燃料含硫量的控制，氮氧化物相關控制措施有待深入研究。非道路移動源大氣污染物排放清單的征集工作正在試行，但數據量有限，傘國普遍性、長效性的清單申報機制尚未形成。現有的試行指南和征求意見階段的標準中，受多重因素影響，污染源排放特征不確定性有待全面分析和校正。國內針對脫硫脫硝除塵綜合性處理工藝研究相對較少，主要集中在二氧化硫干法和濕法去除方面的理論研究。

3船舶靠泊過程中廢氣排放情況分析

3.1 實例簡介

已天津港某集裝箱碼頭為例，進行船舶污染物排放分析。該項目布置4個泊位，可同時停靠3艘20萬噸級集裝箱船，或者停靠3艘15萬噸級和1艘2萬噸級集裝箱船。設計碼頭年吞吐量300萬TEU。

3.2污染源估算

源強估算照廢氣排放量較大的3艘20萬噸級集裝箱船考慮。到港船舶停靠時按開啟單發電機估算，根據船舶錄查詢，20萬噸級集裝箱船輔機發電機功率為2320 kW。

按照船舶耗油量150 g/馬力估算，則同時停靠上述船舶每小時的耗油量為：

20萬噸級集裝箱船：M=150g/馬力× 3156. 46馬力（2320kw/0.735）=473.47 kg/h.

以重柴油為燃判（密度以0. 86 t/m³計算），根據《大氣環境工程師使用手冊》，燃燒1m³重柴油其排放的SO₂量為20A（A為含硫量，根據統計資料，重柴油含油量A照0.5計算）;根據《環境保護實用數據手冊》，燃燒1 m³柴油其排放的NO_x量為2.8 kg，其中有90%的NO_x轉化為NO₂。20萬噸級集裝箱船單臺船舶輔機廢氣SO₂排放量為5.51 kg/h，船舶輔機廢氣NO₂排放量為1. 39 kg/h。

同時停靠3艘20萬噸級集裝箱船時，SO₂排放總量為16. 53 kg/h，NO₂排放總量為4. 17 kg/h。

3.3模擬結果

采用screen3估算模式的計算結果表明，作業機械及運輸車輛尾氣SO₂的最大落地濃度出現在下風向800 m處，濃度值為5.31 μg/m³，Pmax=1. 06%，作業機械及運輸車輛尾氣NO₂的最大落地濃度出現在下風向800 m處，濃度值為18. 89μg/m³，Pmax=9. 45%;20萬噸級船舶輔機廢氣SO₂的最大落地濃度出現在下風向219 m處，濃度值為46. 02 μg/m³，Pmax=9. 20%;20萬噸級船舶輔機廢氣NO₂的最大落地濃度出現在下風向19 m處，濃度值為11. 61 μg/m³，Pmax=5.81%;綜合上述，作業機械及運輸車輛尾氣最大落地濃度、到港船舶輔機廢氣最大落地濃度占標率均低于10%，項日建設對周圍環境的影響較小。

本工程無組織排放SO₂下風向最大地面濃度為46. 02 μg/m³，低于廠界標準限值0.4 mg/m³，NO₂下風向最大地面濃度為18. 89 μg/m³，低于廠界標準限值0. 12 mg/m³，因此本工程營運期間個各污染物無組織排放能夠滿足《大氣污染物綜合排放標準》中對應的無組織排放最高允許濃度標準。兇此，本工程滿足《大氣污染物綜合排放標準》。

4船舶廢氣控制技術實際應用

目前主要船舶廢氣控制手段中，使用低硫燃料是目前最常見也是最易操作的方式，我國已經針對不同控制區域提出了船用燃料含硫量的限值性指標要求，短期內將作為我國針對船舶廢氣的主要措施。指根據2015年發布的《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》，排放控制區逐步實施船舶靠岸停泊期間（靠港后的1h和離港前的1 h除外）使用硫含量≤0. 5%的燃油。上海、蘇州、浙江于2016年4月1日率先實施了這項措施。

岸電改造可以從根本上改變船舶廢氣的排放量和排放方式。目前我國沿海港口已經逐步開展了岸電改造試點工作。2011～2012年，交通部陸續出臺了《碼頭船舶岸電設施建設技術規范》、《港幾船舶岸電基供電系統技術條件》、《港口船舶岸基供電系統操作技術規程》等行業標準，對船舶岸電基供電系統建設提出要求，同時利用交通運輸節能減排專項資金對已經實施的項目提供相當于建沒成本20%的資金獎勵。

201 4年，天津港開始岸電建設工作。其巾，太平洋國際集裝箱碼頭現建設有4座高壓供電裝置、天津港輪駁公司和巾燃船舶燃料有限公司建設低壓岸電裝置36座。至2015年已建設完成12個專業化碼頭洎位岸電示范工程和42個工作船碼頭岸電箱。根據筆者單位對于國內海港的實際調研，江蘇連云港徐圩港區通用泊位采用岸電，現已投入使用（圖1）。

岸電改造雖然效果明顯，但由于不同國家和地區的供電電壓、頻率不同，不同類型、不同噸級的船舶對供電電壓、頻率和容量的需求也不一樣，存在船舶改造成本高和普及率低的明顯短板。相應政策的出臺及行業標準化工作是船舶岸電技術在港口內全面展開的前提。

5結論

根據上述模擬結果，再現行污染物預測模式下，即便采用重柴油為燃料，大型船舶輔機排氣也能夠做到達標排放，且明顯低于標準限值（本次預測低于20%）。往往并不需要針對船舶廢氣設置專門的環保措施，即可達到環保管理部門審批的要求。但同時，根據環保部機動車排污監控中心統計數據顯示，2013年在我國港口靠泊的船舶二氧化硫和氮氧化物排放總量約占全國排放總量的8.4%和11. 3%。由此分析，船舶廢氣排放具有“單體項目易達標，排放總量大”的特點。

目前主要船舶廢氣控制手段包括：優化燃料組分（低硫）、燃料替換（LNG燃料）、動力升級改造（岸電）和尾氣處理，其中前三者均屬于過程控制環節，后者屬于結果控制。使用低硫燃料是目前的主要措施。更換LNG燃料和岸電技術可以從根本卜改變船舶廢氣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顯短板，遠期應用前景較為廣泛，是船舶廢氣治理的終極日標。從中長期來看，在船舶燃料和動力方式無法根本改變的前提下，加裝尾氣處理裝置是相對直接和有效的方式，是未來一段時間船舶廢氣控制技術的發展方向。