控制船舶NOx排放措施
摘要：随着航运业的不断发展，船舶柴油机废气排放已日益引起人们的重视，许多国家和国际组织都在积极采取各种有效措施，把限制船舶排放物对大气的污染提到了议事日程上。本文从立法、经济、技术等几方面介绍了降低船舶NOx排放的控制措施，并对我国应对NOx排放控制提出了相应的管理对策和建议。
关键词：船舶 NOx排放 控制措施
1. 前言
近年来，随着航运业的繁荣和发展，船舶大气排放污染问题也日益严重，其中船舶排放的有害废气主要有NOx、SOx、COx、VOC等，而NOx是船舶排放产物中对人类和环境危害最大的。据挪威1998年向国际海事组织提供的资料表明，预计到2000年船舶年排放NOx达602万t，占世界排放总量的7％；SOx达634万t，约占世界排放总量的4％。船舶大气污染已经到了不容忽视的地步，特别是在港口、海峡和一些航线密集、船舶流量大的海区，船舶排放的废气甚至成为该地区的主要污染源。所以对NOx排放的控制措施的研究，已成为当今研究的热点之一。
2. 控制船舶NOx排放的措施
2.1 立法措施
通过立法强制性限制船舶排放，并辅以有助于法规有效实施的政策手段，无疑是最有力的措施。在这方面，无论在起动速度，还是在限制广度和严度方面，欧美、日本等工业发达国家走在了前面，并对国际性排放限制法规的制订与实施起到牵引与推动作用。
2.1.1 国际海事组织
国际海事组织(IMO)在73/78防污公约（MARPOL）附则Ⅵ《防止船舶造成大气污染规则》中规定：对于NOx，限制排放。2000年1月1日及以后建造的新船，低速机(n≤130r/min)为17.0g/kWh；中速机(130≤n≤2000r/min) 为45.9n(-0.2)g/kWh；高速机(n>2000r/min)为9.84g/kWh。
MEPC第57届会议对NOx排放规则作了最新修正，通过了关于新主机（根据其安装日期）的更为严格的氮氧化物排放标准修正案：第一层次要求2000年1月1日及其以后至2011年1月1日以前安装的柴油主机根据已生效的MARPOL附则Ⅵ适用17g/kWh的标准；第二层次要求2011年1月1日以后安装的柴油主机的NOx排放标准为14.4g/kWh；第三层次要求当船舶航行于指定的排放控制区域内时，2016年1月1日以后安装的柴油主机的NOx 排放标准为3.4g/kWh；在排放控制区域外仍适用第二层次的要求。
现有主机：MEPC通过了有关1990年1月1日及其以后至2000年1月1日以前安装的，输出功率在5000kw以上且每一汽缸都在90升以上的柴油主机的NOx排放限制标准为17.0g/kWh。
2.2 经济措施
2.2.1 美国
美国联邦环保局制订了减少船舶污染大气的税收政策，规定：
（1）从2001年起征收NOx排放税；
（2）每吨10000美元，依降低NOx排放的效果减收；所收税金贴补采取降低污染措施而增加的费用。
2.2.2 瑞典
（1）对NOx排放税是6$/kg, 99% 的收入在有用的能源输出上重新投资；
（2）瑞典海事管理局于1998年1月率先推出了因环境而异的港口、(泊地内)航道税收制，取消了原低额入港税和以货物重量为基础的航道税；
（3）实行具有刺激作用的减税政策。例如，NOx排放量在12-2g/kWh范围内的船舶，其所缴纳的税金按比例递减，最多可以少缴Skr1.6/grt （1.6瑞典克朗/登记总吨位）。还有，2000年前5年时间里新建或改装船艇为降低NOx排放而装用催化转换装置（SCR）时，政府可另给予船东或使用者40%设备购置、安装费的回扣（即打6折）或补贴，2000年以后逐步将回扣额度微调到30%。该政策规定，回扣的这部分款项必须从船舶缴纳的入港税中支出。据称，这样一种税收、回扣政策，既不增加政府收入，也不使航运业的整体费用提高，"惟肇污染者付钱"。瑞典政府推行这一财政支持机制后，已对1000多艘船的船东或使用者作出使用低硫燃料、装用SCR的承诺，收到了积极效果。
2.2.3 其他发达国家
挪威、德国、丹麦、芬兰和法国等也正在或计划构筑类似的排放税框架，旨在通过进入港口国船舶排放直接与排放税挂钩（排放NOx和SOx越多，缴纳入港税或航道税越高）的办法，净化这些国家划定的“特别海区”。
2.3技术措施
船舶柴油机NOx排放的控制措施大体可分为燃料预处理、工作过程处理和排气后处理三类。其中预处理可分为：采用低氮燃油或甲烷(或LNG)等低氮燃料、燃油乳化等；过程处理包括：废气再循环、喷油定时延迟、改变喷油器参数及燃油一水分层喷射；后处理包括：废气再燃烧处理和催化还原法处理。下面对目前船用柴油机常用的控制NOx排放的措施加以重点说明。
2.3.1 燃油乳化（Water-in-Fuel Emulsion）
燃油乳化，是指燃油在喷入气缸前，在燃油中混和一定的水份，并在超声波和机械搅拌的作用下，将重油乳化成为油包水的油滴。喷入气缸后由于水蒸汽的“微爆”作用使油滴破碎成更细小的油滴，因而促进了混合气的形成和燃烧。燃烧过程中，由于水的吸热作用，可降低最高燃烧温度，水与油混合喷入还可以降低燃油密度，使最高燃烧温度进一步降低，从而减少柴油机的NOx排放量。
2.3.2 优化柴油机结构参数和运行参数
优化柴油机结构参数和运行参数，包括：
（1）改善燃烧系统，如采用分隔式燃烧室、直喷式加大燃烧室直径、增大深比等；
（2）优化供给系统，如减小喷油正时、提高喷油速率等；
（3）改善进气系统，如加强进气漏流、增大充气量等。
所有这些措施，虽都能在一定程度上降低NOx排放，但是效果不明显，使柴油机可靠性下降，并且带来柴油机组件重新设计制造的麻烦。
2.3.3 湿空气动力系统（HAM-Humid Air Motors）
湿空气动力系统由于采用另外的设备来冷却进口空气和增加其水蒸汽含量．使湿度在大气中提高了几倍．从而使NOx的降低量到达7O％左右．该装置可以取代增压空气冷却器(但应考虑与增压器的匹配问题)。另外．采用该方法的同时还可以采用注水法以加强降低NO 排放的效果。
2.3.4 CASS技术（Combustion Air Saturation System）
它的实现方式，通常是在增压器末端喷入高压水，有时为了防止混合气中水蒸汽再次凝结，需要提高空冷器的温度。跟其他降低NOx排放措施相比，降低NO 能力的较强，达到50％～60％ ，并且不会影响燃油消耗率；可降低柴油机的热负荷，提高柴油机的洁净性；系统结构简单、成本低、不增加燃油消耗率；必要时可屏蔽掉喷水系统，而不影响柴油机的正常运转。
2.3.5 DWI技术 (Direct Water Injection)
实现方式是通过组合的喷油器将水和燃油喷入燃烧室，实现水与燃烧混合气的混合。如果需要也可以在不影响柴油机工作的情况下屏蔽掉喷水系统。DWI技术能降低NOx排放50％ ～60％；可降低柴油机的热负荷，并提高柴油机运行的清洁性；消耗淡水量较少。但是，DWI技术会导致燃油消耗率略有提高;燃烧含硫量较高的燃油时需考虑燃烧室材料和采用特殊的喷嘴。
2.3.6选择性催化还原法（SCR-Selective Catalytic Reduction）
用氨做还原剂对含NOx的气体进行催化还原处理，使氨能有选择地与气体中的NOx进行反应，而不与氧发生反应，称为选择性催化还原法。选择性催化还原法来降低废气中的NOx，是利用废气在通过一层特殊的催化剂之前与氨相结合，温度为300～400℃，使NOx还原为N2和H2O。
选择性催化还原系统利用选择性催化还原技术对柴油机的废气作后处理可除去高达90％的NOx，部分烟气和碳氢化合物亦会被SCR中的反应器的氧化作用除去。因此SCR技术能够较好的满足一些航区对NOx排放控制较严的要求。
各技术措施性能列表
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注：部分数据来源于MEPC 56/4/7，The need to reduce emissions of nitrogen oxide from existing engines。
控制柴油机废气排放技术的种类很多，影响柴油机动力性、经济性的程度也各不相同，单纯某一种降低NOx排放的措施，不能满足排放法规越来越苛刻的要求，综合利用机内、机外的几种控制排放措施，是发展的必然趋势。
3. 中国应对NOx排放控制对策建议
3.1实施日趋严格的NOx排放标准
从美、日、欧等西方发达国家控制NOX排放的经验表明，制定并实施日趋严格的NOX排放标准是控制NOX排放量的根本手段。加强我国船舶污染防治立法,建立和完善我国的海洋环境法体系。在加强国内船舶污染防治立法的同时, 学习和借鉴外国船舶污染防治立法的先进经验和行之有效的管理办法,采用各国通行的船舶污染防治和海洋环境保护制度与措施，并根据实际需要,尽可能地参加有关公约，应尽力与国际接轨，将国际公约具体化、国内化。
3.2加强NOx排放控制技术的研究开发与推广应用
目前，我国低NOx燃烧控制技术水平与发达国家尚有很大差距。国家应集中组织各大生产厂家、大专院校、船级社跟踪先进技术，主动参与与改造现有船舶，加大对NOx排放控制技术的研发力度，并制定相关配套措施促进各种NOx排放控制技术的推广应用，降低NOx排放水平。
3.3强化对船舶NOx排放源的监督管理
海事主管机关作为海上防治船舶污染的主管机关，无论从环境保护的角度出发还是从履行国际公约的角度出发，都有责任和义务对船舶排放NOx实施源头管理，加强对船舶污染情况的监督检查。通过港口国监督检查等行政手段，严格控制到港的外国籍船舶，必要时对带来严重污染的船舶，采取处罚措施，，努力将海域污染降到最低限度。
4. 结语
综上所述，国际上控制NOx排放的措施已经有很多，MARPOL73/78附则VI也已在我国生效。针对中国船舶NOx排放现状及我国经济、技术发展水平，尚面临诸多紧迫问题。必须深入研究，早做准备，参照美、日、欧等发达国家经验，采取积极的应对措施，树立海事主管机关履约地位，维护我国航运公司利益和航运大国形象。
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