关于降低船舶柴油机关于降低船舶柴油机NOxNOx排放措施的探讨排放措施的探讨摘摘 要：阐述了船舶柴油机气体要：阐述了船舶柴油机气体NOXNOX排放对环境的影响，介绍了排放对环境的影响，介绍了IMOIMO 关于船舶柴油机废气排放的有关规定，提出了针对关于船舶柴油机废气排放的有关规定，提出了针对NOXNOX排放的排放的 应对措施，详细讨论了降低应对措施，详细讨论了降低NOXNOX排放的几种有效方法。排放的几种有效方法。关键词：关键词：NOXNOX排放；排放；EGREGR；SCRSCR；WIFWIF；SAMSAMAbstract:Abstract: ThisThis paperpaper expoundsexpounds thethe influenceinfluence ofof thethe NOXNOX emittedemitted fromfrom thethe marinemarine engineengine onon thethe environmentenvironment andand introducesintroduces thethe IMOIMO conventionconvention concerningconcerning thethe emissionemission ofof marinemarine diesel.diesel. MeasuresMeasures areare describeddescribed toto reducereduce thethe NOXNOX emissionemission andand severalseveral effectiveeffective solutionssolutions areare alsoalso discusseddiscussed inin thisthis paper.paper.KeyKey words:words: NOxNOx emission;emission; EGR;EGR; SCR;SCR; WIF;WIF; SAMSAM近年来，由于气候变暖、环境污染所造成的各种各样的灾害和近年来，由于气候变暖、环境污染所造成的各种各样的灾害和 对人类生命财产的影响，使得船舶及航运业对环境污染的问题对人类生命财产的影响，使得船舶及航运业对环境污染的问题 成为国际社会关注的焦点，船舶减排面临前所未有的挑战。当成为国际社会关注的焦点，船舶减排面临前所未有的挑战。当 前，许多国家都以非常热衷而积极的态度发展绿色船舶。绿色前，许多国家都以非常热衷而积极的态度发展绿色船舶。绿色 船舶是从设计、建造、营运到拆解的整个生命周期内，通过应船舶是从设计、建造、营运到拆解的整个生命周期内，通过应 用绿色技术最大程度上实现低能耗、低排放、低污染、高能效用绿色技术最大程度上实现低能耗、低排放、低污染、高能效 、安全健康的功能目标。、安全健康的功能目标。对船舶柴油机来讲，其排气中包含很多有害物质，例如碳氧化对船舶柴油机来讲，其排气中包含很多有害物质，例如碳氧化 物、硫氧化物、氮氧化物、固体颗粒等。其中，氮氧化物不仅物、硫氧化物、氮氧化物、固体颗粒等。其中，氮氧化物不仅 会造成环境污染，而且损害人类健康。针对会造成环境污染，而且损害人类健康。针对NOXNOX排放，国际海排放，国际海 事组织（事组织（IMOIMO）对）对MARPOLMARPOL公约重新审视梳理，不断提出了一些公约重新审视梳理，不断提出了一些 新的环保要求。在新的环保要求。在MEPC57MEPC57中，中，MARPOLMARPOL AnnexAnnex VIVI规定了规定了NOXNOX的排放要求（适用于功率超过的排放要求（适用于功率超过130130 kWkW的柴油机）：的柴油机）：TierTier I I ：20002000年年1 1月月1 1日起铺龙骨（上船台）的建造的船舶，排放要求日起铺龙骨（上船台）的建造的船舶，排放要求 ：若转速为：若转速为n130n130 r/minr/min，排放要求为，排放要求为17.017.0 g/kWhg/kWh ，若，若130130 r/minn2r/minn2 000000 r/minr/min排放要求为排放要求为45.0*n(-0.2)45.0*n(-0.2) g/KWhg/KWh，随着转速的升高，排放值降低。适用范围：全球海域，随着转速的升高，排放值降低。适用范围：全球海域 ；TierTier IIII：20112011年年1 1月月1 1日起铺龙骨（上船台）的建造的船舶，排放要日起铺龙骨（上船台）的建造的船舶，排放要 求：若转速为求：若转速为n130n130 r/minr/min，排放要求为，排放要求为14.414.4 g/kWhg/kWh 。适用范围：全球海域；与。适用范围：全球海域；与TierTier I I相比降低相比降低20%20%；TierTier IIIIII ：20162016年年1 1月月1 1日以后建造的船舶，排放要求：若转速为日以后建造的船舶，排放要求：若转速为n130n130 r/minr/min，排放要求为，排放要求为3.43.4 g/kWhg/kWh 。适用范围：排放控制区；与。适用范围：排放控制区；与TierTier I I相比降低相比降低80%80%。在排放控制区外航行时，可按。在排放控制区外航行时，可按TierTier IIII标准排放。标准排放。较少较少NOXNOX排放无非采用一级处理和二级处理两种方法来实现。排放无非采用一级处理和二级处理两种方法来实现。 一级处理方法通过改变燃烧状况降低燃烧温度来实现；二级处一级处理方法通过改变燃烧状况降低燃烧温度来实现；二级处 理不改变主机的工作状态，利用外部设备来实现。理不改变主机的工作状态，利用外部设备来实现。目前新造船舶的柴油机都已经满足目前新造船舶的柴油机都已经满足TierTier IIII 的要求，但的要求，但TierTier IIIIII的要求比的要求比TierTier IIII 的要求低了的要求低了60%60%。针对以上两种处理方式目前经过几大主机厂。针对以上两种处理方式目前经过几大主机厂 家的研究和试验，证实了通过家的研究和试验，证实了通过EGREGR ( (废气再循环废气再循环ExhaustExhaust GasGas Recirculation)Recirculation)、SCRSCR ( (选择性催化还原选择性催化还原SelectiveSelective CatalyticCatalytic Reduction)Reduction)、WIFWIF ( (油水乳化油水乳化WaterWater InIn FuelFuel Emulsion)Emulsion)、SAMSAM ( (扫气加湿扫气加湿ScavengeScavenge AirAir Moistening)Moistening)几种方法可以使柴油机的排放满足几种方法可以使柴油机的排放满足TierTier IIIIII的要求。的要求。2.12.1 EGR(EGR(废气再循环废气再循环) )EGREGR是将排气管中的一部分废气引入进气管，再进到气缸中。是将排气管中的一部分废气引入进气管，再进到气缸中。 废气的稀释作用减缓了废气的稀释作用减缓了NONO生成速度，降低了燃烧温度，从而有生成速度，降低了燃烧温度，从而有 效地降低了效地降低了NONO的排放浓度。利用的排放浓度。利用10%10%废气量进行再循环可以使废气量进行再循环可以使 氧化氮排放量下降氧化氮排放量下降30%30%，而不太影响燃油消耗率。，而不太影响燃油消耗率。利用废气再循环并不是将废气中的氧化氮再次送入柴油机以减利用废气再循环并不是将废气中的氧化氮再次送入柴油机以减 少其排放量，而是从燃烧过程的热化学反应来阻止氧化氮的形少其排放量，而是从燃烧过程的热化学反应来阻止氧化氮的形 成。在柴油机废气中，其主要成分是氮气，但也含有水蒸气和成。在柴油机废气中，其主要成分是氮气，但也含有水蒸气和 二氧化碳，水蒸气和二氧化碳的比热都比较大，这可以有效地二氧化碳，水蒸气和二氧化碳的比热都比较大，这可以有效地 降低火焰温度，减少氧化氮的形成。并且，由于燃烧室中废气降低火焰温度，减少氧化氮的形成。并且，由于燃烧室中废气 的增加，其含氧量减少，从而使氧与氮的接触机会减少，也有的增加，其含氧量减少，从而使氧与氮的接触机会减少，也有 助于降低氧化氮的生成。助于降低氧化氮的生成。图图1 1为为MANMAN公司推荐的燃烧重油的二冲程柴油机采用废气再循环公司推荐的燃烧重油的二冲程柴油机采用废气再循环 法的示意图。法的示意图。EGREGR系统主要部件：洗涤器、冷却器及水分分离系统主要部件：洗涤器、冷却器及水分分离 器、鼓风机、应急停止阀、系统启停阀、水处理单元器、鼓风机、应急停止阀、系统启停阀、水处理单元(WTP)(WTP)、N N aOHaOH中和单元和废水处理装置（中和单元和废水处理装置（WCU)WCU)。EGREGR的安装要邻近主机的的安装要邻近主机的 排烟集管。旁通的废气在进入燃烧室之前，经过洗涤器、冷却排烟集管。旁通的废气在进入燃烧室之前，经过洗涤器、冷却 器和水分分离器，利用鼓风机增压，和增压空气混合后进入空器和水分分离器，利用鼓风机增压，和增压空气混合后进入空 冷器。冷器。图图1 1 EGREGR系统示意图系统示意图在洗涤器内，因为废气中含硫，和水混合后变成酸性，要加入在洗涤器内，因为废气中含硫，和水混合后变成酸性，要加入 NaOHNaOH中和，以尽量减小腐蚀的可能性。洗涤水中含有大量的颗中和，以尽量减小腐蚀的可能性。洗涤水中含有大量的颗 粒物质，会导致粒物质，会导致WTPWTP部件的失效。因此，系统配备一套部件的失效。因此，系统配备一套WCUWCU以去以去 除颗粒物，同时，在一定程度上净化洗涤水使之满足洗涤水排除颗粒物，同时，在一定程度上净化洗涤水使之满足洗涤水排 放要求。放要求。WTPWTP向向EGREGR洗涤器提供给水，缓冲水柜是洗涤器提供给水，缓冲水柜是WTPWTP最大的部最大的部件，用来维持恒定的水流量。洗涤泵布置在缓冲柜的下方，用件，用来维持恒定的水流量。洗涤泵布置在缓冲柜的下方，用 来向洗涤器和预清洗装置供水。脏的洗涤水通过疏水器从洗涤来向洗涤器和预清洗装置供水。脏的洗涤水通过疏水器从洗涤 器底部流入缓冲柜，然后泵入器底部流入缓冲柜，然后泵入WCUWCU进行循环，处理后的净水经进行循环，处理后的净水经 过三通阀排到舷外或船上的污水舱。另外，还需要向缓冲柜供过三通阀排到舷外或船上的污水舱。另外，还需要向缓冲柜供 给淡水以及向给淡水以及向EGREGR冷却器供给海水。冷却器供给海水。为了为了EGREGR能够对负荷变化作出准确快速的反应，而且能易于操能够对负荷变化作出准确快速的反应，而且能易于操 作，作，EGREGR控制单元包括一个主控制器来控制控制单元包括一个主控制器来控制EGREGR比率（再循环废比率（再循环废 气和扫气空气的比率）、扫气空气压力和气和扫气空气的比率）、扫气空气压力和WTPWTP的启停定时，还的启停定时，还 包括一个包括一个PLCPLC来控制水系统。来控制水系统。 MANMAN公司利用完整的公司利用完整的EGREGR系统进行实船试验，试验结果表明，在系统进行实船试验，试验结果表明，在 75%75%主机负荷下，单独采用主机负荷下，单独采用EGREGR技术，技术，45%45%废气量能将废气量能将NOXNOX减少到减少到 3.43.4 g/kWhg/kWh，从而满足在排放控制区，从而满足在排放控制区IMOIMO T