長江口水域船舶黑煙排放成因及監管建議

李 凱 郭俊東 王 蕾 王鶴榮

（吳淞海事局，上海 200940）

0 引言

長江口水域是船舶進出長江和上海港，以及南北航行船舶必經之處。目前，該水域每天船舶流量超過1 000 艘次[1]，其中許多船舶存在排放黑煙的問題。醫學研究表明，船舶黑煙排放對人體有負面影響，柴油機排放的黑煙成分在世衛組織2017 年A 類致癌物質排名第39 位[2]。美英等國已經將船舶排放黑煙的行為納入執法體系，中國香港特別行政區也作出了相關規定。近年來，上海、江蘇等地區相繼出臺規定，船舶在航行中排放明顯可見黑煙的行為屬于違法行為。本文在研究長江口水域船舶黑煙排放原因的基礎上，提出了預防措施和監管建議，為船舶減少黑煙排放和主管部門有效監管提供了指導。

1 船舶排放黑煙的危害

船舶排放的黑煙主要包含碳一氧化碳、二氧化硫、苯并芘、碳氫化合物、氮氧化合物、含鉛化合物及固體顆粒物等污染物。船舶黑煙排放對環境和人類健康造成多種危害，包括[3]：

1）空氣污染：船舶黑煙排放中的顆粒物和有害氣體會污染空氣，導致霧霾并對人體呼吸系統造成刺激和損害，增加呼吸道疾病風險。

2）氣候變化：船舶黑煙排放的碳氫化合物和二氧化碳是溫室氣體的主要來源之一，導致大氣溫度上升，加劇全球氣候變化，引發極端天氣、海平面上升和冰川融化等問題。

3）水質污染：船舶黑煙中的顆粒物降落到水體中，導致水質污染。這些顆粒物含有有害物質，對水生生物造成毒害，破壞水生態平衡。

4）生物多樣性損失：船舶黑煙排放引發的氣候變化和水質污染等環境問題對海洋生物多樣性產生負面影響，破壞海洋物種的生存和棲息地，威脅整個生態系統的穩定性和可持續性。

5）城市景觀受損：船舶黑煙排放導致的空氣污染使城市空氣質量下降，影響城市景觀和居民的視覺體驗。黑煙中的灰塵也會落在建筑物、車輛和公共設施上，破壞城市環境美觀。

6）其他危害：船舶黑煙排放會增加柴油燃料消耗，降低功率，增加磨損，并使柴油機過熱，引發活塞和氣門大量積炭，影響柴油機使用壽命[4]。

2 長江口水域船舶黑煙排放相關的法律要求

2014年10月1日，《上海市大氣污染防治條例》正式實施，修正版于2018 年12 月20 日通過，自2019 年1 月1 日起施行。其中，第四章《防治機動車、船排放污染》中第三十九條第五款規定：“在本市行駛的機動車船不得排放明顯可見的黑煙。”第八十六條規定：“違反本條例第三十九條第五款規定的,由海事部門責令改正，可以處一千元以上一萬元以下罰款；情節嚴重的；處一萬元以上五萬元以下罰款。”

2018 年11 月30 日，交通運輸部制定了《船舶大氣污染物排放控制區實施方案》，對船舶排放硫氧化物、氮氧化物、顆粒物和揮發性有機物等大氣污染物作出了具體要求[5]。

3 長江口水域船舶黑煙排放的現狀

航經長江口水域的船舶多為大型海船，包括散貨船、集裝箱船、液貨船、雜貨船、滾裝貨船、氣體運輸船、郵輪、工程船等。除了使用新能源如LNG、甲醇等作為燃料的船舶外，其他船舶在啟動、機動航行和巡航等工況下往往存在排放黑煙的行為。特別是船齡超過10 年的船舶，排放黑煙的概率較船齡在10 年以內的船舶更高。

4 長江口水域船舶黑煙排放的成因

長江口水域船舶排放明顯可見黑煙的案例，主要是由于船舶柴油機（包括主機和副機）故障以及燃油鍋爐燃燒不良引起的。

4.1 船舶柴油機故障

船舶供油系統故障、燃燒系統故障、進氣排氣系統故障極易導致排放黑煙。這些故障包括但不限于以下情況：

（1）供油系統故障

①供油提前角異常:供油提前角過大或過小會影響柴油進入氣缸后的燃燒性能。過大的供油提前角會導致出現較多早燃情況，致使燃燒不完全，產生大量的黑煙。如果供油提前角設置過小，極易在燃油噴入氣缸時，出現錯過最佳時機的情況，致使燃油與空氣混合不均，燃燒不完全，而產生黑煙。

②出油閥或噴油泵柱塞磨損：若噴油泵柱塞或出油閥被嚴重磨損，噴油泵的泵油壓力極易下降，影響供油壓力上升速度,會使燃油噴射過程延長，噴油霧化質量也會受到影響,從而導致燃燒不充分,產生黑煙。

③噴油嘴損壞：噴油嘴如發生霧化不良、嚴重滴油或卡死，燃油噴射質量會降低，致使燃燒不完全，產生黑煙。噴油壓力異常（過大或過小）也會影響噴油時間，導致燃油燃燒不完全，產生黑煙。

④噴油泵調速器故障：噴油泵調速器問題會導致噴油器與油門控制機構不平衡，從啟動時就可能出現黑煙排放。

⑤噴油泵供油量過大：若噴油泵的供油量過大，大量燃油進入氣缸后將發生不充分燃燒，產生黑煙。

（2）燃燒系統故障

①氣缸壓力不足：若活塞頂部間隙過大或者氣閥的密封不嚴會導致氣缸壓縮壓力和溫度降低，燃油燃燒不充分，產生黑煙。氣閥座圈凹入太深也會降低氣缸的壓縮比，進而影響燃燒性能。

②氣閥間隙不正確：若氣閥間隙過大會造成氣閥開啟持續時間縮短，進氣量減少，燃油燃燒不完全，產生黑煙。

③氣缸內氣體壓縮不良：若活塞與缸套之間的磨損過大或活塞環嚴重磨損，或是氣閥密封不良會導致氣缸漏氣，都會影響氣缸的壓縮性能，燃油燃燒不充分，產生黑煙。

④進排氣系統故障

（3）導致柴油機冒黑煙的進氣系統問題主要有以下幾點：

①空氣濾清器問題：如果空氣濾清器臟污，或是使用劣質的空氣濾芯，會使阻力增加，進入氣缸的新鮮空氣量會減少，導致燃燒不完全，排放黑煙。

②進氣管問題：若進氣系統發生堵塞，或者進氣管過長，會導致進氣阻力增加，致使燃燒不完全，從而產生黑煙。若進氣溫度過高，同樣也會致使燃燒不完全，產生黑煙。

③排氣系統問題：若排氣系統安裝不合理，例如：排氣管過長、過細，或消聲器安裝不合適，會導致排氣阻力增加，致使得排氣不暢，導致燃燒不完全，產生黑煙。

（4）其他問題

如果經過排除以上問題后，柴油機仍然排放黑煙，可以考慮以下因素：

①燃油質量問題：使用不合適的柴油，如標號不正確、黏度過大或質量差的柴油，會使燃燒不完全，導致黑煙排放，并可能導致燃燒室和排氣系統積炭。

②環境因素：高環境溫度會導致燃油和進氣溫度升高，降低了充氣密度和燃油氣化能力，使燃燒條件惡化，造成燃燒不完全和黑煙排放。

③設備匹配問題：柴油機與動力輸出裝置（例如變速箱或螺旋槳）不匹配，或者是設備本身存在問題，可能會導致柴油機排放黑煙。如果更換了變速箱或螺旋槳后出現黑煙問題，可能是因為柴油機與新裝置不匹配。

4.2 船舶燃油鍋爐燃燒不良

船舶排放明顯可見的黑煙的原因有一部分是燃油鍋爐燃燒不良造成的，主要有以下幾種情況：

（1）燃油質量差：使用含有多種雜質、黏溫性差的燃油容易導致噴油嘴堵塞、霧化不良等問題。

（2）燃油燃燒不充分：進風擋板設置不當、風油配比不合理、布風器臟污等因素會導致進風量不足，使燃油無法充分燃燒。

（3）燃油霧化質量差：燃油壓力低、油溫低、噴嘴老化或堵塞等都會影響燃油的霧化效果，從而導致燃燒不良。

（4）爐膛和供風溫度過低：冷爐點火時，特別是在冬季，進風溫度過低會影響燃燒的質量。

（5）燃油泵供油系統故障：供油泵故障、老化等問題會導致燃油供應不穩定，油壓波動，進而影響霧化效果和燃燒質量。

（6）煙道發生二次燃燒事故：過多的積灰會導致煙道發生二次燃燒，進而導致柴油機冒黑煙[6]。

5 預防措施

5.1 船舶柴油機預防措施

（1）供油系統：定期檢查供油提前角、噴油泵和噴油器的磨損情況，并保持良好的霧化效果，避免供油量過大。

（2）燃油系統：確保氣缸壓縮壓力正常，檢查和調整活塞頂間隙和氣閥間隙，并保持氣閥的良好密封。

（3）進氣系統：定期清洗空氣濾器，避免堵塞，確保足夠的空氣供應。

（4）排氣系統：確保排氣系統正確安裝，沒有漏氣或阻塞。

（5）其他方面：選擇質量好的燃油，避免使用不易著火的劣質燃油，防止環境溫度過高，導致燃油氣化不完全，確保柴油機與設備的動力輸出裝置匹配。

5.2 燃油鍋爐預防措施

（1）加裝正規燃油，當發現鍋爐噴嘴容易被油渣堵塞、噴油嘴和布風器容易臟污時，應及時向公司反饋燃油質量，加裝合格燃油。

（2）設置正確的風油比，保證充足的風量和燃油混合均勻。

（3）按照要求設置燃油壓力和加熱器溫度，并定期清潔和更換噴油嘴。

（4）冷爐點火時，先使用輕柴油，待爐膛溫度升高后再轉換為重油，并保持機艙溫度。

（5）定期檢查和更換燃油泵組件，保持燃油泵的良好工作狀態。

（6）定期清洗煙道積灰，保持煙道暢通。

（7）檢查和清洗燃油供應系統和噴射系統中的濾器，并及時更換故障的壓力儀表。

（8）在自動控制的鍋爐負荷低時，適當增加油艙加溫閥或部分蒸汽泄放來增加負荷，避免低負荷運轉。

6 長江口水域船舶黑煙排放監管建議

自《上海市大氣污染防治條例》實施以來，在航船舶航經長江口水域時，發生排放明顯可見黑煙的行為已經被列入違法行為清單。執法人員通過宣傳教育、現場執法等方式對該水域船舶進行治理，大氣環境得到明顯改善，但仍有船舶航經該水域時排放明顯可見的黑煙。因此，有必要對違規排放黑煙的船舶進行監管。參考目前國內外生效的法律法規及相關管理規定，結合轄區長江口水域航行船舶的實際情況，建議：

1）加強法律法規建設，制定和完善相關法律法規，明確船舶黑煙排放的限制標準和監管要求，確立相應的懲罰措施和處罰力度，同時，加強執法力度，確保違規排放行為得到有效打擊。

2）推動清潔能源轉型，促進燃料升級和燃燒技術改進。除了推廣低硫燃料和潔凈燃料，還可以鼓勵船舶使用新興的清潔能源如氫燃料電池、電動船舶等，減少對傳統燃料油的依賴，進一步降低船舶黑煙排放。

3）加強監測和取證方法，對黑煙的鑒定更加科學合理。建立船舶黑名單機制和處罰分級管理機制，對違規排放的船舶嚴格追責。加大宣傳教育力度，普及船舶黑煙排放危害的認識，提高環保意識。對于綠色船舶和環保措施出色的船舶，給予獎勵和榮譽。

4）引入經濟激勵措施，如給予使用清潔燃料船舶稅收減免、補貼或貸款利率優惠等，鼓勵船舶業主和運營商升級船舶燃料和減少黑煙排放。

5）加強船舶黑煙排放的宣傳教育工作，向船舶業主、船員和相關從業人員普及相關知識，提高他們對黑煙排放危害的認識。同時，提供技術培訓和支持，推廣先進的燃燒技術和減排設備的應用。

6）加強國際合作與經驗交流，積極參與國際組織和項目，與其他國家和地區分享經驗和最佳實踐，學習先進的監管模式和技術，提升船舶黑煙排放監管水平。