排放限制愈來愈嚴(yán)船舶主機制造商如何應(yīng)對？

1、排放限制愈來愈嚴(yán)船舶主機制造商如何應(yīng)對？排放限制愈來愈嚴(yán)船舶主機制造商如何應(yīng)對-編譯/王亮企暑放控制區(qū)域的提議.在北美海岸劃出排放控制區(qū)是環(huán)境保護局為解決大型船舶有害物質(zhì)排放問題綜合規(guī)劃中的關(guān)鍵部分.那么,即將出臺的排放規(guī)定時間安排怎樣?船舶主機制造商要怎樣應(yīng)對更為嚴(yán)格的空氣排放限制?本文將對此進(jìn)行探討.北美200海里排放控制區(qū)內(nèi),將會對SOx,NOx以及顆粒物的排放進(jìn)行限制,該區(qū)域還將包括加拿大的太平洋和大西洋海岸,阿拉斯加和夏威夷的南海岸.為了解決出海船舶的排放問題,美國環(huán)保署已經(jīng)采取了協(xié)調(diào)戰(zhàn)略,作為該戰(zhàn)略的一部分,最近又提出自今年八月開始將為美國海洋業(yè)劃定排放控制區(qū)提案.美國政府趕在20

2、10年世界海洋組織大會之前,提前向世界海洋組織遞交此提案,請求將波多黎各以及美屬維京群島周圍海域劃定為排放控制區(qū).為了解決美國有害物質(zhì)排放問題,美國環(huán)保署還采取了其他規(guī)劃,其中包括自愿參加美環(huán)保署的美國清潔港13規(guī)劃以及去年12月美國環(huán)保署最后批準(zhǔn)的清潔空氣法案的實施.第一批劃定的排放控制區(qū)域包括波羅的海,北海海域其中包括英吉利海峽,在這些海域內(nèi)實行國際海洋組織修訂的國際防船舶污染協(xié)議附款第六條即防船舶大氣污染規(guī)定.根據(jù)該條款規(guī)定,排放控制區(qū)內(nèi)SOx,顆粒物或NOx,或者這三種類型的排放物都會受到限制.在北美實施排放控制區(qū)的規(guī)定將在2011年八月生效,而排放控制區(qū)將于2012年八月劃定.在美國

3、加勒比排放控制區(qū)提案中,規(guī)定在該區(qū)域運行的船舶最早將于2014開始使用低硫燃料,自2016年開始新主機必須要達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn),這就要求使用先進(jìn)的排放技術(shù).在未來的幾年內(nèi),世界各地的海岸區(qū)域都有希望建立排放控制區(qū).在海岸排放控制區(qū)內(nèi)減少S0x排放的同時,根據(jù)即將出臺的Tier2標(biāo)準(zhǔn),全球范圍內(nèi)將會對船舶NOx的排放進(jìn)行控制,此舉雖不及對S0x排放的控制那樣嚴(yán)格,而且是在全球各地逐步實行,然而在已經(jīng)劃定的排放控制區(qū)內(nèi),正在實行更為嚴(yán)格的Tier3標(biāo)準(zhǔn).這些更加嚴(yán)厲的新規(guī)定目的就是為了減少船舶有害物質(zhì)的排放,給大氣環(huán)境以及港口和海岸人口的健康帶來有益效果.SOx以及顆粒物為了達(dá)成歐洲以及本土加利福尼亞排

4、放2010/10shipsources.COITI造船I業(yè)491廠.,市場觀察IndustryWatch控制區(qū)的時間規(guī)劃,北美將會在2012年8月1日實行更為嚴(yán)格的排放控制區(qū)SOxt4放標(biāo)準(zhǔn),那時船舶燃料的硫含量將被限制在1%或10000ppm,到2015年1月1日最高標(biāo)準(zhǔn)可達(dá)0.1%或1000ppm.如果船東不想換用更為潔凈的船用餾出燃料,他們還可以安裝廢氣清潔裝置洗滌器,就可以使用重燃油了.據(jù)環(huán)保局計算,對燃料中的硫化物含量實行更嚴(yán)厲的標(biāo)準(zhǔn)能夠把顆粒物的排放量降低85%.從今年的7月1日,波羅的海和北海包括英吉利海峽的排放控制區(qū)的船舶燃油的硫含量,在沒有使用批準(zhǔn)洗滌器的情況下,將會被限制在

5、1%或10000ppm以內(nèi),而以前的限制為1.5%或15000ppm.j2015年這個限制將會達(dá)到O.1%或1000ppm.而在排放控制區(qū)外,現(xiàn)在對硫含量的最高限制標(biāo)準(zhǔn)仍為4.5%,到2012年1月將會降11J3.5%.即使到那時,那些未實施MARPOL附則的國家的船舶仍可以在排放控制區(qū)內(nèi)使用較為不環(huán)保的燃油,但是不可以到排放控制區(qū)內(nèi)的港口停靠.自從2009年7月1日開始,在加利福尼亞海域,離海岸線24海里以內(nèi)的出海船舶所用海洋汽油中的硫含量最高上限為1.5%,船用柴油的硫含量的最高上限為0.5%.從2012年開始,到加利福尼亞港口?？康拇?在距離加利福尼亞海岸線24海里以內(nèi),船舶的主柴油主

6、機和輔柴油機主機以及輔助鍋爐必須換用硫含量是O.1%或者低于0.1%的船用汽油或者船用柴油.在其他海域也在提倡低硫排放.紐約港務(wù)局以及新澤西出海船舶低硫燃料署對在港口20海里內(nèi)使用低硫燃料的船舶返還一半的燃油成本,因為有年度預(yù)算最高上限,采取先到先得的原則返還.從2010年初開始,歐盟港口船舶都必須使用硫含量為O.1的燃料.50造船I業(yè)shipsources.corn2010/10NOx排放船舶NOx的排放將會在現(xiàn)行國際海洋組織制定的Tier標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上有所降低,Tier是2000年針對新船實行的規(guī)定.經(jīng)國際海洋組織修訂的Marpol73/78附則6的Tier2標(biāo)準(zhǔn)將于明年在全球生效,規(guī)定中包括

7、2011年1月1臼正在制造或?qū)⒁圃斓拇?Tier2標(biāo)準(zhǔn)將把廢氣排放中的氮化物含量標(biāo)準(zhǔn)降1115.5%至21.8%,這需要根據(jù)主機速度而定.Tier3標(biāo)準(zhǔn)將會在2016年在所有排放控制區(qū)內(nèi)實行,當(dāng)然也包括北美排放區(qū).氮化物的含量將會比現(xiàn)在的Tier1標(biāo)準(zhǔn)降低8O%,根據(jù)主機速度會降fJ3.4g/kWH2g/Kwh.美國環(huán)保署在2010年4月30日根據(jù)清潔空氣法案公布了最終排放標(biāo)準(zhǔn),對象是美國船舶上安裝的每缸排水量達(dá)到或者超過3O升的新型第三類船用柴油主機.這個最終標(biāo)準(zhǔn)同MARPOL附則6中Tier2標(biāo)準(zhǔn)等同.環(huán)保署對柴油燃料規(guī)劃作了修改,允許生產(chǎn)和銷售第三類船舶用柴油中的硫含量達(dá)到1000P

8、PM.成本效益因最近的排放控制區(qū)倡議,環(huán)保局估計美國在排放控制區(qū)內(nèi)航行的船舶要想改善現(xiàn)有的排放以符合排放控制區(qū)標(biāo)準(zhǔn),為此所付出的代價在2020年將會達(dá)到約7千萬美元.每減少一噸氮化物,硫化物和顆粒物的成本估計分別是500美元,10000美元和10000美元.美環(huán)保署在這個提案中聲稱:“對于從事國際貿(mào)易的船舶來說,遵守這些規(guī)定所帶來的經(jīng)濟損失看來是微不足道的.舉例來說,乘坐來往于美國本土和波多黎各路線的中型游輪,其影響是:一次為期5天的航行估計每個乘客每天價格上漲約0.6美元.這樣一次航行中的價格上漲幅度都不足1%.在提案中排放控制區(qū)內(nèi)航行的集裝箱油輪的成本上漲算來也不會超過一個20英尺集裝箱運

9、輸費用的1%,或者是大約每單位上漲0.33美元到1.35美元,這要根據(jù)船舶大小以及其航程來定.溫室氣體同時,世界海洋組織還致力于解決減少船舶排放溫室氣體的問題,二氧化碳溫室氣體排放與船舶燃料效率和燃料消耗量有直接關(guān)系,因此也與主機制造商的燃料效率以及船舶的整個運輸效率的研發(fā)工作有直接關(guān)系,而且這個問題越來越受到造船商的重視.據(jù)國際海洋組織稱,相關(guān)技術(shù)和措施正在取得巨大成功,下一步將會采取面向市場的措施.這個工作將會持續(xù)到下屆國際海洋組織的海洋環(huán)境保護委員會會議(MEPC61),該會議將于2010年9月27日至1O月1日召開.在三月份的MEPC60會議上,與會各方就若干問題具有明顯相反的意見.有

10、幾個國家,包括中國和印度,要求在這個問題上將發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家區(qū)別對待,遵守UNFCCC原則(又稱CBDR原則).為了避開這一原則,大會提出了只規(guī)定燃料效率的提案,沒有具體制定二氧化碳或者溫室氣體的排放限制.盡管有反對意見,大會成立一個工作組制定計劃,強制實行船舶燃料效率指數(shù).去年12月在丹麥召開的COP15會議并未給國際海洋組織就溫室氣體問題留下可以參照的指導(dǎo)意見.船舶主機制造商正在致力于研發(fā)和測試各種新技術(shù),從而能夠有效滿足這些苛刻的新排放標(biāo)準(zhǔn).記者采訪了兩家最大的主機制造商,在MANDiesel&TurboSE公司,就他們的兩沖程低速主機的研發(fā)進(jìn)行了交談,在瓦錫蘭公司就

11、他們在四沖程中速主機進(jìn)行了交談.低速主機的研發(fā)MANDieseI&TurboSE公司的LarsBryndum先生是船用低速主機銷售和廣告部的客戶支持總監(jiān).他在MAN有很長時間的職業(yè)生涯,自從1979年開始就在該公司的研發(fā)部門擔(dān)任管理職位,Bryndum先生擁有機械設(shè)計和船舶建造師學(xué)位.當(dāng)被問及MANOn何通過他們的低速主機來應(yīng)對即將出臺的空氣排放規(guī)定時,他直言不諱地說:”我們通過主機的內(nèi)部調(diào)整來應(yīng)對Tier2標(biāo)準(zhǔn).”他對記者說,”通過這些措施我們準(zhǔn)備好了滿足Tier2標(biāo)準(zhǔn)的要求,但是這樣做的代價是燃油消耗會有所增加.”盡管如此,在電子控制燃油的主機中增加量并不是太大.我們在主機

12、測試中隨時都可以得到新的信息.我們有53種具有不同;中程缸徑比的主機,因此我們?nèi)栽诓粩嗟膶W(xué)習(xí).我們把這叫做Tier2標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)化.”MAN現(xiàn)在正積極測試他們的主機來調(diào)整參數(shù),以進(jìn)一步減少燃料的消耗,但是仍能夠滿足排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定.他指出“既然我們排放標(biāo)準(zhǔn)無法降Tier1標(biāo)準(zhǔn),那么我們只好在改進(jìn)主機排放上下功夫了”.對于即將出臺的Tier3標(biāo)準(zhǔn),你們正在做哪些改進(jìn)?“為了達(dá)Tier3標(biāo)準(zhǔn),我們必須把NO×的排放量從tier1標(biāo)準(zhǔn)降低80%.但是只有在排放控制區(qū)內(nèi)需要減少這么大的幅度.在排放控制區(qū)之外,只要遵守Tier2標(biāo)準(zhǔn)即可.”Bryndumt出這就需要轉(zhuǎn)換使用不同類型的主機,或者需要可以調(diào)

13、節(jié)的主機,”NOx的形成是燃料燃燒產(chǎn)生高溫高壓的條件下,空氣中的氮氣和氧氣反應(yīng)產(chǎn)生的,通常是一氧化氮或者二氧化氮.為了減少這種化學(xué)過程,就需要降低溫度.”他提到由若干方法可以達(dá)到這種效果.MAN并沒有像其他主機制造商一樣測試向燃燒室內(nèi)直接噴水的做法,而是把水同燃料混合,水在燃燒過程中蒸發(fā)時就會把燃燒后氣體的溫度降低.他指出通過這項WIF技術(shù),氮化物的量會降低8O%.MAN還測試了其他方法,加濕二沖程主機中的掃氣空氣(SAM).他這樣描述了整個過程:噴入鹽水后,快速蒸發(fā),迅速冷卻氣體溫度.然后把出現(xiàn)的小水珠導(dǎo)出,再噴入淡水,然后第三次噴人淡水.氣體通過散熱器時不含鹽分,當(dāng)氣體進(jìn)入氣缸后,溫度在7

14、080攝氏度,并且充滿水汽.這樣一來就減少了從外面吸入空氣的量,從而減少了其中氧氣的含量.因為水蒸氣的熱容較高,汽缸內(nèi)氧氣減少了,壓力也會降低,這樣氮化物的形成也會隨之降低.”幾年前我們就已經(jīng)在測試這項技術(shù)了.這樣做能夠減少6070%的氮化物,但是似乎仍不能減少到80%,因此我們就研發(fā)了第三種技術(shù).”他說的這種技術(shù)稱為EGR,即廢氣再循環(huán).原理和SAM技術(shù)相同,燃燒過程中使用含氧量比大氣低的氣體.主機再循環(huán)利用的廢氣中氧氣的含量肯定會低于大氣.它首先通過冷卻器減少其中的二氧化硫的含量,重燃料油燃燒后產(chǎn)生的氣體成分之一.然后再通過散熱器來到掃氣空氣接收器.”空氣中氧氣的含量是21%,而這種氣體中

15、氧氣的含量會降低到16%左右,這樣一來,燃燒溫度和氮化物的量都會大幅降低.”MAN已經(jīng)在他們的研發(fā)用主機上對此技術(shù)進(jìn)行了多次測試,證明這項技術(shù)效果良好.既減少了40%的廢氣,也實現(xiàn)了把氮化物含量降E80%的目標(biāo).通過使用廢氣洗滌器,清潔廢氣中的油灰和二氧化硫,以避免腐蝕主機氣體散熱器,這種廢氣洗滌器是由MAN研發(fā)的并申請了專利.過一段時間后,廢氣洗滌器中的水會顯酸性,使用氫氧化鈉或者燒堿進(jìn)行中和,產(chǎn)生的無害物質(zhì)都可以排放到海水中.水環(huán)路中的過濾裝置會把油灰過濾出去.”我還需要補充的一點就是使用EGR技術(shù),氮化物的含量降E80%,油耗損失會很小,低于1%.廢氣在廢氣洗滌器中清潔后,氣壓降低,需要

16、使用鼓風(fēng)機增加氣壓.鼓風(fēng)機的額外燃料消耗大約是主機所用燃料的1%.”2010/造船I業(yè)51市場觀察Ind¨StrVWatch“當(dāng)船舶進(jìn)入排放控制區(qū)后,就必須使用這種EGR技術(shù)了.而且將來全球排放控制區(qū)的數(shù)量將會越來越多.”Bryndum沉思道,”如果地中海成為排放控制區(qū)后,對于使用符合Tier3標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的船舶數(shù)量將會有巨大的影響.”到了2016年1月1日所有在建船舶都要遵守Tier3標(biāo)準(zhǔn)要求,MAN采用了嚴(yán)格的研發(fā)時間表,不僅是使用測試主機,還在實際操作條件下測試.MAN正在努力研究廢氣洗滌器設(shè)計,水清潔系統(tǒng),再循環(huán)廢氣對主機,氣缸和空氣散熱器的影響.同時他們還在致力于最終的EGR設(shè)

17、計,對這項技術(shù)進(jìn)行整合和優(yōu)化,使之用于各種類型的主機.所有這些都要在2016年前完成.他們正在船東中尋求合作伙伴,測試第一批采用整合EGR技術(shù)的主機.他們想在來往于歐洲或者新加坡的船舶上安裝這種主機,并且跟隨船舶航行,隨時監(jiān)測這種主機的工作狀況.他們認(rèn)為只有在商用船舶上長期使用這種主機才能得到測試結(jié)果.Brydum說:”我們最好在2016年前完成測試,因為在那之后每年會有500艘船舶會安裝EGR技術(shù)的主機,如果我們直接從主機原型跨度到直接用于商業(yè)船舶,就會存在很大風(fēng)險.而且2016年前,會有很多的船東訂購船舶,因為那時他們的船舶需要遵守TIER2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定.這樣一來,高壓1系統(tǒng)(2階段)低氮化物

18、燃燒調(diào)節(jié)EGR系統(tǒng)增壓空氣濕化水乳化燃料直接注射水SCR系統(tǒng)燃?xì)庵鳈C及燃料轉(zhuǎn)化(氮化物減少4o%)(氮化物減少10%)(氮化物減少60%)(氮化物減少4o%)(氮化物減少25%)(氮化物減少5o%)(氮化物減少80%)(氮化物減少85%)52造船工業(yè)2010/102016年后的造船數(shù)量會出現(xiàn)減少或者暫時的停滯.而且從節(jié)省成本角度來看,不使用Tier3標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的船舶會更實惠,因為Tier3標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備會因消耗更多燃料而增加成本.”他還指出EGR在很多方面有優(yōu)勢,例如在氮化物排放上符合Tier2標(biāo)準(zhǔn)要求,并且與Tier1標(biāo)準(zhǔn)相比,EGR減少了燃料消耗.MAN在減少氮化物排放方面采取了兩套方案,另一套方

19、案就是催化劑轉(zhuǎn)化裝置,這項技術(shù)已經(jīng)在使用中得到了證明.在廢氣進(jìn)入渦輪增壓器以前,具有高溫高壓,先讓廢氣進(jìn)入選擇催化反應(yīng)器,然后再通過渦輪增壓器.公司會加大人力和資金的投入,爭取在2016年前使這兩項技術(shù)更可靠完備.在氮化物的排放方面,渦輪增壓器的改進(jìn)是否會給低速主機帶來副作用?Bryndum:”說我們的四沖程引采用了二級渦輪增壓,目的是為了滿足Tier3標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定.但是在排放控制區(qū)使用EGR系統(tǒng),在非排放控制區(qū)不使用EGR系統(tǒng),就需要靈活的渦輪增壓性能,我們的可變渦輪噴嘴面積技術(shù)將會非常有用.”燃料中二氧化硫含量的減少對你們的低速主機將會有何影響?BryndU113說,以前船舶可以使用硫含量高

20、的燃料,現(xiàn)在必須同時使秭懈用硫含量高和低的兩種燃料,這就是一個挑戰(zhàn).但是有些地方早就這樣做了,比如美國的西海岸.他還指出低速主機使用低硫燃料較長時間后,就需要更換氣缸潤滑油,因為它含有的可以減少硫的物質(zhì),但是如使用低硫燃料后,潤滑油的鈣就會在沉積在活塞上.另一個問題是低硫燃料的粘度低,他們采用了一種散熱裝置來增加進(jìn)入主機的燃料的粘度.另一個問題就是燃料泵過于陳舊的話,這種燃料就會因太稀出現(xiàn)泄漏無法形成注入壓力,就可能出現(xiàn)主機無法啟動的危險.這些就是使用低硫燃料或者柴油時容易出現(xiàn)的三個問題.對于重燃油會污染選擇催化反應(yīng)器,你有什么看法?“我們讓廢氣在進(jìn)入渦輪增壓器前先經(jīng)過選擇催化反應(yīng)器.這樣一來

21、,廢氣在進(jìn)入催化反應(yīng)器時有足夠高的溫度,即使硫含量較高也不會出現(xiàn)堵塞.還可以調(diào)節(jié)電子主機的點火時間,從而增加廢氣溫度.因此我們可以讓主機和催化反應(yīng)器結(jié)合使用.但是要想達(dá)到Tier3標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn),就需要使用催化反應(yīng)器降低氮化物的排放量,而且同時不允許使用高硫燃料.這對于防止硫化物阻塞催化反應(yīng)器有所幫助.”由瓦錫蘭公司測試的減少氮化物技術(shù).燃?xì)庵鳈C技術(shù)和使用SCR系統(tǒng)能夠減少80%的氮化物.為了滿足Tier3標(biāo)準(zhǔn),瓦錫蘭公司正在進(jìn)一步研發(fā)二級渦輪增壓,廢氣再循環(huán),水乳化燃料以及直接注射水技術(shù).中速主機的發(fā)展記者同MikaelTroberg先生進(jìn)行了交流,他是瓦錫蘭公司的研發(fā)部門測試和性能總監(jiān),他自從1

22、993年就在這個公司工作.在過去11年里,他一直負(fù)責(zé)二沖程和四沖程柴油和汽油主機性能測試工作.“我們的主機實驗室里有二十一個測試主機.我們產(chǎn)品的性能研發(fā)同產(chǎn)出,排放和效率密切相關(guān).”Tier2標(biāo)準(zhǔn)很快就會出臺,你們的主機如何應(yīng)對這些規(guī)則?“我們的主機都符合Tier2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定.所有主機都進(jìn)一步提高了Tier2標(biāo)準(zhǔn)性能.在燃料消耗方面都有所改進(jìn).通常情況下,想要減少NOx的排放就需要增加燃料的消耗.我們把主機優(yōu)化到了符合Tier2標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,同時燃料消耗仍然同符合tier1的主機相差無幾.我們的目標(biāo)是制造符合tier3標(biāo)準(zhǔn)的具有競爭力的主機.”為了應(yīng)對Tier3標(biāo)準(zhǔn),公司正在研究三種技術(shù).第一,后

23、處理技術(shù),就是采用完全標(biāo)準(zhǔn)化的選擇催化反應(yīng)器(SCR).”任何船東都能夠購買標(biāo)準(zhǔn)SCR并且把它安裝在主機后面.問題是如果SCR與主機不相匹配,就難以達(dá)到最優(yōu)效果.第二,公司正在研發(fā)主機技術(shù).第三.公司正在研發(fā)天然氣驅(qū)動主機,其排放量很低.”“我們現(xiàn)在正致力于這三項技術(shù).”MikaelTroberg先生說:”當(dāng)然關(guān)主機技術(shù)方面的工作要求是最高的,主機有時需要符合TIER2標(biāo)準(zhǔn),有時要符合TIER3標(biāo)準(zhǔn).船東需要經(jīng)過優(yōu)化的主機,在排放控制區(qū)內(nèi)能夠符合TIER3標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)運行,而在排放控制區(qū)外,能夠符合TIER2標(biāo)準(zhǔn)運行,而這兩種情況對主機的要求又大為不同.”他列舉了公司正在研發(fā)的各種減少NOx的技術(shù)

24、,并說明了這些技術(shù)減少NOx排放的能力.例如:高壓TC系統(tǒng)(2階段)(氮化物減少40%1,低氮化物燃燒調(diào)節(jié)(氮化物減少1O%),EGR系統(tǒng)(氮化物減少60%),增壓空氣濕化(氮化物減少40%),水乳化燃料(氮化物減少25%),直接注射水(氮化物減少50%),SCR系統(tǒng)(氮化物減少80%),燃?xì)庵鳈C及燃料轉(zhuǎn)化(氮化物減少85%).目前為止只有燃?xì)庵鳈C和SCR系統(tǒng)滿足了TIER3標(biāo)準(zhǔn)要求.公司正在研發(fā)以下技術(shù)以滿足TIER3標(biāo)準(zhǔn)的要求:高壓TC系統(tǒng)(2階段),廢氣再循環(huán)和直接注水技術(shù).”在不同排放控制區(qū)之間的操作靈活度是未來主機概念的成功因素.”他說.在所有這些技術(shù)中,你認(rèn)為現(xiàn)在的船舶最好選用哪種