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船用柴油機(jī)減少NOx排放措施

文檔作者：黃萬能文檔來源：浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年07月07日
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船用柴油機(jī)減少NOx排放措施
黃萬能
(浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院浙江杭州311112)
摘要介紹了減少NOx排放的法律與政策措施．著重從機(jī)前凈化措施、機(jī)內(nèi)凈化措施和機(jī)后凈化措施3個(gè)方面闡述了船
用柴油機(jī)減少NOx排放的技術(shù)措施。
關(guān)鍵詞柴油機(jī)NOx排放措施
中圖分類號(hào)：U664．121 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1672—9064(2010)04-0100—03
在船舶運(yùn)輸過程中．船舶對(duì)周圍大氣排放了諸如揮發(fā)性
有機(jī)物、氯氟烴、一氧化碳、二氧化碳、硫氧化合物、氮氧化合
物、煙塵等這些污染物．在這些污染物中．危害最大的是氮氧
化合物、硫氧化合物，在氮氧化合物中主要是一氧化氮和二
氧化氮，他們通稱為NOx。一氧化氮在空氣中是無色氣體。它
通過與水的緩慢作用形成具有強(qiáng)烈刺激性氣味的紅棕色的
二氧化氮．二氧化氮的毒性很強(qiáng)，其中毒臨界值在3ppm，它
對(duì)血液有毒性作用．會(huì)使神經(jīng)麻痹．對(duì)肺部都有很強(qiáng)的刺激
作用．而且在強(qiáng)烈的陽光下還會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起二次污
染。據(jù)挪威向國(guó)際海事組織提供的資料表明．船舶年排放
NOx達(dá)602萬t。占世界排放總量的7％。針對(duì)越來越嚴(yán)重的
船用柴油機(jī)排放NOx的污染問題．國(guó)際海事組織和世界各
國(guó)都制定了越來越嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)和排放規(guī)范．適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)
是每一艘船舶所面臨的迫切問題。
l法律與政策措施
通過制定法規(guī)．強(qiáng)制性限制船舶排放．并輔助有效實(shí)施
的政策手段，這是最有力的措施。在這方面．歐美發(fā)達(dá)國(guó)家走
在前面．并對(duì)國(guó)際性排放限制法規(guī)的制訂與實(shí)施產(chǎn)生了一定
的牽引與推動(dòng)作用．
歐洲內(nèi)燃機(jī)制造商協(xié)會(huì)委員會(huì)對(duì)船用柴油機(jī)排放限量
作了如下的規(guī)定(分兩個(gè)階段實(shí)行)：1996年開始實(shí)行NO'x：
9．89／kWh 1999年開始實(shí)行NOx：8．09／kWh
瑞典海事管理局于1998年1月率先推出了因環(huán)境而異
的港口、航道稅收制．取消了原低額人港稅和以貨物重量為
基礎(chǔ)的航道稅．把應(yīng)繳納的入港稅、航道稅直接與排放掛鉤
的辦法。與此同時(shí)，挪威、德國(guó)、丹麥、芬蘭和法國(guó)也正在或計(jì)
劃構(gòu)筑類似的排放稅框架。瑞典政府還實(shí)行了具有刺激作用
的減稅政策。對(duì)于NOx排放量在12。29／kWh范圍內(nèi)的船舶．
其所繳納的稅金按比例遞減．最多可以少繳Skrl．6／grt(即
NOx為29／kWh時(shí))。在2000年前5a時(shí)間里新建或改裝船舶
為降低NOx排放而裝用催化轉(zhuǎn)換裝置(SCR)時(shí)，政府可另給
予船東或使用者40％設(shè)備購(gòu)置、安裝費(fèi)的回扣(即打6折)或
補(bǔ)貼，2000年以后逐步將回扣額度微調(diào)到30％。該政策規(guī)
作者簡(jiǎn)介：黃萬能(1971。)，男，實(shí)驗(yàn)師。教師。
2010．No．4．
定．回扣的這部分款項(xiàng)必須從船舶繳納的入港稅中支出。這
樣一種稅收回扣政策．既不增加政府收入．也不使航運(yùn)業(yè)的
整體費(fèi)用提高。
美國(guó)聯(lián)邦環(huán)保局也制訂了減少船舶大氣污染的排放稅
收政策．它規(guī)定從2001年起征收10000美元／t NOx的排放
稅．并實(shí)行對(duì)低NOx排放船舶按降低效果減收排放稅、將所
收稅金用于貼補(bǔ)采取降低排染措施所增加的費(fèi)用。
國(guó)際海事組織(1MO)在73／78防污公約中新增附則Ⅵ
《防止船舶造成大氣污染規(guī)則》于今年5月19日正式生效，
該規(guī)則規(guī)定每一臺(tái)在2000年1月1日或以后建造的船舶
上．輸出功率超過130kW的柴油機(jī)，以及每一臺(tái)在2000年1
月1日或以后經(jīng)過重大改裝的輸出功率超過130kW的柴油
機(jī)．其NOx排放的排放應(yīng)限值是低速機(jī)(N≤130 r／min)為
17．0 g／kWh；中速機(jī)(130。<2000>2000 r／min)為9．84 g／kWh。·
2減少NOx排放的技術(shù)措施
減少NOx排放的技術(shù)措施很多．但歸納起來主要有3
方面：機(jī)前凈化措施、機(jī)內(nèi)凈化措施和機(jī)后凈化措施。
2．1機(jī)前凈化措施
對(duì)于進(jìn)入柴油機(jī)前的燃油或空氣進(jìn)行預(yù)先處理．以期減
少缸內(nèi)燃燒過程中所產(chǎn)生的NOx排放物。其主要措施有改
變?nèi)加推焚|(zhì)和燃油摻水。
2．1．1改變?nèi)加推焚|(zhì)．
十六烷值是影響NOx排放的主要參數(shù)．其值由40增加
到50．則NOx排放下降約11％。提高燃料的十六烷值的方法
是添加適量的硝酸鹽、亞硝酸鹽和各種過氧化物等各種添加
劑．從而縮短著火延遲期．使缸內(nèi)溫度和壓力降低，最終使
NOx排放減少。
2．1．2燃油摻水
柴油機(jī)中NOx生成量取決于燃燒室中的燃燒溫度．而
水對(duì)降低燃燒過程的最高溫度以減少NOx的生成具有正面
影響．其主要摻水方法有燃油摻水乳化、燃燒空氣增濕技術(shù)
和直接噴水技術(shù)。
萬方數(shù)據(jù)
(1)燃油摻水乳化能較大幅度地減少NOx，使用乳化后
的燃油將對(duì)NOx的生成量和燃油的消耗率產(chǎn)生一定的影
響，其影響程度隨機(jī)型號(hào)的不同而不同，但在一般的情況下。
增加1個(gè)百分點(diǎn)的水將減少1個(gè)百分點(diǎn)的NOx。但是由于保
持穩(wěn)定而適用的最高水油比很低．因而燃油摻水乳化方法降
低NOx的效率只用20％～30％。
(2)燃燒空氣增濕技術(shù)，進(jìn)水管噴水使燃燒空氣增濕，但
降低NOx的效率受到水冷凝的限制．即當(dāng)水濃度較高時(shí)壓
縮空氣中的水會(huì)冷凝．從而限制了進(jìn)入氣缸的水量，所以
NOx的下降量?jī)H為10％～30％．而且該方法可能會(huì)對(duì)進(jìn)氣口
和進(jìn)氣閥造成腐蝕或侵蝕．
(3)直接噴水裝置(DWI)，是將水通過分置式噴嘴直接
噴入燃燒室．由于此方法用水量大．降低NOx的效率明顯提
高．可達(dá)50％．60％。
DWI在1999年由德國(guó)J．J．Sietas船廠建造芬蘭Trasfen．
nica租用的運(yùn)紙船(主機(jī)是Wartsila中速柴油機(jī))上使用．使
用該裝置后，船舶柴油機(jī)排放的NOx降到6 g／kWh以下．達(dá)
到最低收費(fèi)等級(jí)規(guī)定的排放要求．從而符合了瑞典政府出臺(tái)
的減稅政策。
2．2機(jī)內(nèi)凈化措施(即燃燒過程中的處理)
在燃燒過程中控制NOx含量的主要措施有：推遲噴油
定時(shí)、增壓空氣中冷、提高噴射質(zhì)量。
2．2．1推遲噴油定時(shí)
推遲噴油并提高噴油速率。推遲噴油將降低燃燒時(shí)的最
高溫度。同時(shí)又縮短了氮、氧在高溫下的停留時(shí)間，從而抑制
了NOx生成。利用此方法能將NOx排放量減少10％一15％。
2．2．2增壓空氣中冷
柴油機(jī)采用進(jìn)氣增壓技術(shù)后．由于壓縮溫度升高，在動(dòng)
力性與經(jīng)濟(jì)性提高的同時(shí)．NOx的排放量也必然增加．但在
增壓柴油機(jī)中采用空冷器不但是提高功率的措施．而且也降
低了缸內(nèi)溫度．增加了進(jìn)氣量，在一定程度上抑制了NOx的
排放，因而采用增壓中冷技術(shù)可使柴油機(jī)NOx的排放降低。
2．2．3提高噴射質(zhì)量
提高噴射質(zhì)量，保證良好的混合。通過參數(shù)(噴油定時(shí)、
噴油壓力、噴油速度、噴孔結(jié)構(gòu)等)的優(yōu)化來抑制預(yù)混合燃
燒．即減少在滯燃期內(nèi)形成的可燃混合氣量是降低NOx排
放的有效途徑．
2．3機(jī)后凈化措施
機(jī)后凈化措施是對(duì)排出的廢氣在進(jìn)入大氣環(huán)境前進(jìn)行
處理，使廢氣中有害成分的含量進(jìn)一步降低。機(jī)后凈化主要
包括廢氣再循環(huán)(EGR)、無催化反應(yīng)法(SNCR)和選擇性催
化還原法(SCR)。
2．3．1 EGR
它是將排氣管中的一部分廢氣引入進(jìn)氣管與新氣混合
后再進(jìn)入到氣缸中，用廢氣中的N：和CO：抑制缸內(nèi)的燃燒，
降低燃燒室中的溫度．從而減緩了NO生成速度．有效地降
低了NO排放濃度。但EGR在高負(fù)荷時(shí)由于減少了供氧量，
使炭煙排放增加，同時(shí)使柴油機(jī)的油耗率增加．功率下降。
2010．No．4．
2．3．2 SNCR
將適量的某種還原劑噴入廢氣或直接噴入燃燒室中．使
氮的氧化物還原。還原過程無催化劑參與。還原劑是氨，反應(yīng)
式為：
NH寸OH—+NH—H20 NHz+No_N—H如
由于此反應(yīng)式在800～10000C的溫度范圍內(nèi)．反應(yīng)才能
順利進(jìn)行，因此該方法尚未在船用柴油機(jī)中使用。
2．3．3 SCR
它是利用氨(NH，)有選擇地對(duì)氮氧化物反應(yīng)將有害的
排放物NOx轉(zhuǎn)化成無害的氮?dú)夂退羝暮筇幚硌b置。其
基本反應(yīng)式為：
4N0+4NH3+02_叫-N2+6H20
6N02+8NHr斗7Nz+1 2H20
SCR實(shí)現(xiàn)NOx的快速、高效還原主要取決于如下幾個(gè)
要素：
還原劑：主要是氨類物質(zhì)(如尿素)。雖然NH3與NOx理
論上是等摩爾反應(yīng)，但研究表明．為取得最佳反應(yīng)效果。供入
的NH，量至少須是實(shí)際用于反應(yīng)的NH，量的15倍。
催化劑：催化劑南蜂窩狀催化劑載體和觸發(fā)成份。
反應(yīng)溫度：工作溫度范圍通常在300～5000C之間。
在SCR的應(yīng)用中，比較成功的有德國(guó)的SINOx。這是德
國(guó)在實(shí)施凈化船舶排放研究計(jì)劃中由聯(lián)邦政府資助、西門子
公司與用戶及制造廠合作研究開發(fā)的船用型降低NOx排放
裝置。首套SINOx于1995年裝用在德國(guó)的燒重油的滾裝船
NILS DACKE號(hào)客輪的一臺(tái)主機(jī)(共4臺(tái)主機(jī))上。使用后可
將NOx排放量從15非Wh降到29／kWh。另外，西門子公司
還在”伯卡公主”號(hào)游船上的應(yīng)用．分別為該艇4臺(tái)Wartsila
12V32D型主機(jī)和3臺(tái)輔機(jī)(2臺(tái)6R32型、1臺(tái)4R32型)配
裝S1NOx。安裝在煙道內(nèi)。據(jù)報(bào)道，其轉(zhuǎn)化效率達(dá)95％。所需
費(fèi)用為1．4億馬克．裝用后可使NOx排放量降到29／kWh以
下(最低至1．1s／kWh)，并起到減低35dB(A)的降噪作用。據(jù)
文獻(xiàn)介紹．西門子公司的SCR已被廣船國(guó)際股份有限公司
裝在主副機(jī)的排氣管上。
SCR的最大優(yōu)點(diǎn)是可以減少80％～95％的NOx．甚至更
多．從而滿足有關(guān)排放法規(guī)的NOx限值要求。此外，使用這
種裝置不會(huì)造成油耗和排氣黑煙增加：不存在最終排放物的
清除問題，還具有消聲降噪效果。
3結(jié)束語
上述各種措施?？梢詫?shí)現(xiàn)船用柴油機(jī)NOx的低排放。從
而滿足歐美發(fā)達(dá)國(guó)家和IMO所規(guī)定的排放要求．但是船舶
在選用降低NOx排放的技術(shù)措施時(shí)。應(yīng)綜合考慮、權(quán)衡利
弊．在降低NOx排放與保證滿意的經(jīng)濟(jì)性之間采用最佳的
折衷方案。做到既低成本，又符合排放要求。
參考文獻(xiàn)
l 黃鵬．降低車用柴油機(jī)NOx排放的方法．節(jié)能與環(huán)保．2004
2杜榮銘．船舶柴油機(jī)．大連：大連海事大學(xué)出版社．1999
3周玉明．減少柴油機(jī)NOx排放的機(jī)外措施．柴油機(jī)，2001(1)
(下轉(zhuǎn)第127頁(yè))
萬方數(shù)據(jù)
阻力的4．12％?；仫L(fēng)段阻力為853．84，占礦井總阻力的
79．69％。一般來說．通風(fēng)系統(tǒng)中，進(jìn)風(fēng)段阻力占阻力的25％，
用風(fēng)段占45％?；仫L(fēng)段占30％為宜。而蘇一煤礦的回風(fēng)段阻
力接近總阻力的80％．顯然，這是不合理的，回風(fēng)段阻力過
大．限制了通風(fēng)能力的提高。造成不必要的電能損耗。
(2)局部阻力偏大：在測(cè)定的過程中，所選定的測(cè)定線路
巷道維護(hù)良好，不存在巷道失修、巷道積水及存放堆積物等
現(xiàn)象．壁面整潔。但是．在回風(fēng)段北六+100m回風(fēng)巷一+100m
北探巷一+285m總回風(fēng)巷中仍存在有6處彎角過大．部分巷
道接近1800彎角，斷面不規(guī)整，變徑較快。造成礦井局部通
風(fēng)阻力增大．這也是造成礦井回風(fēng)段阻力偏大的原因之一。
(3)總回風(fēng)段摩擦風(fēng)阻偏大．風(fēng)量過于集中：+285m回風(fēng)
井回風(fēng)量為2258．796m3／min．特別是總回風(fēng)段。-I-100m一+
130m通道及+130m通道。+285m總叫風(fēng)段．巷道斷面積為
4．8m2和3．7m2。長(zhǎng)度為448m。風(fēng)量為21．28m3／s和37．56mS／s，
斷面偏小．風(fēng)速過大，是造成該段巷道通風(fēng)阻力較大的主要
原因。
3降阻措施
(1)降低總回風(fēng)段的通風(fēng)阻力：+100m～+130m通道及+
130m通道～+285m總回風(fēng)段．巷道斷面積為4．8m2和3．7m2，
針對(duì)斷面面積偏小的情況．可考慮通過擴(kuò)刷巷道斷面或者是
另外開掘一條與總會(huì)風(fēng)巷并聯(lián)的回風(fēng)巷道來增大巷道斷面。
斷面面積增加以后．風(fēng)速自然變小，避免了風(fēng)量過于集中的
通過小斷面回風(fēng)道．從而降低了阻力。
(2)選用周長(zhǎng)較小的并巷：選擇j心拱或者半圓拱斷面
的風(fēng)道．
(3)降低局部阻力措施：組織人員定期對(duì)通風(fēng)巷道失修
情況進(jìn)行巡查。對(duì)冒頂或者垮幫的巷道及時(shí)維修。避免局部
阻力增加。同時(shí)．針對(duì)回風(fēng)段北六+100m回風(fēng)巷---，+100m北
探巷---，+285m總回風(fēng)巷中仍存在有6處彎角過大．部分巷道
接近1800彎角。斷面不規(guī)整，變徑較快的情況，組織隊(duì)伍進(jìn)
行整改。減小拐彎度數(shù)．在拐彎處的內(nèi)、外側(cè)做成圓弧形，形
成一定的曲率半徑．在斷面不規(guī)整，面積變化較大之處也應(yīng)
該逐漸變化。從而降低局部阻力．從而達(dá)到降低礦井通風(fēng)阻
力的目的．
(4)礦井在以后的下水平開拓過程中，新開拓巷道采用
摩擦系數(shù)較小的支護(hù)形式．需要木支護(hù)或鋼支護(hù)時(shí)應(yīng)整齊支
護(hù)．背好幫頂．以降低礦井通風(fēng)阻力。
4結(jié)束語
通風(fēng)阻力是礦井通風(fēng)的一個(gè)重要參數(shù)．直接影響主要通
風(fēng)機(jī)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。通過阻力測(cè)定加強(qiáng)對(duì)該礦井通風(fēng)系
統(tǒng)的了解．為進(jìn)一步優(yōu)化、調(diào)整礦井通風(fēng)系統(tǒng)，制定、實(shí)施各
項(xiàng)安全技術(shù)措施提供更為可靠的技術(shù)基礎(chǔ)資料．實(shí)現(xiàn)礦井通
風(fēng)的科學(xué)管理．
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(上接第101頁(yè))
4黃加亮．等．船舶柴油機(jī)有害排放對(duì)大氣環(huán)境的影響及其減輕措施． 7王忠傻，張凌．柴油機(jī)排放及控制技術(shù)．航海工程，2004(4)
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一岫II-，州¨¨一岫p—_¨．．—-¨_，?！?#168;，_●lH，_l‰一H‰．刪¨-，wl●-．一H‰—¨‰一¨I●-．一¨¨●．—H¨．．—一¨¨—～I(xiàn)I_一rlll．-，Ⅲ?¨—-lI¨一岫“一1111¨一H¨-，_“_一¨¨-·一“-‰—Ⅶ·_一’‰_All_，Ⅲ●●_—_¨··，_●l¨，w¨—?H—H¨¨，岫‰，H‰，一I．¨_，m¨l-—一¨-一Ⅲ¨—‰-·州I‘"—"¨-—hIl-—q●-·
(上接第110頁(yè))
別等各環(huán)節(jié)實(shí)施有效的質(zhì)量控制。省級(jí)以上人民政府計(jì)量行政部門的計(jì)量認(rèn)證證書，同時(shí)通過
(5)選用的監(jiān)控技術(shù)方法：定期使用有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或次對(duì)實(shí)驗(yàn)室T作人員的培訓(xùn)，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室分析化驗(yàn)?zāi)芰?，使?
級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行內(nèi)部質(zhì)量控制：參加實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)或能力驗(yàn)一位分析人員對(duì)所有的檢測(cè)項(xiàng)目及采用最新的標(biāo)準(zhǔn)方法乃
證計(jì)劃：利用相同的或不同的方法進(jìn)行反復(fù)檢測(cè)；對(duì)保留樣至全過程都有深刻的認(rèn)識(shí)。對(duì)監(jiān)測(cè)工作質(zhì)量有關(guān)的人員定期
品再次檢測(cè)：分析一個(gè)樣品不同特性結(jié)果的相關(guān)性；其他認(rèn)或不定期進(jìn)行培訓(xùn)及考核，不斷提高監(jiān)測(cè)人員的質(zhì)量意識(shí)、
為有效的技術(shù)核查辦法。技術(shù)水平和業(yè)務(wù)能力，保證監(jiān)測(cè)人員符合規(guī)定要求，更好完
監(jiān)測(cè)站作為為社會(huì)提供公證數(shù)據(jù)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)．必須獲得成監(jiān)測(cè)工作。
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中國(guó)造林全球受益
聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)近-日發(fā)布了2010年全球森林資
源評(píng)估主要結(jié)果報(bào)告。報(bào)告顯示。中國(guó)森林資源位居全球第
5，列俄羅斯、巴西、加拿大和美國(guó)之后。全球年均減少森林面
積約700萬hm2。而我國(guó)年均卻增加森林面積400多萬hm2。
截至目前，我國(guó)森林面積迭1．95億hm2，森林覆蓋率已由新
中國(guó)成立初期的8．6％。增加到20．36％。
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西藏森林碳匯量為9．53億t居全國(guó)第1
目前西藏森林生物總量18．98億t，占全國(guó)的12．04％，森
林總碳匯量9．53億t，占全國(guó)的12．2％，兩項(xiàng)指標(biāo)均居全國(guó)第
2010．No．4，
1。森林每生長(zhǎng)lms，約吸收1．83t二氧化碳，釋放1．62t氧氣。
已成為全球應(yīng)對(duì)氣候變化的重要途徑。

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