【船舶大氣污染排放控制及處理技術(shù)探析10000字（論文）】

船舶大氣污染排放控制及處理技術(shù)分析摘要本文針對船舶大氣污染，進行排放控制及處理技術(shù)的分析。對有害排放物進行處理以及對主機燃燒過程及燃料方面進行改良，并整理提出解決方案。首先，分析柴油機的有害排放物種類與各自產(chǎn)生原因以及燃料方面可作出的改進方案，即從有害排放物的生成機理與燃料方面入手；其次，對有害排放物進行有效的分類并加以分析控制方案，并對現(xiàn)有柴油機燃料進行整理與分析；最后，利用對柴油機燃燒過程的改進以及換用新能源燃料對船舶大氣污染進行控制防治與處理。關(guān)鍵詞：船舶大氣污染；柴油機；燃料目錄第1章緒論41.1課題研究的目的與意義41.2船舶大氣污染排放控制及處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀41.3本研究的主要內(nèi)容41.4本章小結(jié)5第2章船舶大氣污染物種類及來源52.1船舶大氣污染排放物類型52.2本章小結(jié)7第3章大氣污染排放相關(guān)公約規(guī)定以及排放標(biāo)準(zhǔn)73.1船舶大氣污染排放物的排放量限制規(guī)定73.2關(guān)于船舶大氣污染處理的政策與管理93.3本章小結(jié)9第4章排放控制（減排）方法及處理技術(shù)94.1對船舶常用燃料油的管控94.2船舶常用燃油品質(zhì)檢測方法104.3船舶內(nèi)燃機燃燒過程的改良124.4對SOx與CO2排放的控制與處理134.5對排放尾氣中氮氧化物及顆粒物的處理144.6船舶新能源燃料的換用技術(shù)分析174.7本章小結(jié)18結(jié)論18參考文獻19船舶大氣污染排放控制及處理技術(shù)分析第1章.緒論1.1課題研究的背景及意義現(xiàn)今隨著世界航運業(yè)的快速發(fā)展，同時也帶來了嚴(yán)重的船舶大氣污染。根據(jù)《防止和減少船舶和港口空氣污染白皮書》與由美國自然資源保護協(xié)會（NaturalResourceProtectionAssociationfortheNaturalResourceResourceReductionofAirPolificationofShipsandPorts）出臺的《減少船舶和港口空氣污染》相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，船舶排出的硫氧化物和氮氧化物分別占全球總排放量的4%-9%和15%。隨著全球大氣污染控制進入一個新階段，我們應(yīng)逐步加強對船舶大氣污染的控制。確保我們?nèi)嗣竦慕】岛腿颦h(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，研究船舶大氣污染的排放控制與處理技術(shù)對于保護人類休憩的環(huán)境有著重要的意義。1.2船舶大氣污染排放控制及處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀船舶大氣污染的排放控制與處理技術(shù)目前無論在大氣污染方面還是在船舶污染方面，都是重中之重，并且這個研究也可應(yīng)用于所有類型的船舶。特別是，我國也是《國際防止船舶污染公約》（MARPOL）的締約國之一。我國交通部和環(huán)境保護部制定了一系列規(guī)則規(guī)范，包括防止船舶在口岸造成空氣污染的政策、標(biāo)準(zhǔn)、方案和措施。目前，燃料在內(nèi)河船舶、內(nèi)燃機和工程機械中的應(yīng)用中都得到了長足的發(fā)展。然而，柴油機和發(fā)電機的主要燃料是劣質(zhì)燃油。由于石油市場缺乏有效監(jiān)管，實際含硫量普遍偏高，平均超過0.2%（M/M）。并且柴油機燃燒過程也需要進一步改良，以及缺少出臺相關(guān)制度。這些導(dǎo)致了目前船舶大氣污染嚴(yán)重。對于當(dāng)下情況，行業(yè)內(nèi)提出了對柴油機、燃料改良的方法以及推出了一系列的船舶大氣防污染法律法規(guī)以對當(dāng)前船舶大氣污染情況進行限制。1.3本研究的主要內(nèi)容主要通過對船舶大氣污染排放過程的分析，對當(dāng)前船舶大氣污染防治的相關(guān)政策進行整理。并在柴油機燃燒過程的改進以及燃料的選擇和更用方面進行了分析與研究。為了達(dá)到減少船舶大氣污染排放的目的，采用了一系列船舶大氣污染排放處理措施，比如柴油機燃燒過程改良、傳統(tǒng)燃料的更新和換用等方法。1.4本章小結(jié)本章概述了船舶大氣污染排放的研究背景及意義，以及本文對此課題的主要研究內(nèi)容。船舶大氣污染物種類2.1船舶大氣污染排放物類型柴油機的廢氣主要是燃燒產(chǎn)物以及殘余空氣。其中包括過多的O2、NOX、HC、SOX、CO2、CO、水蒸氣和顆粒物。2.1.1CO在烴類燃料燃燒過程中，會產(chǎn)生諸多的中間產(chǎn)物以及不完全產(chǎn)物，CO就是其中之一。在一般情況下，當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到一定水平且存在氧化劑時，CO將會繼續(xù)反應(yīng)生成CO2。而當(dāng)氣體溫度突然過低時，無論氧氣不足還是停留時間太短，CO都將不能再繼續(xù)燃燒，會直接從柴油機中排放出來污染大氣。2.1.2HC燃料中未燃燒的碳?xì)浠衔?、熱解產(chǎn)物和化合物以及燃燒和氧化反應(yīng)的中間產(chǎn)物統(tǒng)稱為碳?xì)浠衔?。其中的一小部分是用潤滑劑生產(chǎn)的，根本原因是碳?xì)浠衔锊荒茉诳諝庵型耆紵蛉紵?.1.3NOx在柴油機中，在燃油燃燒后，在排氣管排出的NOx中，NO的含量占其中的90%-95%，它還含有小量的NO2和其他成分。柴油機中的NO排出到大氣后，與大氣中的氧氣接觸，然后被氧化為NO2。通過對NOx排放量進行監(jiān)測，可以達(dá)到對NO排放量的監(jiān)測效果，同時也可減少排出的NO2對人身體健康的影響。氮氧化物有兩個主要來源：參與燃燒的空氣中的氮和可能含有少量氮化合物的燃料燃燒。NO的形成可以用下面的化學(xué)方程式來表示：O2=2OO+N2=NO+NN+O2=NO+ON+OH=NO+HNo最大的特點就是無色，它的毒性很小?？梢援a(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)，最終會對臭氧層產(chǎn)生破壞，并且NO會在大氣中經(jīng)過緩慢氧化變?yōu)镹O2，100ppm-120ppm濃度時的NO2毒性非常強，在達(dá)到200ppm時會立即致人死亡。并且氮氧化物也會對環(huán)境產(chǎn)生一定污染。2.1.4SO2SOx是燃料燃燒過程中硫含量物質(zhì)燃燒的產(chǎn)物，主要包括SO2和SO3。廢氣中的SOx與燃料中的硫含量有關(guān)。如果燃料的硫含量為3%，則可生產(chǎn)約63.6kg/噸的SOx,這個數(shù)值是非常值得我們重視的。因為SO2是船舶大氣污染防治中的一大重點，同時也會造成酸雨對環(huán)境產(chǎn)生破壞。2.1.5顆粒顆粒也被稱為顆粒物，即當(dāng)氣體溫度低于或等于325K時，通過對明凈空氣的過濾與稀釋，在規(guī)定的過濾介質(zhì)中收集到的物質(zhì)。而在船舶排放過程中，顆粒物主要是高溫固體顆粒物，它是柴油機在高溫燃燒條件下由于缺氧、熱解和脫氫壓力而產(chǎn)生的。柴油機排放的大多數(shù)顆粒物小于0.3微米。排放到大氣中會對人的身體健康產(chǎn)生極大危害。2.1.6CO2船舶燃料在燃燒過程中會產(chǎn)生大量的CO2，據(jù)2007年時的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，全球海運行業(yè)所排出的CO2總量僅僅是全球CO2排放總量的2.7%，但由于其總量巨大，還是會對環(huán)境產(chǎn)生一定的惡性影響。2.2本章小結(jié)本章主要介紹了各種船舶大氣污染排放物的種類、各自特點以及各自帶來的危害。大氣污染排放相關(guān)公約規(guī)定以及排放標(biāo)準(zhǔn)3.1對船舶大氣污染排放物的排放量限制規(guī)定對于船舶大氣污染排放物排放量的限制規(guī)定如下：自2019年1月1日起，無論是大型內(nèi)河船舶還是沿海船舶都應(yīng)使用符合新修訂的國家海洋燃料油標(biāo)準(zhǔn)要求的燃料。凡是2020年3月1日起進入污染控制區(qū)的船舶，都要求只能帶著和使用NOx排放量不超過130千瓦時的規(guī)定船用燃料。到2015年后，根據(jù)標(biāo)定，所有類型的船舶的燃燒排放都應(yīng)滿足《國際防止船舶污染公約》第2條中規(guī)定的氮氧化物排放要求。3.1.1關(guān)于NOx排放的限制規(guī)定根據(jù)《防污公約》附件六第13條規(guī)定，在2000年1月1日之后的時間里，對于每臺安裝在船上，輸出功率超過130kW的船用柴油機，其輸出功率不得超過其規(guī)定好的NOx排放限值。并且，根據(jù)2008年10月通過的新規(guī)定，船舶和柴油機具體的NOx排放限值因時間而異：對于安裝在2000年1月1日-2011年1月1日期間造出的船舶上的船用柴油機，規(guī)定的NOx排放限值應(yīng)為第一階段標(biāo)準(zhǔn)所要求的限值，即當(dāng)n<130r/min時要求為17.0g/(kW*h)當(dāng)130r/min≤n<2000r/min時要求為45n(-0.2)g/(kW*h)當(dāng)n≥2000r/min時要求為9.8g/(kW*h)而對于2011年1月1日-2016年1月1日期間造出的船上安裝的船用柴油機，其NOx的排放量限制值按第二階段標(biāo)準(zhǔn)要求，即（1）當(dāng)n<130r/min時要求為14.4g/(kW*h)（2）當(dāng)130r/min≤n<2000r/min時要求為44n(-0.23)g/(kW*h)（3）當(dāng)n≥2000r/min時要求為7.7g/(kW*h)第二階段NOx排放量的限制值約為第一階段標(biāo)準(zhǔn)的五分之一。而2016年1月1日及以后的時間里，對于造出的船舶上安裝的柴油機有著如下的規(guī)定：當(dāng)船舶在排放限值區(qū)航行時，NOx排放限值應(yīng)滿足第三階段標(biāo)準(zhǔn)的要求，即（1）當(dāng)n<130r/min時要求為3.4g/(kW*h)（2）當(dāng)130r/min≤n<2000r/min時要求為9n(-0.2)g/(kW*h)（3）當(dāng)n≥2000r/min時要求為2.0g/(kW*h)第三階段NOx排放量的限制值約為第一階段標(biāo)準(zhǔn)的五分之一。對于1990年1月1日-2000年1月1日這一時段中，如果有新建船舶出廠并且其新建船上裝有輸出功率在5000kW以上、每缸排量在90L以上的柴油機，其柴油機NOx排放限值應(yīng)符合第一階段標(biāo)準(zhǔn)的要求。3.1.2關(guān)于SOx排放的限制要求《船舶大氣污染防治條例》第14條規(guī)定了SOx排放的限制。這些規(guī)定限制了船用柴油機所用燃料中的硫含量。IMO燃料的具體硫含量限值和實施時間如表1-1所示表1-1燃料的具體硫含量限值和實施時間實施時間SOx排放限制區(qū)全球2010年7月1日前1.50%4.50%2010年7月1日后1.00%2012年3.5%2018年對全球燃油狀況進行評審2015年0.10%2018年0.50%2020年2025年3.2關(guān)于船舶大氣污染處理的政策與管理3.2.1對于使用岸電減排的政策與管理當(dāng)船舶?？吭诖a頭時,其主要船載系統(tǒng)的供電可以轉(zhuǎn)而使用陸地的電源，以此可以停止使用船舶上的自備輔助發(fā)電機，如果船舶停泊靠港時選擇使用了陸地電源作為輔助系統(tǒng)動力源也就是使用岸電系統(tǒng)供電，那么其靠港停泊期間污染物排放數(shù)量將會大大減少。而這就是船舶岸電減排方法。根據(jù)交通與通信研究所的數(shù)據(jù)，截至2018年6月底，我國地面電氣裝置主要港口的覆蓋率達(dá)到40%。然而，輪船地面電力的推進裝置的覆蓋率不到1%，因此我們還要大力推行岸電減排政策。我國也致力于減少低能源排放。并且已作出努力，促進利用陸地能源。在船舶污染控制系統(tǒng)建設(shè)方面，降低岸電成本，鼓勵船舶靠岸，建立船舶供電和船舶發(fā)電獎勵機制。導(dǎo)向停泊船只使用岸電系統(tǒng)。3.2.2對于停港減排的政策與管理實施強制性?？扛蹨p排量政策，保證停靠港口的所有船舶都能夠大大的減少廢氣的排放量。對于船舶管理方面，應(yīng)當(dāng)在靠泊前進行燃料轉(zhuǎn)換，停止對高硫燃料的使用，并且所有的靠港船舶都應(yīng)具有這種轉(zhuǎn)換能力。同時監(jiān)管部門必須維護對各類船舶進行檢查的監(jiān)視記錄，確保這一策略得到嚴(yán)格實施。違反政策的船舶也將受到處罰；對于能夠積極參與到減少環(huán)境污染中來的船舶，將給予額外的岸電設(shè)施和獎勵、獎金。例如，如果船舶能夠在一定的停泊距離內(nèi)減速行駛，并使用更清潔的燃料，那么就會有各種補貼并減少一定收費，以此使船舶更有積極性參與到減少廢氣排放中來。3.3本章小結(jié)本章主要介紹了當(dāng)前在政策與條約上對船舶大氣污染排放的限值要求，與使用岸電與停港減排兩種現(xiàn)有的防船舶大氣污染政策措施。排放控制（減排）方法及處理技術(shù)4.1對船舶常用燃料油的管控由于船舶常用燃料油在燃燒過程中易產(chǎn)生大氣污染物，因此需要對船舶常用燃料油進行管控。石油產(chǎn)品的質(zhì)量直接影響到船舶的排放水平，由于我國大部分燃料一般來源于高硫地區(qū)的出口，并且我國目前對燃油的煉化技術(shù)能力并不是很高，比世界平均水平低，因此導(dǎo)致了石油產(chǎn)品質(zhì)量差的問題。此外，由于對石油產(chǎn)品市場的監(jiān)管并不是很嚴(yán)格，缺乏一定的監(jiān)管力度，所以實際上市場上石油產(chǎn)品的含硫量都比較高，石油產(chǎn)品的質(zhì)量沒有確定性的保障，這也直接影響了船舶二氧化硫和顆粒物的排放水平過高，使船舶對大氣的污染排放加劇。對于如何防止船用燃料油硫含量過高對大氣環(huán)境產(chǎn)生污染這個問題，目前大多數(shù)遠(yuǎn)洋船在選擇在公海上航行時使用高硫燃料，抵達(dá)碼頭后換用成低硫燃料，以此來降低船用燃油燃燒排放所造成的大氣污染。并且在船舶航行期間，船舶人員應(yīng)加強日常檢查，對于因人為而造成的柴油含硫量超過標(biāo)準(zhǔn)的情況，應(yīng)當(dāng)盡量避免。船舶人員要定期清洗、檢查油箱，提高燃油的一致性，為了保證新添加的燃油不會被污染，要及時對油箱中的雜質(zhì)和沉積物予以檢查和清除，從而提高燃油檢測合格率。油源供應(yīng)商應(yīng)通過填寫向船舶供應(yīng)油或油樣品的有關(guān)文件的方式，以對輪船的管理進行監(jiān)督和控制。燃料供應(yīng)和接收的文件中應(yīng)注明接收燃料的輪船名稱、輪船的識別號、船舶工作的時間和地點、燃料供給商的名稱、地址和坐標(biāo)以及燃料類型和數(shù)量、密度和硫含量。以此達(dá)到對燃料購入時的嚴(yán)格把關(guān)，保證燃料的質(zhì)量，減少因燃料質(zhì)量不高造成的過重排放污染。如果擬安裝在船上的機械發(fā)現(xiàn)其使用燃油不符合標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)要求用必要的燃料更換加油設(shè)施或采取措施以對危險進行消除。如果情況嚴(yán)重，必須停止供油。對于海事執(zhí)法機構(gòu)來說，在對船舶進行檢查時，對船舶燃油進行取樣的過程中，應(yīng)能準(zhǔn)確執(zhí)行樣品的貯存規(guī)范，及時提供樣品，以此提高油品檢測的準(zhǔn)確性，保證燃油的質(zhì)量。并且要定期審計石油、樣品和賬目以及相關(guān)文件。重點核查成品油登記是否符合標(biāo)準(zhǔn)，輪船所用的燃料油應(yīng)符合GB/T17411規(guī)則中的規(guī)定，以此來提高燃料油的綜合質(zhì)量。4.2船舶常用燃油品質(zhì)檢測方法除了加強監(jiān)管外，船舶燃油本身品質(zhì)也需要檢測及提升。目前對于船舶常用燃油品質(zhì)的檢測，一般采用快速檢測和實驗室試驗的方法。4.2.1快速檢測方法根據(jù)交通運輸部發(fā)布的《船舶大氣污染物排放控制管理導(dǎo)則》的要求，船舶燃油快速檢測儀主要用于首次核查所用燃油的硫含量。如果試驗結(jié)果表明燃料的硫含量超過限值，初步結(jié)果將超過標(biāo)準(zhǔn)的10%。建議進行實驗室檢查。船用燃料的快速鑒別只是對船用燃料硫含量的初步測定。提高骰子測試的相關(guān)性和相關(guān)性。試驗結(jié)果僅供參考，不得作為行政授權(quán)的依據(jù)。4.2.2實驗室試驗方法燃料實驗室的檢測機構(gòu)應(yīng)具有資質(zhì)認(rèn)證，包括檢測質(zhì)量監(jiān)督檢驗機構(gòu)和檢驗文件是否存在不合格情況。對于檢驗過程中有違法記錄或涉嫌違法的船舶；海事管理機構(gòu)應(yīng)對船舶燃料進行抽樣檢驗，將油樣送有檢查資格的燃油檢驗機構(gòu)。檢驗機構(gòu)在對油樣的檢驗過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照《防污公約》附件六規(guī)定的檢驗程序和國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的有效檢驗方法操作。測量檢驗報告應(yīng)當(dāng)記明油中的硫含量，并與國家船舶燃料油、柴油標(biāo)準(zhǔn)中的要求進行比較，以確定船舶燃料油的硫含量是否符合標(biāo)準(zhǔn)（如表1-2），并以此作為海事行政許可的依據(jù)。表1-2IMO燃料的含硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)限制及實施時間硫含量適用限值%m/m:V實驗邊際值：W實驗結(jié)果：ZZ≤VV≤Z≤WZ>W0.100.11符合要求符合要求不符合要求0.500.53結(jié)果“Z”精確到小數(shù)點后兩位4.3船舶內(nèi)燃機燃燒過程的改良對船用柴油機進行改進，可以大大減少船舶在運行過程中有害氣體及污染物的排放量，以此達(dá)到減少船舶大氣污染排放的目的。結(jié)果表明:當(dāng)在燃燒溫度高于1500k并且過量空氣系數(shù)低于0.6的情況下，碳顆粒會于超濃混合氣中產(chǎn)生，而NO在富氧混合氣中產(chǎn)生;因此，為了減少NOx與顆粒物同時排放，有必要找到限制NOx與顆粒物同時排放的條件。為了減少NOx的排放，可以適當(dāng)降低燃燒溫度，這可以通過在預(yù)混燃燒階段減少可燃混合物的量來實現(xiàn)。在燃燒階段，保持燃料與空氣的良好混合和高火焰溫度是非常重要的。為了實現(xiàn)這些目標(biāo)，一般采用高壓噴射、先導(dǎo)噴射和電控噴射、柴油廢氣再循環(huán)和直接注水以及采用新型燃燒方式等有效方法對其燃燒過程進行改良。4.3.1高壓噴射與推遲噴射船舶控制大氣污染排放的一大做法就是通過高壓噴射來對污染排放進行減少。高壓噴射一般需要超過150MPar的噴射壓力才可以進行。通過減小其噴嘴直徑的方法，可以增大燃燒室開口程度，極大的縮短其噴射時間，以減少廢氣污染的排放量。結(jié)果表明，燃料的霧化質(zhì)量也可以通過使用高壓噴射的方法進行提高，其具體方法是需要增加在燃料中的空氣量，加速油氣混合，以此來提高燃燒速度。當(dāng)注射終點恒定時，注射時間就可以延遲。當(dāng)燃料消耗量和顆粒物排放量相等時，最大燃燒壓力和NOx排放量會隨之大大降低。以此達(dá)到減少NOx排放量的目的。相反，延遲噴射只能減少缸內(nèi)NOx的生成，從生成的階段對NOX進行減少排放。雖然一方面這種方法對柴油機的最高燃燒溫度有著降低的作用，但同時也會導(dǎo)致嚴(yán)重的再燃燒，會提高排氣溫度，降低柴油機的效率。4.3.2加水處理加水處理的原理是采取一定措施向氣缸中注入一定量的水，因為水的汽化潛熱很高，在燃燒過程中可以吸收大量的熱量，從而降低最高燃燒溫度，減少了NOx的排放。對于加水處理，我們一般采用燃油乳化、進氣加濕、直接噴水和蒸汽噴射的方法燃油乳化的原理很簡單，燃油與水混合形成乳化油燃料，以此用于柴油機燃燒供應(yīng)。柴油機噴入乳化油后，乳化油中的水分蒸發(fā)，降低了峰值燃燒溫度，有助于減少NOx的排放量。燃油乳化在一般情況下可降低NOx排放量的30%-50%，每增加1%的水將會減少1%的NO。通常乳化油中含有10%的水，可以使NOX下降6%-12%，對于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的改動機，在其滿負(fù)荷時加入20%的水，則對燃油消耗幾乎無影響，當(dāng)水量增加時，燃油消耗量會稍微增加。進氣加濕是通過壓縮機將水以高壓水霧的形式注入增壓空氣中。有時有必要加熱和提高增壓空氣的溫度，以防止水霧凝結(jié)。這種方法可以在不增加燃料消耗的情況下將NOx排放量減少50%-60%。直接噴水技術(shù)通常使用兩個噴嘴，一個用于噴油，另一個用于噴水。水油比為（0.4-0.7）:1。缸內(nèi)注入油水層可以降低燃燒溫度，減少NOx排放。噴水系統(tǒng)可隨時開啟和關(guān)閉，油水系統(tǒng)相互獨立，可隨時切斷，不影響柴油機在任何負(fù)荷下有水和無水的正常轉(zhuǎn)換運行。該方法可將氮氧化物排放量降低至40%-50%，氮氧化物排放量隨著噴入氣缸的水的增加而減少。蒸汽噴射方法通常包括將低壓空氣噴入低壓蒸汽或直接將高壓蒸汽噴入汽缸。第一種方法構(gòu)造簡單，低壓蒸汽資源豐富。第二種方法需要更復(fù)雜的設(shè)備，但同樣也有著大大降低燃料消耗的好處。4.3.3電控噴射及引導(dǎo)噴射增加噴射壓力可以減少顆粒物的排放，但只增加噴射壓力會導(dǎo)致增加NOx的排放量。因此，為了同時減少NOx和顆粒物排放量，未來的直噴柴油機必須優(yōu)化控制噴射規(guī)律。電控噴射及引導(dǎo)噴射通過電子控制單元處理發(fā)動機轉(zhuǎn)速、進氣量、冷卻水溫度、進氣壓力以及排氣中的含氧量等相關(guān)電信號，并確定了燃油噴射系統(tǒng)的噴油量和發(fā)動機噴油正時，以獲得所要求的燃燒規(guī)律，以此達(dá)到對它既能保證發(fā)動機的性能，又能抑制NOx和顆粒物形成的目的。4.4對SOx與CO2排放的控制與處理目前，對于SOx排放控制，我們主要通過控制燃料的硫含量，以達(dá)到降低SOx的排放量。并且使用低硫油的話，也會有益于對硫氧化物排放的控制。還有一種方法是水洗，它可以將98%的二氧化硫和78%的顆粒物進行去除。并且，在燃料成本方面，也可以大大節(jié)省。水洗的主要操作方式是直接排入海水進行洗滌或排入淡水進行洗滌。海水洗滌一般為開式循環(huán)，海水直接進入洗滌設(shè)施。它與硫反應(yīng)生成H2SO4，用海水的堿性部分中和；在閉路中沖洗淡水，通過在淡水中加入適當(dāng)?shù)臍溲趸c，與所吸收的二氧化硫發(fā)生中和作用。這種方法對資源量的消耗很低，幾乎沒有廢水排出到海洋中?？刂艭O2排放有以下幾種做法：通過船舶航線優(yōu)化設(shè)計、提高船舶動力裝置的綜合效率（柴油機效率、螺旋槳效率等）以及采用新能源和再生能源。4.5對排放尾氣中氮氧化物及顆粒物的處理廢氣后處理的意思就是，要在廢氣在進入大氣環(huán)境之前，對其進行處理，使其廢氣中的有害成分有效減少。柴油機的廢氣一方面被處理以捕獲煙塵等顆粒物，另一方面通過催化轉(zhuǎn)化將NOx還原為N2和O2。4.5.1DEATS裝置DEATS裝置是一種結(jié)構(gòu)簡單、零部件最少、成本最低和效率最高的柴油機排放后處理裝置，其安裝后可以使船舶排放能夠滿足美國歐Ⅲ、歐Ⅳ、歐Ⅴ和歐Ⅱ的排放標(biāo)準(zhǔn)。其通過適當(dāng)?shù)拇呋瘎┖瓦^濾器去除NOx和顆粒污染物，并將添加劑準(zhǔn)確有效地注入排氣系統(tǒng)，以確保催化劑和顆粒污染物過濾器的安全。以此減少污染排放，改善空氣質(zhì)量，減少溫室效應(yīng)，有利于保護生態(tài)環(huán)境，減少威脅人類生命健康的顆粒污染物排放，使船舶尾氣排放達(dá)到政府規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。在DEATS裝置添加劑的選擇上，采用尿素水溶液可獲得很高的NOx轉(zhuǎn)化率，但需要再加入一種液體才能完成轉(zhuǎn)化，與尿素相比，其催化劑的成本較低。（當(dāng)選用尿素為添加劑時的化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)換過程）（DEATS裝置圖）4.5.2SCR船舶尾氣處理技術(shù)SCR船舶尾氣處理系統(tǒng)是一種柴油機后排氣處理裝置，其正常的工作溫度條件是300-400℃，化學(xué)反應(yīng)是它主要依靠的工作原理。在工作溫度升高時，尿素或氨氣將會作為還原劑，與NOx發(fā)生選擇性反應(yīng)，并且NOx在排放后，會變?yōu)榈獨馀c水蒸氣。（SCR化學(xué)反應(yīng)過程圖）（SCR化學(xué)反應(yīng)過程及方程式）SCR系統(tǒng)主要是由兩部分結(jié)構(gòu)組成。其中，第一個主要部分反應(yīng)器是由陶瓷催化元件構(gòu)成。第二個主要部分尿素系統(tǒng)的具體組成為儲存部分、供應(yīng)部分、加藥部分和噴射部分以及控制系統(tǒng)。可控硅系統(tǒng)正常工作時，對工作溫度要求很高，受一定工作溫度范圍的限制。如果溫度控制不好，無論是過高的溫度環(huán)境還是過低的溫度環(huán)境都會對系統(tǒng)的正常運行產(chǎn)生一定的影響。目前，大多數(shù)船用可控硅系統(tǒng)都被用于四沖程發(fā)動機。SCR系統(tǒng)在二沖程柴油機中被稱作高壓SCR系統(tǒng)，它一般安裝在增壓器前面，它的進氣壓力和安裝在四沖程柴油機上相比遠(yuǎn)遠(yuǎn)要高出很多。SCR系統(tǒng)的工作流程如下:淡水與固體尿素充分?jǐn)嚢栊纬傻募s40%的混合溶液，在一定溫度下注入尿素罐使用。尿素溶液在尿素供給泵的作用下從儲罐泵被輸送到計量模塊，計算機接收通過氧化鋯傳感器傳送的SCR反應(yīng)罐前后煙氣中的NOx含量。并將傳感器測得的NOx值與柴油機臺架試驗測得的NOx值進行比較。通過計算機給出尿素溶液的噴射說明，提取一定量的尿素溶液，將熱解溶液與風(fēng)機提供的熱風(fēng)混合，在柴油機排氣管內(nèi)形成硫化物溶液。在柴油排氣管的混合區(qū)，尿素溶液在高溫下分解成NH3和H2O，在進入反應(yīng)器前與廢氣混合。在催化劑存在的情況下，NH3可以快速將NOx還原為N2和H2O，從而達(dá)到減少船舶廢棄物排放的目的。而在選擇SCR系統(tǒng)也需要注意一些問題，SCR的選擇應(yīng)考慮正確的催化劑檢測、模擬排氣檢測裝置的識別、SCR反應(yīng)器中NOx還原率的檢測以及SCR系統(tǒng)中其他裝置的功能檢測等問題。柴油機和其他SCR系統(tǒng)材料（如尿素催化劑）聯(lián)合開發(fā)的產(chǎn)品必須符合船舶規(guī)范和產(chǎn)品認(rèn)證。此外，由于SCR反應(yīng)器體積大，新舊容器安裝困難。船用發(fā)動機制造商和船用SCR供應(yīng)商應(yīng)為在船用發(fā)動機艙室布局中安裝系統(tǒng)提供完整的解決方案。4.5.3廢氣再循環(huán)系統(tǒng)EGR技術(shù)可以降低柴油機工作時的燃燒溫度，采用廢氣再循環(huán)會使進氣中的CO2濃度升高，降低O2濃度，使進氣的比熱和熱容量增大，以此降低了最高燃燒溫度，對NOx的生成進行了適當(dāng)?shù)臏p量。廢氣再循環(huán)對燃燒過程有所減緩作用，但是對顆粒物排放和燃料消耗有所增加。EGR技術(shù)具體內(nèi)容是使部分排氣在氣缸中循環(huán)。在一般的情況下，重新進入發(fā)動機氣缸的廢氣占排出總量的10%-20%。根據(jù)目前的試驗結(jié)果，EGR可將NOx排放量減少30-40%。然而，EGR系統(tǒng)可能會導(dǎo)致顆粒物污染渦輪和冷卻器，同時也會磨損氣缸。對于使用蒸餾油的中高速柴油機，使用EGR并沒有什么嚴(yán)重的影響；但對于使用重油的低速柴油機，由于其顆粒物含量本身較高，如果使用EGR的話，則會導(dǎo)致問題更加嚴(yán)重，這也會使啟動更加困難。4.6船舶新能源燃料的換用技術(shù)分析當(dāng)前社會現(xiàn)代化工業(yè)飛速發(fā)展，對化石燃料的需求量越來越大，全球?qū)δ茉吹母鞣矫嫘枨笠苍诓粩嘣龃?，同時化石燃料的價格也因此飛速上漲。化石燃料在燃燒過程中會產(chǎn)生各種氣體污染物，對我們的生存環(huán)境產(chǎn)生大量的污染和危害。最為典型的就是化石燃燒燃燒引起的大氣臭氧層破壞和溫室效應(yīng)等問題日益威脅著人類的健康，破壞了生態(tài)環(huán)境。對于船舶燃料燃燒排放污染氣體的排放標(biāo)準(zhǔn)，國際社會的統(tǒng)一要求也越來越嚴(yán)格。與此同時，有一個更重要的問題，就是能源枯竭問題目前也急待解決。因此，無論是出于節(jié)約資源的初衷，還是為了保護我們的生態(tài)環(huán)境，探索替代化石燃料的新能源都已經(jīng)成為了一個不可忽視的重要課題。4.6.1LNG能源由于LNG產(chǎn)生的SOx和顆粒物的排放量較小，并且NO和CO的排放量可分別降低85-90%和15-20%，因此用LNG能源替代化石燃料可以實現(xiàn)SOx和NOx的雙重控制。完全符合船舶排放控制的要求。同時，使用天然氣新能源也是我們國家對于能源的保護節(jié)約的一大戰(zhàn)略，符合國家能源戰(zhàn)略中一次排放控制和技術(shù)的要求。而且當(dāng)使用天然氣時，與之前使用的柴油的效率比例可以達(dá)到50%-80%，對于大部分船舶來說，這樣的能源供給已經(jīng)足夠滿足其動力需求。在使用LNG能源的基礎(chǔ)上，燃油消耗可降低大約四分之一。而對于換用LNG燃料的過程，高壓氣體壓縮機的壓力是高壓供氣系統(tǒng)最重要的核心單元。高壓氣體壓縮機應(yīng)將氣體燃料壓力增加到15-30mpa。液化天然氣儲罐中的氣體壓力不斷變化，這是因為液化天然氣船在裝載和壓載條件下的BOG量不同。從正常溫度到極低溫度，BOG量可以在很寬的溫度范圍內(nèi)變化，并且各種裝載的液化天然氣的組成也是不同的。因此，氣體壓縮機也必須滿足一定的要求。例如，它可以在不同的吸入壓力下工作，可以在廣泛的溫度范圍內(nèi)工作，并且可以適應(yīng)氣體。為了確保高壓氣體壓縮機的可靠運行，通常安裝兩個板。設(shè)計中采用了高可靠性的迷宮密封。為了保證所需的注射壓力，也采用多級壓縮法，通常是五級壓縮法。以此保證了LNG燃料的正常更換，保證了LNG能源換用后對傳統(tǒng)化石能源污染排放的減控效果。4.6.2燃料電池同樣，燃料電池也被認(rèn)為是替代原有化石能源的一種非常重要的新能源。燃料電池的主要工作方法能量類型的轉(zhuǎn)換，它可以將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。并且在其轉(zhuǎn)化過程中，幾乎不產(chǎn)生大量的廢氣和余熱，并且對于中間轉(zhuǎn)換能的損失也幾乎為零。轉(zhuǎn)換效率大于50%。同時，燃料電池的推廣可以使二氧化碳的排放量下降一大截。燃料電池的燃料是富氫氣體，對于富氫氣體的具體所指，一個很典型的例子就是天然氣。與傳統(tǒng)的熱機相比，使用燃料電池會使二氧化碳排放量變成原本的三分之二左右，這對于控制目前的溫室效應(yīng)來說具有重大的意義。此外，燃料電池僅用于電化學(xué)反應(yīng)，而無需高溫燃燒過程。因此，它們排放的氮和硫氧化物很少，并在一定程度上減少了船舶所造成的大氣污染。燃料電池的選擇性使用還包括多種燃料。并且原料極為容易搜集，因此，燃料電池可以很好地適應(yīng)能源需求的快速發(fā)展與多樣化，可大大減少我們對于傳統(tǒng)化石能源的需求，以降低傳統(tǒng)能源的消耗。4.7本章小結(jié)本章通過對柴油機燃燒過程的改良以及一些新能源燃料的換用，以達(dá)到減少船舶大氣污染排放物的目的。結(jié)論隨著船舶大氣污染排放控制政策的不斷完善，技術(shù)手段的不斷完善，實現(xiàn)路徑也不斷清晰。今后要加強基礎(chǔ)研究，加強監(jiān)督管理，落實責(zé)任，為進一步改善空氣質(zhì)量提供支撐?？傊?，我國是海洋大國，是造船大國，也是運輸大國，航運業(yè)在我國社會經(jīng)濟發(fā)展的地位非常重要。更應(yīng)做好船舶大氣污染的控制與處理工作，以保護生態(tài)發(fā)展環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。參考文獻[1]王蔭蔭、張雷波、尹立峰、李敏姣.船舶大氣污染防治現(xiàn)狀及可實現(xiàn)路徑探討[J].資源節(jié)約與環(huán)保,2020,No.227(10):112-113.[2]崔曉陽.船舶污染的防治與港口環(huán)境污染有效治理分析[J].節(jié)能與環(huán)保,2020,No.310(05):22-23.[3]柯淑珠,周竹軍.我國船舶大氣污染防治現(xiàn)狀與問題探討[J].中國海事,2019,000(008):18-21.

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