船舶造成空气污染成因分析及对策研究

柯耀星，刘　阳（1.中国船级社，北京 100007；2.沪东中华造船（集团）有限公司，上海 200129）

船舶造成空气污染成因分析及对策研究

柯耀星，刘阳
（1.中国船级社，北京 100007；2.沪东中华造船（集团）有限公司，上海 200129）

近年空气质量不断恶化，控制气体污染成为社会关注焦点。船舶排放已成为了第三大空气污染源，仅次于工业气体排放和机动车尾气。据测算，1 艘中型集装箱船使用普通燃料（含硫量为3.5％）航行 1 天，其排放量等于50万辆货车。国际海事组织加强对船舶造成大气污染的控制，2005年5月19日起实施《防止船舶造成空气污染规则》。2016年1月，我国在珠三角、长三角、环渤海水域设立 3个船舶排放控制区。本文主要分析船舶造成大气污染的原因，探寻较少排放污染的方法。

船舶；空气污染；成因；对策

0　前言

船舶气体排放污染物有害于生活在沿岸地区人们的身体健康。这些污染物主要来自于柴油机废气中的氮氧化物和含硫燃油燃烧后产生的硫氧化物，船用消耗臭氧物质以及废物焚烧后的颗粒物等。

我国作为世界航运大国，往来航行船舶数量较多，排放污染大，治理污染形势非常严峻。本文通过对船舶排放污染物来源进行分析，研讨控制和解决方案，推进绿色航运发展。

1　船舶排放有害气体现状

2015年，经环保部统计，在我国港口靠泊的船舶共排放硫氧化物占全国污染物排放总量的8.4％，氮氧化物占11.3％。上海也对排放污染物进行了监控，统计结果显示，硫氧化物和氮氧化物排放量占总污染排放量的12.8％和8.6％。近5年我国船舶向空气排放的污染物总量，呈逐年递增趋势（见表1）。

2　空气污染物的成因分析

硫氧化物（SOx）的产生量与燃油含硫量有关，目前我国整体船用油为重油或柴油，含硫量较高。氮氧化物在柴油机燃烧过程中产生，在高温高压且低转速的环境下，会产生大量的氮氧化物。

另外，燃料中的氮成分与燃烧气体中的氧反应也会生成氮氧化物。燃料中含有C5H5N、C9H7N有机物，在一定温度下放出大量氮原子，与氧气结合，生成大量的NO；空气中的氮会在高温下氧化为氮氧化物，形成NOx。燃料燃烧生成的氮氧化物量用下式计算：

表1　2010～2015年我国船舶向空气排放的污染物量（单位：万吨）Tab.1 2010-2015 the amount of ships discharging pollutions unit：1×104tons

式中：GNOx为燃烧生成的氮氧化物总量，kg；B为油耗，kg；β×n为燃料氮向燃料型 NO的转变率百分率，n为燃料含氮量；

Vy为 1kg 燃料生成 NO的浓度；

CNOx为通常取93.8 mg/Nm3（燃烧时生成NO的浓度）。

或者根据Kato N查询各类燃料的排放因子进行测算NOx=燃料消耗量×NOx排放因子（kg/t）×10-3。

船舶的制冷设备、灭火设备，如造冰机、空调、冰箱含有的氟处理不好会破坏臭氧。船上产生的有毒气体烟气典型设备为焚烧炉，焚烧炉的使用减少了船舶对水的直接污染，却相应增加了对空气的污染。除了正常使用产生细小颗粒物外，焚烧炉还可能因燃烧不充分而产生其他有毒烟气，比如炉内温度过低而产生的毒性物质。

3　法律法规及检验检测相关要求

交通运输部于2016年1月1日起实施《珠三角、长三角、环渤海（京津冀）水域船舶排放控制区实施方案》，通过设立排放控制区，控制航行、停泊、作业的船舶有害气体排放，来改善港口城市及周边的空气质量。

对于国际航行船舶，氮氧化物（NOx）的排放要求按照现行MARPOL公约附则VI执行。对于新主机，TierⅠ（第1阶段）适用于2000年1月1日后到2011年1月1日前安装在船上的发动机，即NOx的排放量限值为17.0 g/kWh；TierⅡ（第2阶段）将NOx的排放量减少到14.4 g/kWh，适用于2011年1月1日后建造或装船的发动机；TierⅢ（第3阶段）将NOx的排放量减少到3.4 g/kWh，适用于2016年1月1日后安装在船上的发动机，仅适用NOx排放控制区，在非排放控制区，TierⅡ仍然适用。对于1990年1月1日后到2000年1月1日前安装的输出功率为5 000 kW，单缸排量为90 L及以上的柴油发动机，可以使用 17.0 g/kWh的NOx排放标准。

对于硫氧化物（SOx）的排放要求，在 3个船舶排放控制区内，自2016年1月1日起，有条件的港口可以实施船舶靠岸停泊期间使用硫含量≤0.5％m/m的燃油等高于现行排放控制要求的措施；自2017年1月1日起，核心港口区域的船舶在靠岸停泊期间应使用硫含量≤0.5％m/m的燃油；自2018年1月1日起，船舶在排放控制区内所有港口靠岸停泊期间都要使用硫含量≤0.5％m/m的燃油；自2019年1月1日起，船舶进入排放控制区后，必须使用硫含量≤0.5％m/m的燃油。在排放控制区作业的船舶可采取连接岸电、使用清洁能源、尾气后处理等与排放控制要求等效的替代措施。2019年12月31日前，我国将在评估船舶排放控制区实施效果的基础上，进一步确定更为严格的控制措施，包括船舶进入排放控制区使用硫含量≤0.1％m/m的燃油和扩大排放控制区地理范围等（见表2）。

4　进一步防止大气污染的对策研究

1）对于现有船舶，不改变轮机布置，使用低硫燃油是最简便的方法，会有效降低 SOx排放。但从目前的低硫油品价格和加注便捷性上看，会增加不少航运公司的成本。目前符合排放控制区要求的低硫燃油市场比较稀缺，特别是只有很少港口能够提供满足要求的低硫油。这类油品会对发动机等设备造成危害，需要对主副机、锅炉等设备，油舱、油柜、管路设置重新安排。比较可行的做法是进入排放区后切换到低硫燃油。

2）船舶加装后处理装置。船舶柴油机尾气后处理可采用选择性催化还原技术（SCR）。SCR 将尿素作为还原剂，与排气管中的尾气发生反应，大幅降低NOx排放，且发动机结构不需改变。缺点是初期投入和维护费用较高，还原剂的费用比重油高6倍。对排气温度有要求，低转速下作用发挥有限。还有一种是尾气海水淡水混合洗涤系统，离岸 12 n mile 之内采用分离机来分离收集到的污水，供淡水循环使用。淡水经海水冷却后进入洗涤器，洗涤后的水回到储水单元。少量含油和燃烧物的淡水流入破乳化水处理单元，颗粒沉淀进入渣油柜，干净的水则排出舷外或进入污水池，形成循环使用。离岸较远时候将海水抽到船上清洁废气，再把主要产物硫酸盐排入海中。淡水洗涤系统能够将含硫量3.5％的重油燃烧产生的废气洗涤为含硫量为0.1％的低硫燃油，海水洗涤系统能够洗涤含硫量0.5％的燃油燃烧排放的废气。尾气处理还可以采用废气再循环的方式，将废弃引入进气管，与外界空气混合，冷却后的废气再循环至燃烧空气，过剩的氧气减少，燃烧生成的NOx的相应减少。

表2　硫氧化物排放控制时间表Tab.2 Sulphur oxide emissions control schedule

3）使用LNG燃料。LNG燃料系统一般无需后处理即可满足目前最严格的排放标准，是目前大力推广的船舶减排方式。船舶使用LNG作为燃料主要涉及发动机、储气罐以及供气系统的改装。进行LNG改装要考虑燃料供给的成本、载货量减少的成本、续航里程短等因素，故适合大部分时间在排放控制区（ECA）区域航行的情况。另外，应用LNG也取决于港口配套设施的完善程度和与油价相比的成本优势。

4）严格控制氯氟烃（CFC）制冷剂、HALLON 灭火器装船。在充装制冷剂过程中，注意防止泄露。尽量采用R404A、R410A等消耗臭氧潜值为零的制冷剂。为制冷系统装设漏探测器，对制冷剂的更换、泄漏、回收及处置予以记录并保存，并且由专业公司进行维修和保护。

5）对船舶使用低硫燃油，清洁能源等可以给予一定的资金补贴、优先靠港等优惠措施，鼓励清洁发展。

5　结 语

随着全球海贸量的不断增长，大气污染越加严重，控制船舶大气排放污染成为重要课题。国际社会和我国都倍加关注污染物的排放控制，排放标准越来越高。进一步加强节能减排技术研究，使船舶航行更清洁，让我们居住的环境更加美好。

［1］李连健，叶珊彪，雷世元.船舶造成大气污染的控制［J］.交通环保，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.有效减少船舶柴油机NOx排放的技术分析［J］.中国修船，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］吴红兵.谈船舶空气污染物产生和减排技术［J］.中国海事，2011（12）：40-43.WU Hong-bing.Ship air pollution and emissions technology［J］.China Maritime，2011（12）：40-43.

［4］孙化栋.船舶硫氧化物的排放控制［J］.世界海运，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，工程师，主要从事船舶与海洋工程制造、船舶检验方面工作。