船舶排放废气特征分析及控制技术探讨
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摘 要 随着世界各国对环境保护的日趋重视，船舶废气排放物的污染引起了人们的关注。本文重点阐述了船舶排放废气特征及其控制措施。
关键词 船舶;废气特征;控制措施
1 船舶废气排放特征
船舶排放的废气主要有NOx、SOx、COx、VOC等，其中NOx与SOx对环境和人类的影响最大。特别是SO2排放后，在大气中的氧化过程，并与云中的水雾结合形成的酸雨，对植物的生长将产生严重的危害，二氧化硫为刺激性气体，易溶于水，几乎全部被上呼吸道吸收，对眼、上呼吸道黏膜有强烈刺激作用。在潮湿的空气中能与水分子结合形成亚硫酸、硫酸，使其刺激作用增强。二氧化硫在空气中的本底值（未受污染的大气组分含量）是0.0002ppm，当空气中二氧化硫浓度达0.3～1ppm时，多数人就会感觉出来，达到3ppm时，就有特殊的刺激气味，达到8ppm时就会难受，20ppm时可引起眼结膜炎、急性支气管炎，极高浓度时可致声门水肿、肺水肿和呼吸道麻痹，二氧化硫通过气孔进入植物叶子，破坏叶子内部组织，造成叶子变黄、卷叶以致植物倒伏。由二氧化硫形成的酸雨使水质酸化，导致水生态系统变化，浮游生物死亡、鱼类繁殖受到影响，酸雨危害森林，破坏土壤，使农作物产量降低。而NOx排放的主要成分是NO，它是无色并具有轻度刺激性的气体，它在低浓度时对人体健康无明显影响，高浓度时会造成人与动物中枢神经系统障碍。尽管NO的直接危害性不大，但NO在大气中可被臭氧氧化成具有剧毒的NO2。NO2吸入人体后会造成血液的输氧能力下降，若在NO2含量超过一定标准的环境中停留时间过长，会使人因肺气肿而死亡，同时，氮氧化物还是形成光化学烟雾的起因物质之一[1]。
2 船舶NOx排放控制措施
2.1 燃油乳化
燃油掺水乳化能较大幅度地减少NOx。标准设计的发动机满负荷时可加入20%的水，从燃烧角度来说，这并没有达到极限。使用乳化后的燃油将对NOx的生成量和燃油的消耗率产生一定的影响，其影响程度随机器型号的不同而不同，但在一般情况下，增加一个百分点的水将减少一个百分点的NOx。燃油的乳化必须在其进入燃油系统的循环回路前完成，水的增加量根据排气中测得的NOx量来决定，因此，需要对NOx进行连续监测。对采用燃油乳化技术的船舶，燃油系统应设置一个特殊设计的安全系统，当船舶失电时，将不会影响油水乳化的稳定性，保证机器再起动时仍可使用稳定的乳化燃油。但燃油乳化技术也有其局限性，水和重质燃油的乳化比较容易进行，也比较稳定;但水与柴油，轻质柴油的乳化比较困难。当沿海航行需要强制采用低硫燃油时，如果要采用燃油掺水技术就需要设置专门的乳化装置。
2.2 废气再循环
该方法是将排放出的废气适当的量引入进气管中，让废气与空气进行混合，共同参与气缸内的热循环。此方法能有效降低氮氧化物的排放，主要原因是排出的废气中含氧量较少，这样就能降低缸内氧气的含量，从而有效控制氮氧的结合。另外，废气中的水蒸气和二氧化碳的含量较高。在高温时它们的比热容比空气的比热容大很多，就会使燃烧过程中放出的热量少，产生的温度较低，从而使氮氧化物的浓度降低。但在引入废气进行再循环过程中，一定要对废气进行清洁处理，也要将废气冷却在160～180℃。此方法虽然存在经济简单、易操作控制、净化效率高等优点，但操作不恰当也会导致有害物排放的增加。所以，在操作过程中一定要细心。
2.3 延迟喷油定时
这种方法的机理就是降低燃烧时产生的温度，对在热带区域使用此方法最为合理，因冷却水温较高此方法能达到降温作用，从而使氮氧化物的生成量降低。通过调节喷油规律，减少喷入气缸的燃油量或降低最高燃烧温度和压力，都能有效控制氮氧化物的生成量，也可通过改进喷油器的结构来达到目的[2]。
3 船舶SO2控制措施
3.1 循环流化床干法脱硫
循环流化床干法脱硫工艺过程较为简单，能耗低。烟气净化后温度高有利于扩散，腐蚀性小，并且没有“白烟”现象产生，整套工艺没有污水、酸处理问题。工艺原理是作为脱硫吸收剂的消石灰，与预除尘后的烟气在塔内进行接触混合，烟气中的SO2、SO3与Ca（OH）2进行化学反应，最后生成相应的副产物CaSO3、1/2H2O和CaSO4、1/2H2O等，从而达到脱除二氧化硫的目的。干法脱硫对吸收剂要求较高，存在脱硫剂利用率低，副产品综合利用困难等问题。考虑到脱硫剂的存放和副产品的储存，此方法在船舶上应用较为困难。
3.2 石灰石-石膏法脱硫
石灰石-石膏法是一种湿法烟气脱硫技术，利用石灰石或生石灰作为吸收剂，对SO2进行吸收、分离，将其转化为石膏这一稳定的物质方法。其工作原理是：吸收剂由水和石灰石粉制成，在吸收塔内与烟气充分接触，浆液中的CaCO3与SO2反应生成CaSO3，再被加入的空气氧化生成CaSO4，最后生成二水石膏。虽然该技术已相当成熟，且脱硫效率高，运行可靠，易获得吸收剂，但石灰石-石膏法需水量大、吸收剂搬运困难，副产物产量大，浪费大量的硫资源，淡水消耗量大。此方法需考虑吸收剂和副产物的存放、搬运等问题，船舶上操作空间有限，该方法运行较为困难。
3.3 海水法脱硫
海水法脱硫过程是利用天然海水的碱度实现脱除烟气中二氧化硫的一种方法。海水呈碱性，通常自然碱度为1.2～2.5mmol/L，主要成分有氯化物、硫酸盐、可溶性碳酸盐等，海水中的大量CO32-和HCO3-是海水可吸收二氧化硫的主要原因。与其他工艺相比，海水法脱硫有明显的优势。海水作为吸收剂，有效节约淡水资源;吸收的二氧化硫转化为硫酸盐，可直接排放到海水中，不存在废物处置问题;脱硫效率较高，可达90%以上;不会结垢堵塞设备;建设和运营成本低。海水法脱硫虽然具有以上诸多优点，但其设备体积和占地面积较大，且受地域因素的限制，只适合沿海地区。但海水有限的天然缓冲能力使其只适用于含硫量较低的烟气，含硫量较高时，脱除效率较低。
4 结束语
综上所述，随着船舶航运业的发展，船舶废气排放对大气环境污染越来越严重。同时，随着全球环境的日益恶化和人们环保意识的逐渐加强，控制船舶废气排放的要求日益强烈。当前，海洋运输在我国运输行业占有着重要的地位，对船舶的需求量也越来越大，但对海洋环境、大气环境也造成了严重的污染。因此，采取废气排放控制技术至关重要。
参考文献
[1] 陈曦.控制船舶NOx排放措施[J].中国航海，2013，（02）：110-113.
[2] 劉周书.船舶柴油机废气排放及控制技术[J].航海技术，2017， 48（11）：142-143.
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