船舶柴油机NOx排放的控制措施
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摘要：MARPOL73／78公约附则VI――“防止船舶造成大气污染规则”对船舶柴油机氮氧化物(nox)的排放进行了严格的限制，已有高达全球商船总吨位的81.88％的缔约国通过了该附则及其后续修正案。船舶柴油机的NOx排放控制措施有机内控制和机外控制两种。机内控制包括了气缸直接喷水(DWI)、增压空气加湿等措施。机外控制则是指是在机内控制基础上，为了进一步降低排放量而采取的措施，主要应用的是选择性催化还原技术(SCR)。
关键词：氮氧化物 机内控制 机外控制 DWI SCR
中图分类号：U664
文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2012)02(a)-0084-01
1 船舶柴油机NOx的排放规范
国际海事组织(IMO)海上环境保护委员会(MEPC)从1988年就开始正式着手于防止船舶造成大气污染议题的研讨及审议工作。1997年9月15日至26日，MARPOL73／78公约的60个缔约国政府代表及15个非缔约国观察员在IMO总部召开了1997年防止大气污染国际会议，会议通过了MARPOL73／78公约的1997年议定书及8个决议。议定书将“防止船舶造成大气污染规则”作为附则Ⅵ纳入MARPOL73／78公约，并于2005年5月19日生效。美国在2008年10月9日向IMO提交批准书，成为第53个批准MARPOL73／78公约附则Ⅵ的国家。从该附则的最新批准情况看，已有高达全球商船总吨位的81.88％的缔约国通过了该附则及其后续修正案，附则Ⅵ的条款也更加细化、明确。MEPC第58次会议于2008年10月6日至10日在英国伦敦IMO总部召开，会议一致通过了MARPOL73／78公约附则Ⅵ关于减少船舶排放废气的修正案，对船舶大气污染物的排放提出了进一步的要求。该修正案已于2010年7月1日默认生效。在船舶NOx排放控制方面，修正案制定了三层控制标准，其中第三层控制标准最为严格。该标准要求当船舶航行于指定的排放控制区时，建造时间在2016年1月1日及以后的船舶上安装的柴油机的氮氧化物(NOx)排放量必须在下列限值内：
低速机(n
中速机(n=130～2000r／min)为9×n-0.2g／(kw・h)；
高速机(n>2000r／min)为2.0g／(kW・h)。
2 船舶柴油机NOx的排放控制
船舶柴油机的排放控制措施分为机内控制和机外控制。机内控制是指在可燃混合气燃烧之前采取的降低污染物排放的措施，包括了燃油乳化、气缸直接喷水、增压空气加湿、废气再循环技术(EGR)等。机外控制则是指是在采取上述措施的基础上，为了进一步降低排放量，以期满足附则Ⅵ的要求所采取的措施，包括了选择性催化还原技术(SCR)，废气洗涤法等。以下对目前船舶柴油机常用的控制NOx排放的措施加以重点说明。
2.1 气缸直接喷水(DWI)
气缸直接喷水技术(DWI)通过专门的复合型喷油器将水和燃料油依次喷入燃烧室，从而实现水与燃烧混合气的掺混，进而降低了燃烧的温度，NOx排放量可以减少约50％～60％。如图1所示，气缸直接喷水系统的核心元件是同时拥有喷水针阀6和喷油针阀7的复合型喷油器。液压高压水泵2将清洁的淡水增压到20MPa～40MPa，高压淡水被输送至装在每个缸头上的机械式流量保险装置3，最后通过喷水针阀进入气缸，何时喷水以及持续的时间由控制单元4通过电磁阀5的启闭确定，在水流量过大的情况下；机械式流量保险装置可以紧急切断向气缸的供水。向燃烧室的喷水应当在上止点前完成，喷水行程结束后则开始喷油。
2.2 增压空气加湿
亦称为进气空气加湿，在压气机后将高压水雾喷入经过增压的空气。这种方法可减少50％～60％的NOx排放，从而使主机的热负荷降低，柴油机的运行清洁性也得以提高。增压空气加湿系统结构较为简单、成本不高且基本上不增加燃油消耗率，但是采用增压空气加湿技术需要消耗较多的淡水且对水质有较高的要求，并且不可避免地会对柴油机气阀和阀座产生一定的腐蚀。
2.3 选择性催化还原法(SCR)
该方法是用氨作还原剂对含NOx的柴油机排气进行处理，使氨能和NOx有选择地进行反应，故称之为选择性催化还原法。该技术能降低NOx的排放达85％～90％，对柴油机的燃油消耗率也完全不构成影响。当然，采用SCR技术的系统装置其体积庞大，投资费用和运行费用均很高，并且在负荷变化时氨的喷入量较难控制。尽管如此，因为SCR技术对降低船舶柴油机NOx排放的效果非常好，所以是当前降低NOx排放的机外控制技术的第一选择。
3 结语
保护海洋环境已成为我们全人类共同担负的使命。控制船舶柴油机废气的排放，使防污染与航运事业的发展保持同步至关重要，决不能放任船舶污染物的排放。
参考文献
[1]殷佩海.船舶防污染技术[M].大连海事大学出版社，2000
[2]江彦桥.海洋船舶防污染技术[M].上海交通大学出版社，2000
[3]孙永明.海洋与港口船舶防污染技术[M].人民交通出版社，2010