长江口水域船舶黑烟排放成因及监管建议

李 凯 郭俊东 王 蕾 王鹤荣

（吴淞海事局，上海 200940）

0 引言

长江口水域是船舶进出长江和上海港，以及南北航行船舶必经之处。目前，该水域每天船舶流量超过1 000 艘次[1]，其中许多船舶存在排放黑烟的问题。医学研究表明，船舶黑烟排放对人体有负面影响，柴油机排放的黑烟成分在世卫组织2017 年A 类致癌物质排名第39 位[2]。美英等国已经将船舶排放黑烟的行为纳入执法体系，中国香港特别行政区也作出了相关规定。近年来，上海、江苏等地区相继出台规定，船舶在航行中排放明显可见黑烟的行为属于违法行为。本文在研究长江口水域船舶黑烟排放原因的基础上，提出了预防措施和监管建议，为船舶减少黑烟排放和主管部门有效监管提供了指导。

1 船舶排放黑烟的危害

船舶排放的黑烟主要包含碳一氧化碳、二氧化硫、苯并芘、碳氢化合物、氮氧化合物、含铅化合物及固体颗粒物等污染物。船舶黑烟排放对环境和人类健康造成多种危害，包括[3]：

1）空气污染：船舶黑烟排放中的颗粒物和有害气体会污染空气，导致雾霾并对人体呼吸系统造成刺激和损害，增加呼吸道疾病风险。

2）气候变化：船舶黑烟排放的碳氢化合物和二氧化碳是温室气体的主要来源之一，导致大气温度上升，加剧全球气候变化，引发极端天气、海平面上升和冰川融化等问题。

3）水质污染：船舶黑烟中的颗粒物降落到水体中，导致水质污染。这些颗粒物含有有害物质，对水生生物造成毒害，破坏水生态平衡。

4）生物多样性损失：船舶黑烟排放引发的气候变化和水质污染等环境问题对海洋生物多样性产生负面影响，破坏海洋物种的生存和栖息地，威胁整个生态系统的稳定性和可持续性。

5）城市景观受损：船舶黑烟排放导致的空气污染使城市空气质量下降，影响城市景观和居民的视觉体验。黑烟中的灰尘也会落在建筑物、车辆和公共设施上，破坏城市环境美观。

6）其他危害：船舶黑烟排放会增加柴油燃料消耗，降低功率，增加磨损，并使柴油机过热，引发活塞和气门大量积炭，影响柴油机使用寿命[4]。

2 长江口水域船舶黑烟排放相关的法律要求

2014年10月1日，《上海市大气污染防治条例》正式实施，修正版于2018 年12 月20 日通过，自2019 年1 月1 日起施行。其中，第四章《防治机动车、船排放污染》中第三十九条第五款规定：“在本市行驶的机动车船不得排放明显可见的黑烟。”第八十六条规定：“违反本条例第三十九条第五款规定的,由海事部门责令改正，可以处一千元以上一万元以下罚款；情节严重的；处一万元以上五万元以下罚款。”

2018 年11 月30 日，交通运输部制定了《船舶大气污染物排放控制区实施方案》，对船舶排放硫氧化物、氮氧化物、颗粒物和挥发性有机物等大气污染物作出了具体要求[5]。

3 长江口水域船舶黑烟排放的现状

航经长江口水域的船舶多为大型海船，包括散货船、集装箱船、液货船、杂货船、滚装货船、气体运输船、邮轮、工程船等。除了使用新能源如LNG、甲醇等作为燃料的船舶外，其他船舶在启动、机动航行和巡航等工况下往往存在排放黑烟的行为。特别是船龄超过10 年的船舶，排放黑烟的概率较船龄在10 年以内的船舶更高。

4 长江口水域船舶黑烟排放的成因

长江口水域船舶排放明显可见黑烟的案例，主要是由于船舶柴油机（包括主机和副机）故障以及燃油锅炉燃烧不良引起的。

4.1 船舶柴油机故障

船舶供油系统故障、燃烧系统故障、进气排气系统故障极易导致排放黑烟。这些故障包括但不限于以下情况：

（1）供油系统故障

①供油提前角异常:供油提前角过大或过小会影响柴油进入气缸后的燃烧性能。过大的供油提前角会导致出现较多早燃情况，致使燃烧不完全，产生大量的黑烟。如果供油提前角设置过小，极易在燃油喷入气缸时，出现错过最佳时机的情况，致使燃油与空气混合不均，燃烧不完全，而产生黑烟。

②出油阀或喷油泵柱塞磨损：若喷油泵柱塞或出油阀被严重磨损，喷油泵的泵油压力极易下降，影响供油压力上升速度,会使燃油喷射过程延长，喷油雾化质量也会受到影响,从而导致燃烧不充分,产生黑烟。

③喷油嘴损坏：喷油嘴如发生雾化不良、严重滴油或卡死，燃油喷射质量会降低，致使燃烧不完全，产生黑烟。喷油压力异常（过大或过小）也会影响喷油时间，导致燃油燃烧不完全，产生黑烟。

④喷油泵调速器故障：喷油泵调速器问题会导致喷油器与油门控制机构不平衡，从启动时就可能出现黑烟排放。

⑤喷油泵供油量过大：若喷油泵的供油量过大，大量燃油进入气缸后将发生不充分燃烧，产生黑烟。

（2）燃烧系统故障

①气缸压力不足：若活塞顶部间隙过大或者气阀的密封不严会导致气缸压缩压力和温度降低，燃油燃烧不充分，产生黑烟。气阀座圈凹入太深也会降低气缸的压缩比，进而影响燃烧性能。

②气阀间隙不正确：若气阀间隙过大会造成气阀开启持续时间缩短，进气量减少，燃油燃烧不完全，产生黑烟。

③气缸内气体压缩不良：若活塞与缸套之间的磨损过大或活塞环严重磨损，或是气阀密封不良会导致气缸漏气，都会影响气缸的压缩性能，燃油燃烧不充分，产生黑烟。

④进排气系统故障

（3）导致柴油机冒黑烟的进气系统问题主要有以下几点：

①空气滤清器问题：如果空气滤清器脏污，或是使用劣质的空气滤芯，会使阻力增加，进入气缸的新鲜空气量会减少，导致燃烧不完全，排放黑烟。

②进气管问题：若进气系统发生堵塞，或者进气管过长，会导致进气阻力增加，致使燃烧不完全，从而产生黑烟。若进气温度过高，同样也会致使燃烧不完全，产生黑烟。

③排气系统问题：若排气系统安装不合理，例如：排气管过长、过细，或消声器安装不合适，会导致排气阻力增加，致使得排气不畅，导致燃烧不完全，产生黑烟。

（4）其他问题

如果经过排除以上问题后，柴油机仍然排放黑烟，可以考虑以下因素：

①燃油质量问题：使用不合适的柴油，如标号不正确、黏度过大或质量差的柴油，会使燃烧不完全，导致黑烟排放，并可能导致燃烧室和排气系统积炭。

②环境因素：高环境温度会导致燃油和进气温度升高，降低了充气密度和燃油气化能力，使燃烧条件恶化，造成燃烧不完全和黑烟排放。

③设备匹配问题：柴油机与动力输出装置（例如变速箱或螺旋桨）不匹配，或者是设备本身存在问题，可能会导致柴油机排放黑烟。如果更换了变速箱或螺旋桨后出现黑烟问题，可能是因为柴油机与新装置不匹配。

4.2 船舶燃油锅炉燃烧不良

船舶排放明显可见的黑烟的原因有一部分是燃油锅炉燃烧不良造成的，主要有以下几种情况：

（1）燃油质量差：使用含有多种杂质、黏温性差的燃油容易导致喷油嘴堵塞、雾化不良等问题。

（2）燃油燃烧不充分：进风挡板设置不当、风油配比不合理、布风器脏污等因素会导致进风量不足，使燃油无法充分燃烧。

（3）燃油雾化质量差：燃油压力低、油温低、喷嘴老化或堵塞等都会影响燃油的雾化效果，从而导致燃烧不良。

（4）炉膛和供风温度过低：冷炉点火时，特别是在冬季，进风温度过低会影响燃烧的质量。

（5）燃油泵供油系统故障：供油泵故障、老化等问题会导致燃油供应不稳定，油压波动，进而影响雾化效果和燃烧质量。

（6）烟道发生二次燃烧事故：过多的积灰会导致烟道发生二次燃烧，进而导致柴油机冒黑烟[6]。

5 预防措施

5.1 船舶柴油机预防措施

（1）供油系统：定期检查供油提前角、喷油泵和喷油器的磨损情况，并保持良好的雾化效果，避免供油量过大。

（2）燃油系统：确保气缸压缩压力正常，检查和调整活塞顶间隙和气阀间隙，并保持气阀的良好密封。

（3）进气系统：定期清洗空气滤器，避免堵塞，确保足够的空气供应。

（4）排气系统：确保排气系统正确安装，没有漏气或阻塞。

（5）其他方面：选择质量好的燃油，避免使用不易着火的劣质燃油，防止环境温度过高，导致燃油气化不完全，确保柴油机与设备的动力输出装置匹配。

5.2 燃油锅炉预防措施

（1）加装正规燃油，当发现锅炉喷嘴容易被油渣堵塞、喷油嘴和布风器容易脏污时，应及时向公司反馈燃油质量，加装合格燃油。

（2）设置正确的风油比，保证充足的风量和燃油混合均匀。

（3）按照要求设置燃油压力和加热器温度，并定期清洁和更换喷油嘴。

（4）冷炉点火时，先使用轻柴油，待炉膛温度升高后再转换为重油，并保持机舱温度。

（5）定期检查和更换燃油泵组件，保持燃油泵的良好工作状态。

（6）定期清洗烟道积灰，保持烟道畅通。

（7）检查和清洗燃油供应系统和喷射系统中的滤器，并及时更换故障的压力仪表。

（8）在自动控制的锅炉负荷低时，适当增加油舱加温阀或部分蒸汽泄放来增加负荷，避免低负荷运转。

6 长江口水域船舶黑烟排放监管建议

自《上海市大气污染防治条例》实施以来，在航船舶航经长江口水域时，发生排放明显可见黑烟的行为已经被列入违法行为清单。执法人员通过宣传教育、现场执法等方式对该水域船舶进行治理，大气环境得到明显改善，但仍有船舶航经该水域时排放明显可见的黑烟。因此，有必要对违规排放黑烟的船舶进行监管。参考目前国内外生效的法律法规及相关管理规定，结合辖区长江口水域航行船舶的实际情况，建议：

1）加强法律法规建设，制定和完善相关法律法规，明确船舶黑烟排放的限制标准和监管要求，确立相应的惩罚措施和处罚力度，同时，加强执法力度，确保违规排放行为得到有效打击。

2）推动清洁能源转型，促进燃料升级和燃烧技术改进。除了推广低硫燃料和洁净燃料，还可以鼓励船舶使用新兴的清洁能源如氢燃料电池、电动船舶等，减少对传统燃料油的依赖，进一步降低船舶黑烟排放。

3）加强监测和取证方法，对黑烟的鉴定更加科学合理。建立船舶黑名单机制和处罚分级管理机制，对违规排放的船舶严格追责。加大宣传教育力度，普及船舶黑烟排放危害的认识，提高环保意识。对于绿色船舶和环保措施出色的船舶，给予奖励和荣誉。

4）引入经济激励措施，如给予使用清洁燃料船舶税收减免、补贴或贷款利率优惠等，鼓励船舶业主和运营商升级船舶燃料和减少黑烟排放。

5）加强船舶黑烟排放的宣传教育工作，向船舶业主、船员和相关从业人员普及相关知识，提高他们对黑烟排放危害的认识。同时，提供技术培训和支持，推广先进的燃烧技术和减排设备的应用。

6）加强国际合作与经验交流，积极参与国际组织和项目，与其他国家和地区分享经验和最佳实践，学习先进的监管模式和技术，提升船舶黑烟排放监管水平。