王小亮

(渤海船舶職業(yè)學院，遼寧 興城 125105)

內(nèi)河船空氣污染物排放控制方案

王小亮

(渤海船舶職業(yè)學院，遼寧 興城 125105)

內(nèi)河船舶污染物排放問題是空氣污染問題中亟待解決的一項議題。對此,針對內(nèi)河船舶污染物排放問題日趨嚴重、相關部門對此監(jiān)管不嚴格等問題，從內(nèi)河船舶空氣污染物控制的必要性出發(fā)，提出針對內(nèi)河船舶的污染物排放控制方案及船舶尾氣處理措施，為控制內(nèi)河船舶污染物排放提供一個方向。

內(nèi)河船舶；空氣污染；控制措施

0 引 言

據(jù)國家環(huán)境保護部機動車排污監(jiān)控中心測算，2013年靠泊我國港口的舶舶SO2排放量共58.8萬t，約占全國SO2排放總量的8.4%;NOx排放量為27.8萬t，約占全國NOx排放總量的11.3%。由此可見,船舶污染物排放對空氣質(zhì)量的影響不容忽視,特別是在一些船舶流量大的港口，帶來的污染物排放量更是遠遠超過同期的機動車。據(jù)國際海事組織(International Maritime Organization,IMO)估算，一艘約10萬t的大型貨船每天消耗的柴油以100 t計,其年均溫室氣體排放量相當于5 000萬輛汽車的溫室氣體排放總量,而其年均固體顆粒物排放總量相當于全世界汽車固體顆粒物排放總量的1/2。

目前我國針對營運船舶污染氣體排放問題的相關規(guī)定尚不完備，導致船舶排放污染成為我國大氣污染防治中的盲點。從長遠發(fā)展及對環(huán)境影響程度的角度看，內(nèi)河船舶的硫排放問題迫切需要解決。在該問題的解決上歐美等發(fā)達地區(qū)處于領先地位,控制區(qū)域不斷增加,控制措施不斷升級。然而，相關數(shù)據(jù)顯示,我國公眾罹患呼吸系統(tǒng)疾病及癌癥的風險在不斷增大，在這種形勢下,急需采取措施控制我國內(nèi)河船舶廢氣排放。這里從內(nèi)河船舶污染物排放存在的主要問題及進行控制的必要性著手，提出內(nèi)河船舶空氣污染物排放控制方案及關鍵性技術，并對控制內(nèi)河船舶污染排放提出進一步的展望。

1 內(nèi)河船污染物排放現(xiàn)狀

隨著經(jīng)濟不斷發(fā)展，我國內(nèi)河船舶運輸業(yè)的發(fā)展已取得巨大突破。截至2015年底,全國擁有貨船共計16.59萬艘，內(nèi)河航道長約12.70萬km，但船舶主機的整體技術水平較低，船舶NOx排放達到Tier I標準,部分能達到Tier II標準，污染物仍處在較高水平。

船舶廢氣中造成大氣污染的主要物質(zhì)是燃料燃燒產(chǎn)生的PM,SOx,NOx,CO及CHx等。相關研究表明，柴油機每排放10 mg/m3有害物，接觸人群癌癥的發(fā)病率就會提高1%。隨著內(nèi)河船舶逐漸增多，大氣污染物排放量日益增加，危害也逐漸增大。由于我國內(nèi)河船舶主要集中在長江流域，因此船舶污染物排放對長江流域的大氣空氣質(zhì)量有著嚴重影響。

船舶污染物排放問題已受到國際社會廣泛重視，特別是工業(yè)發(fā)達國家，其在內(nèi)河船舶尾氣排放控制方面陸續(xù)推出內(nèi)河船舶柴油機排放限值標準。由于內(nèi)河排放重災區(qū)主要集中在人口密集區(qū)，因此考慮到污染物對人體的危害，發(fā)達國家的內(nèi)河船舶污染物排放標準往往比IMO制訂的標準更為嚴格。我國也頒發(fā)一系列大氣污染物排放標準和防治方案，其中:

1) 《船舶與港口污染防治專項行動實施方案(2015—2020)》規(guī)定,到2020年船舶與港口污染防治政策法規(guī)標準體系進一步完善，船舶與港口大氣污染物、水污染物得到有效防控和科學治理，污染物排放量明顯降低，清潔能源得到推廣應用，船舶和港口污染防治水平與我國生態(tài)文明建設水平及全面建成小康社會的目標相適應。

2) 《珠三角、長三角、環(huán)渤海(京、津、冀)水域船舶排放控制區(qū)實施方案》通過設立船舶大氣污染物排放控制區(qū)(以下簡稱“排放控制區(qū)”)，控制我國船舶SOx,NOx和PM排放，改善我國沿海和沿河區(qū)域(特別是港口城市)的空氣質(zhì)量，為全面控制船舶大氣污染物排放奠定基礎。隨著環(huán)境問題日益突出，有關船舶污染物排放的標準和具體細則會更快制訂和實施。

2 內(nèi)河船污染物排放的控制方案

隨著運輸船舶不斷增多，船舶污染物排放對大氣及水體造成的污染和危害日益嚴重。船舶柴油機排放的污染物以NOx,SOx和PM為主,因此為控制船舶污染物的排放,可從減少這3種污染物入手,找出可行的控制措施。

2.1 船舶尾氣中NOx的控制

柴油機排放的大氣污染物主要是NOx，其中最主要的是由空氣中的N2不完全燃燒產(chǎn)生的NO,NO的生成量隨著溫度的提高呈指數(shù)函數(shù)增加，且氧含量的提高也會使NO生成量增加。因此,根據(jù)NOx在船舶柴油機內(nèi)的產(chǎn)生機理，有效控制NOx排放的方法是控制柴油機內(nèi)的燃燒溫度和含氧量,或在尾氣產(chǎn)生后對尾氣進行處理。通?？刂芅Ox排放的措施分為前處理、燃燒過程控制和后處理等3種。

2.1.1 前處理技術

排氣再循環(huán)技術(Exhaust Gas Recirculation，EGR)作為前處理的一種主要手段，對分布在柴油機排氣管中的部分廢氣進行冷卻和清洗后再次導入到進氣管中，并將其與新鮮空氣混合,重新用來燃燒。部分廢氣的加入不僅能有效降低缸內(nèi)的燃燒溫度，還可降低氣缸內(nèi)的含氧量,從而有效控制NOx的排放。在不影響柴油機輸出功率的情況下,EGR可在很大程度上迅速降低NOx的排放量,但會使燃油的消耗量及尾氣中的PM增加，這些缺點限制了EGR在柴油機上的廣泛應用。

2.1.2 燃燒過程控制

燃燒過程控制是指通過控制噴油提前角來控制噴油階段，從而控制氣缸內(nèi)的燃燒溫度，降低NOx排放量。燃燒過程控制的方法有很多不足，對NOx排放的控制并不明顯，因此不被廣泛采用。

2.1.3 尾氣后處理技術

尾氣中的NOx處理方式可分為選擇性催化還原(Selective Catalytic Reduction,SCR)技術和光催化技術2種。

2.1.3.1 SCR技術

SCR技術是目前公認的處理NOx最成熟的技術，利用NH3與NOx發(fā)生化學反應生成N2和H2O的原理降低對環(huán)境的影響。使用SCR裝置后,可將燃用重油的滾裝船尾氣中的NOx排放量從15 g/(kW·h)降到2 g/(kW·h),可減少NOx排放量80%～95%。然而,SCR也有一定的缺點:

(1) 運行成本高，儲存需一定的空間;

(2) 尿素的噴入量需精確控制，噴入量少NOx不能完全轉化，噴入量過多會引起新的污染;

(3) SCR技術對廢氣中的含硫量有一定要求,硫含量過高可能會導致催化劑中毒，降低NOx的轉換效率，甚至對NOx催化失效。

2.1.3.2 光催化技術

光催化技術是一種“綠色友好”型技術，采用TiO2半導體材料作為催化劑，在特定波長照射下產(chǎn)生游離電子、空穴和有極強氧化作用的氫氧自由基，可同時處理NOx和SOx等多種污染物,且不會造成二次污染。與其他尾氣處理方法相比,光催化技術具有反應條件溫和、能耗低、產(chǎn)物無二次污染、能同時處理多種污染物、設備占用空間小、設備初期投入較少及維修成本較低等優(yōu)點，是目前最有發(fā)展前景的污染物處理技術。

2.2 船舶尾氣中SOx的控制

內(nèi)河船舶排放的SOx不僅會對人的呼吸系統(tǒng)造成影響，還會引發(fā)酸雨。因此,對船舶尾氣中SOx的含量進行控制是非常必要的,既可從源頭上控制，也可從尾氣中進行脫硫處理。

2.2.1 船舶燃料的控制

船舶采用的燃油與汽車使用的燃油不同,一般是“普通柴油”或“燃料油”。尤其是一些海船,采用的是餾分燃料油或殘渣燃料油，這些都屬于原油蒸餾后最重的部分，含硫量為1%～5%。此外,有些船舶為降低成本采用劣質(zhì)燃料油，使得污染情況更加復雜和嚴重。因此,我國需進一步規(guī)范《內(nèi)河船舶法定檢驗技術規(guī)則》，將燃料油硫含量要求規(guī)范化、具體化，確保船舶選用符合要求的燃油。此外,大力推廣LNG/LPG船舶在內(nèi)河的應用。LNG具備清潔環(huán)保、使用安全、成本經(jīng)濟、供應方便和技術成熟等特點，在當前的技術和市場條件下，是理想的船舶替代燃料。

2.2.2 脫硫處理

脫硫技術主要有石膏法煙氣脫硫、旋轉噴霧干燥法煙氣脫硫和海水脫硫等。

(1) 石膏法煙氣脫硫主要在發(fā)電站采用,該方法具有初期投資多、設備占用空間大等缺點。

(2) 旋轉噴霧干燥法煙氣脫硫技術在處理中低硫燃料燃燒時效果較好，但船舶一般采用重型劣質(zhì)燃料。

2.3 解決主要關鍵技術

目前我國正在制訂的船用柴油機大氣污染物排放標準對內(nèi)河船、沿海船、江海直達船和海峽(渡)船上新安裝的柴油機有污染物排放方面的嚴格要求，同時對內(nèi)河船用燃料提出要求。對此,采用發(fā)動機內(nèi)部控制技術、排氣后處理技術、能源替代及綜合利用技術等技術來應對該情況。

1) 從發(fā)動機內(nèi)部控制角度出發(fā)，可對進氣系統(tǒng)、燃燒室及配氣相位等進行改進；

2) 從排氣后處理技術出發(fā)，可對SCR和顆粒物濾清器技術進行改進；

3) 從能源替代和綜合利用角度出發(fā)，可考慮選擇污染相對較小、可循環(huán)利用的能源替代船舶燃料，進一步減少船舶污染物排放。

3 結 語

通過對當前內(nèi)河船舶的污染物排放現(xiàn)狀進行分析，為相關部門制訂內(nèi)河船舶的污染物排放標準提供參考。借鑒發(fā)達國家或地區(qū)的經(jīng)驗及IMO Tier III排放標準，根據(jù)當前內(nèi)河船舶污染物排放現(xiàn)狀，針對影響船舶廢氣排放的兩大因素采取相應的控制方案，并對控制方案提出問題和建議,以減少船舶廢氣污染，保護生態(tài)系統(tǒng)。

[1] 伏晴艷,沈寅,張健.上海港船舶大氣污染物排放清單研究[J]. 安全與環(huán)境學報, 2012,12(5):57-64.

[2] 劉靜,王靜,宋傳真,等.青島市港口船舶大氣污染排放清單的建立及應用[J]. 中國環(huán)境監(jiān)測, 2011,27(3):50-53.

[3] 李智恒,何龍. 船舶污染物排放清單估算方法研究[J]. 廣西輕工業(yè), 2011,27(5):79-80.

[4] 王猛,譚建偉,韓秀坤,等.非道路車用柴油機排放顆粒粒徑分布特性研究[J]. 內(nèi)燃機工程, 2010,31(3):44-47.

[5] 李玉剛,向梁山,羅馬吉,等.非道路用柴油機排放控制現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢研究[J]. 中國水運, 2010,10(4):90-91.

Research on Strategy for Controlling Inland Ship Emissions

WANGXiaoliang

(Bohai Shipbuilding Vocational College， Xingcheng 125105， China)

As the air pollution is getting serious, inland ship emission has become an urgent issue to be solved. In view of current ineffective control, this paper emphasizes the necessity of controlling inland ship emissions, and proposes the control strategy and the regulation solutions.

inland ships; air pollutants; control strategy

2016-08-22

王小亮(1984—)，遼寧綏中人,講師,從事船舶海洋工程研究。

1674-5949(2017)01-0024-03

X736.3

B