中国内陆渔船尾气排放调研——以湖南、江西两省渔船为例

鲍旭腾，黄一心，赵 平

（中国水产科学研究院，渔业机械仪器研究所，上海200092）

中国内陆渔船尾气排放调研
——以湖南、江西两省渔船为例

鲍旭腾，黄一心，赵 平

（中国水产科学研究院，渔业机械仪器研究所，上海200092）

随着环境保护、经济社会可持续发展等相关立法力度的加大，渔船尾气排放问题逐渐引起管理层和业界的广泛关注。对湖南、江西2省3个地区（岳阳、沅江和上饶）进行走访调研；同时携带烟气测试仪对其捕捞作业渔船进行现场检测，其中实际检测9艘，木质的8艘，钢质的1艘，船长都在12 m及以下，总功率都小于44.1 kW；并按照规范现场获取油样，共取得有效样本9份，通过专业运输公司寄送至国家专业油样分析机构进行检测分析。结果显示：在高速和低速两种工况下，9条船中，有3艘渔船在低速航行条件下，CO排放指标未达到第三阶段排放标准[小于5.5 g/(kW·h)]，其他均达到，达到率83.3%；按照GB252-2015普通柴油分类要求，所有油样样品都达到要求，合格率为100%。研究表明：中国内陆渔船尾气排放量总体影响较小；排放量与柴油机使用年限相关性不大；须提高燃油品质、减少污染物排放；应加强渔船尾气后处理系统的开发应用等。内陆捕捞作业渔船尾气排放总体情况较好，但仍有进一步提升的空间。

渔船尾气；大气污染；节能减排；内陆渔船

0 引言

随着经济社会的发展，大气环境污染问题日益凸显。环境保护、可持续发展逐渐引起人们的重视。船舶不仅是重要的运输工具，也是捕捞渔业作业的主要承载体，同时船舶产生的大气污染对环境有着重要的影响[1-4]。柴油机是机动渔船的主要动力装置，是各种船舶（包括渔船）的主要动力源，也是船舶主要的污染制造源。近年来，随着环境保护、可持续发展等相关立法力度的加大，船舶尾气排放问题逐渐引起管理层和业界的广泛关注[5-8]。为此，2016年分别到湖南岳阳、沅江和江西上饶等地对捕捞渔船柴油机尾气排放的实际情况进行调查并对渔船进行现场检测。主要调研方法：一是通过与渔民进行座谈并进行问卷调查；二是通过实船仪器检测采集数据。问卷内容主要包括联系人信息、渔船信息（船号、船龄、功率、发动机更新时间、船长、作业时间、区域、作业方式等）、燃油类型、燃油品牌和来源等。渔船尾气主要通过Testo350pro烟气分析仪测量，按照使用的规则，测量数据包括O2、CO、CO2、NO、NO2、SO2、NOx、H2、温度、流速、流量等，本次测试项目主要考虑一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)和二氧化碳(CO2)共4类污染物。

1 中国内陆渔船及所调研两省渔船基本情况

根据《2016中国渔业统计年鉴》[9]，中国2015年末渔船总数104.25万艘、总吨位1086.33万t。其中，机动渔船67.24万艘、总吨位1040.64万t、总功率2256.99万kW。机动渔船中，生产渔船64.48万艘、总吨位858.02万t、总功率1806.09万kW。生产渔船中，捕捞渔船43.92万艘、总吨位858.02万t、总功率1806.09万kW。中国2015年末内陆渔船总数76.51万艘、总吨位20.53万t、总功率524.7万kW。其中，44.1 kW以下的内陆捕捞渔船总数24.67万艘、总吨位88.13万t、总功率336.24万kW。

根据《2016中国渔业统计年鉴》[9]，所调研的湖南、江西两省，2015年末渔船总数分别是4.58万、3.22万艘，总吨位分别是11.04万、15.40万t，总功率分别是84.62万、44.22万kW。其中捕捞渔船总数分别是2.42万、2.44万艘，总吨位分别是5.90万、12.56万t，总功率分别是68.80万、35.04万kW。两省的捕捞渔船，功率全部为44.1 kW以下。其中，12 m以下机动渔船中，湖南、江西渔船总数分别是4.20万、2.41万艘。可见，两省渔船中，以12 m以下的小型渔船为主，占绝对多数。

2 内陆渔船柴油机使用情况

由于柴油机的热效率在所有热机中最高，而且排放的CO2相对较少，因此柴油机作为船舶动力一直受到欢迎，并占据船舶动力制造的绝对优势，然而其废气排放中含有大量有害污染物质。

通过调研获知，大多内陆渔船使用流刺网、虾笼、围网等捕捞作业方式，一般一天一个捕捞周期，在作业时，通常不需要或短时间开动柴油机。其作业流程一般为出港（柴油机低速）—巡航到捕捞地点（柴油机高速）—收网放网（柴油机低速或停机）—返回港口（柴油机高速）—进港停船（柴油机低速），在一个捕捞周期内，由于捕捞地点与港口距离不一，各船柴油机运行时间不一，以3～4 h为主。主要捕捞时期为禁渔期后的1～2个月，这段时间捕捞强度要比其他时间段大，且每天都进行捕捞作业。其他时间段，存在“三天打鱼两天晒网”，不是天天进行作业，其作业时间也相应减少。因此，假设以每天柴油机工作4 h计，年总捕捞200天，则全年运行时间800 h。

3 渔船使用燃油情况

燃油主要分为《GB 252-2015普通柴油》[10]中规定的普通柴油和《GB/T 17411-2015船用燃料油》[11]的船用燃料油两大类。问卷调研显示，两省燃油获取渠道主要以在加油站中灌装油桶带回渔船为主，全部是普通柴油，没有使用燃料油。

4 实船检测情况

4.1 渔船情况

根据《渔业船舶法定检验规则》[12]对柴油机分类及中国渔船的实际情况，本次检测选择130 kW（含）以下，转速为130～2000 r/min的柴油机，按年限分为0～5、5～10、10年以上3类。因此主要对两省11艘渔船进行了测量，其中2艘因为柴油机中途故障和烟气测试仪故障的原因没有全部测完，因此实际完成全测量的共9艘渔船（表1），其中：木质的8艘，钢质的1艘；小于5年的4艘，5～10年的2艘，10年以上的3艘；船长都在12 m及以下，总功率都小于44.1 kW。

由于考虑到系泊试验可能无法准确反映相关数据，因此全部采用了在低速和高速两种工况下航行实测的方法进行测试。

表1 湖南、江西测量渔船基本情况表

4.2 测试仪器及测量方法

使用Testo350pro烟气分析仪测量CO、CO2、NO、NO2、SO2、NOx及流速等。分别按照测烟气和测流速的相关操作说明，使用烟气分析仪进行测量。使用测速仪测量柴油机的转速。考虑到内陆捕捞渔船实际使用情况，主要测量了高速和低速挡运行时候的数据，测量时每个速度分别各取3组数据。

4.3 渔船尾气污染物情况

4.3.1 参考标准 柴油机汽缸排出的气体包括无害成分和有害成分两部分。无害成分是排气的基本组成，它们是燃油和空气完全燃烧的产物，包括二氧化碳(CO2)、水蒸汽(H2O)、过剩的氧气(O2)以及空气中原来就有的氮气(N2)。有害成分是不完全燃烧和燃烧反应的中间产物，包括一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOX)和颗粒物等。它们占废气的总量的比例很小，往往不超过5%，但对环境却有巨大的危害。

因2016年实施的TierⅢ标准中不包括130 kW以下船用柴油发动机或仅用于应急情况的船只。而《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ阶段）》(GB 20891-2014)[13]规定了非道路移动机械用柴油机（含额定净功率不超过37 kW的船用柴油机）排气污染物排放限值及测量方法，而所测量的渔船柴油机均小于37 kW，而且该标准规定，自2016年4月1日起，停止制造、进口和销售装用第二阶段柴油机的非道路移动机械，所有制造、进口和销售的非道路移动机械应装用符合本标准第三阶段要求的柴油机。因此排放标准参照此限值（表2[13]）。

表2 非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值

4.3.2 计算方法 由于仪器默认测量单位ppm和国标中要求的mg/m³不一致，因此需要进行转换，转化公式可以依据公式(1)。

式中：B为标准状态下的气体摩尔体积22.4 L/mol，T为烟气温度（选仪表测量出的Flue temp.值）(℃)，273为标准状态的0℃对应的热力学温度，Cp为现场测得排放物如NO2(ppm)，M为所测量排放物的摩尔质量。

如当计算排放物为NO2的时候，M为46 g/mol，则计算后C为NO2的排放换算值(mg/m3)。根据该公式计算后，数据如表3所示。

在单位进行转化后，应根据排放物浓度(mg/m3)，计算出每千瓦时的排放量(g/kWh)，可按以下步骤进行：

（1）计算渔船实际功率P1。根据渔业船舶法定检验初级验船师培训教材，实际功率可按照公式(2)进行换算。

式中，P0为额定功率，P1为额定功率，n0为额定转速，n1为实际转速，结果见表4。

（2）计算流量。根据流速v(m/s)，计算流量，如公式(3)所示。

式中：Q为流量(m3/s)，d为检测设备的皮托管内径，为8 mm。

（3）计算出每千瓦时的排放量，如公式(4)所示。

式中：C为某污染物的含量(mg/m3)，Q为流量(m3/s)，H为单位排放量[g/(kW·h)]。计算结果如表5所示。

由表5可见，在高速和低速两种工况下，9条船中，有3艘渔船在低速航行条件下，CO排放指标未达到第三阶段排放标准[小于5.5 g/(kW·h)]，其他均达到，达到率83.3%。由于在第三、第四阶段标准中均未对NOx排放进行限制，因此不存在NOX超标的问题。因在第三阶段中对56～75 kW的柴油机HC+NOx的限制排放值低于小于37 kW的，可以理解为要求更高。因此选用了第四阶段56～75 kW柴油机的NOx限值3.3 g/(kW·h)作比较，发现均小于该标准。

5 油样情况

表3 将仪器测量的CO、NO、NO2、NOx值换算结果

按照项目要求，现场提取燃油样本0.5 L（用专用1 L容器），并通过桑普瑞特样品管理（青岛）有限公司送至舟山市质量技术监督检测研究院进行检验。共采集9个有效样本，检测结果如表6所示。在9个油品样本中，有7艘是测量渔船的油品，2艘因所剩油量不够而抽取了周边其他渔船的样品。

按照GB252-2015普通柴油分类要求，普通轻质柴油（2017年6月30日前）硫含量不大于350 mg/kg，因此，所有样品都达到要求。合格率为100%。

表4 测试渔船实际功率

表5 所测渔船CO、NO、NO2及NOx计算结果

6 分析与建议

6.1 内陆渔船尾气排放对大气环境影响总体较少

经过测算，中国内陆渔业船舶CO、NOx排放率分别为1.88 g/(kW·h)和0.78 g/(kW·h)。由于渔船功率大小不一，假设按中值8.46 kW计，则CO、NOx排放速率分别为0.004 g/s和0.002 g/s。据相关文献[3]，内陆货运船舶在巡航工况下的CO、NOx排放速率分别为0.093 g/s和0.347 g/s。可见，中国内陆渔船船舶的碳氧化物和氮氧化物排放速率要远低于内陆货运船舶。其原因可能与柴油机的功率大小、作业工况以及燃油品质等有关。

按照内陆渔船总功率524.70万kW，工作时间800 h（按1年200天、每天4 h计），则全国内陆渔船CO排放值为 0.79 万t，NOx排放值 0.33 万t。据相关文献[14]，2013年全国内河船舶气体排放污染物总量125.9万t，其中，COx18.5万t，NOx84万t。可见，中国内陆渔船对大气污染的总体影响较小。

表6 所测渔船油样硫含量情况

6.2 排放量与柴油机使用年限相关性不大

从测量的情况看，内陆渔船柴油机排放量与使用年限关系没有必然的关系，如在相同功率4.85 kW情况下，柴油机出厂日期大于10年（渔船3）低速和高速时NOx[g/(kW·h)]排放分别为1.19和0.41，而5～10年（渔船8）的渔船NOx[g/(kW·h)]排放分别为1.89和0.16，前者低速排放低而高速排放高，而在相同功率8.46 kW情况下，柴油机出厂日期在5～10年的（渔船4）低速和高速时NOx[g/(kW·h)]排放分别为1.14和0.17，而小于5年的（渔船1）的渔船NOx[g/(kW·h)]排放分别为3.05和0.46，小于5年的渔船无论在低速还是高速均高，其可能原因与实际使用时间和保养状况有关。

由表5可知，同一艘渔船，在低速航行时的NOx和CO排放值，普遍要高于高速航行时的排放值。如（渔船7）渔船，NOx在低速航行时的排放值与高速时排放值相比，高达14.09倍；CO则在低速航行时的排放值是高速航行排放值的53.9倍。其可能的原因是高速时，机器运行更接近或达到柴油机的额定功率，燃油的燃烧效率更高。因此，渔船应多选择高速航行，减少尾气排放量。由于低速行驶主要是在码头和作业区，考虑到作业区可能会比较分散，而码头是渔船集中地方，因此也是污染产生最严重的地方。

6.3 提高燃油品质、减少污染物排放

虽然本次检测中样品都符合规范，但是在半年后，即2017年7月1日起将规定硫含量≤50 mg/kg，那么，目前所采样的9条渔船燃油，将有3个样本超标，其中2个是远远超标，而到1年后，即2018年1月1日，将规定硫含量≤10 mg/kg，那么目前所采样的9条渔船燃油，几乎都不达标，这应当值得特别关注。燃油中的硫几乎都氧化成为柴油机废气排放的主要污染物SOx。降低SOx的根本措施在于采用低含硫量优质燃油。当前，燃油市场仍比较混乱，缺乏有效监管，经营者鱼龙混杂、燃油品质参差不齐[15-16]。不仅不法商贩制造兜售劣质燃油，许多渔民也贪图小利，选用一些价廉物劣的油料，其直接的后果是使得劣质燃油的市场得以继续生存，油品也就越来越差，从而更加剧了大气污染的程度。因此在政策管理上，需要加强对劣质燃料油的限制和管控，对高品质柴油使用的宣传和鼓励。

6.4 加强渔船尾气后处理系统的开发应用

渔船尾气的技术手段控制，主要包括燃料预处理、工作过程处理、尾气后处理等三类。燃料预处理包括降低燃油含有害物（硫）含量、使燃油乳化等，工作过程处理主要包括废气再循环、改变喷油器结构参数等，尾气后处理包括尾气的再燃烧处理、催化还原等。尾气后处理是未来船舶尾气污染控制技术的主要发展方向。尾气后处理将柴油机废气排放的污染物，特别是NOX等通过选择性吸附或催化还原等进行处理，减少污染物的排放浓度。目前在内陆渔船中，没有对渔船尾气后处理进行相关实践应用[17]。但据相关资料，在许多航运船舶中采用渔船废气后处理系统，以尿素为催化剂，将氨与NOX分离为无害的N2和水蒸汽。

6.5 应重视其他排放物的控制

在柴油机排放的有害物质中，氮氧化物和硫氧化物的危害性最大，也是最直接的，对其排放的控制是重点[18-21]。本次测试只对这两者进行了检测，未对其他排放物进行检测。实际上，渔船尾气中排出大量的浓烟，危害也是极大的。柴油机颗粒物(PM)的生产机理是燃油分子经过氧化中间产物或热解产物形成初始凝聚相物质，通常包括各种不饱和的凝聚反应导致初始可辨认颗粒（晶核）的出现。颗粒物(PM)主要由碳烟、未燃烧的燃油、润滑油、硫酸盐等组成，能导致身体炎症，并引起哮喘和心肺疾病。此外，GB 20891-2014标准对HC+NOx进行了限制，但由于此次测量未测HC，因此无法判断这项指标是否超标。因此，在后续检测中需要补充这些检测指标。

6.6 制定措施鼓励渔船升级换代

虽然中国内陆渔船排放总体达标，但由于渔船数量众多，排放总量也不容小视。新材料的运用可以减少大量的能源消耗，据统计，玻璃钢船比同尺度钢质船舶节省燃油可达10%，也相应地减少了污染的排放[22-24]。应大力鼓励渔船上使用太阳能、风能和LNG等清洁能源[15-27]。可以制定一些经济补偿、减税等激励政策，鼓励老旧渔船的更新换代，从而推进渔船柴油机空气污染的治理工作的平稳进行。

7 结论

开展渔船尾气排放调研是渔船防治大气污染的基础性工作。通过对内陆捕捞渔船进行的调研，了解了内陆渔船柴油机实际使用及排放情况，对其尾气排放面临的问题有了初步的认识，为相关渔船监管部门制定渔船废气排放标准、制定防治渔船大气污染控制方案提供了技术支持。初步了解了中国内陆渔船使用燃油的品质情况，为后续油品升级提供了相关的参考依据。通过调研、实船检测、油品抽样检测及研究分析，内陆捕捞作业渔船尾气排放总体情况较好，但仍有进一步提升的空间。

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Investigation on Exhaust Emissions of Inland Fishing Vessels in China:A Case Study of Fishing Boats in Hunan and Jiangxi

Bao Xuteng,Huang Yixin,Zhao Ping
(Institute of Fishery Machinery and Equipment,Chinese Academy of Fishery Sciences,Shanghai 200092,China)

With the development of environmental protection and the sustainable development of economy and society,the issue of exhaust emissions from fishing vessels has gradually attracted attention of management and industry.Interviews were conducted in Yueyang,Yuanjiang and Shangrao in Hunan and Jiangxi,and a field detection of nine fishing vessels was carried out with the smoke test instrument,including eight wood ships and one steel ship,whose length were all below 12 m and the total power was less than 44.1 kW.Nine oil samples were taken and sent to the national professional institution through a professional transport company for testing and analysis.The results showed that the index of CO emission of three fishing boats did not reach the discharge standard of the third stage under low running speed conditions,which was less than 5.5 g/(kW·h),the other six fishing boats were all reached the discharge standard,the rate was 83.3%.According to the classification requirements of GB252-2015 ordinary diesel oil,all oil samples met the requirements and the passing rate was 100%.On the whole,the exhaust emissions from fishing boats in inland China have less impact on air quality.There is almost no correlation between the emission and the service year of diesel engine.The fuel quality should be improved,contaminant emissions should be reduced,and the development and application of the post treatment system of exhaust gas should be strengthened.The overall emission of fishing vessels in inland is better,but there is still room for further improvement.

Tail Gas of Fishing Boat;Air Pollution;Energy Saving and Emission Reduction;Inland Fishing Vessel

X511

A论文编号：cjas17070021

渔政管理项目“渔业节能减排宣传与技术基础研究工作”(2017LKY012)。

鲍旭腾，男，1983年出生，浙江兰溪人，助研，硕士，主要从事渔业装备工程技术及信息战略研究。通信地址：200092上海市杨浦区赤峰路63号3号405室，Tel：021-65978533，E-mail：baoxuteng@fmiri.ac.cn。

2017-07-21，

2017-10-12。