康明斯动力设备（深圳）有限公司

摘要：船用柴油机作为船舶动力来源之一，随着环保意识的提高和技术的不断发展，船用柴油机的排放标准也在不断升级。船用柴油机排放的废气中含有多种有害物质，如二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物、颗粒物等。这些有害物质不仅对环境造成污染，还会对人体健康产生严重影响。因此，制定和实施船用柴油机排放标准，对于保护环境和人类健康具有重要意义。

一、比较与展望

      进入21世纪以来，为减少船用柴油机造成的空气污染，国际海事组织(IMO)制定了MARPOL 73/78公约附则VI《防止船用柴油机造成空气污染规则》，各国政府也纷纷出台区域性船用柴油机排放标准。近年来，欧盟、美国均更新了各自内河船用柴油机排放标准，中国也首次了颁布船用柴油机发动机排放控制国家标准。本文针对世界主要国家和地区内河船用柴油机排放标准进行了梳理和比较。

     基于以往资料梳理不难发现，欧盟和美国的内河船用柴油机排放控制标准已经历近20年的发展，目前，欧盟主要实施NRMM标准和CCNR规则，NRMM船机标准历经了Stage IIIA和Stage V两个阶段，CCNR历经了CCNR1和CCNR2两个阶段；美国主要实施EPA标准，目前历经了Tier 1、Tier 2、Tier 3和Tier 4四个阶段。中国内河船用柴油机排放标准只经历了10年左右的发展，近年才颁布CHN Stage I和CHN Stage II两个阶段内河船机排放限值。下文从控制污染物种类、排放限值两个方面进行比较和分析。

1、污染物种类

      表1列出了各种标准控制污染物种类，从中可以看出，欧盟、莱茵河、美国和中国标准均涵盖CO、HC、NOₓ和PM四种基本污染物（主要组成如图1所示）；另外，欧盟NRMM Stage V和中国CHN标准还提出了气体发动机CH₄排放控制。值得注意的是，NRMM Stage V还专门提出了颗粒物数量PN控制，从这个角度讲，欧盟NRMM Stage V是目前污染物类别覆盖最全面的。

表1    不同国家和地区内河船用柴油机排放标准控制污染物种类

2、排放限值

      图2对欧盟、莱茵河、美国和中国最新船用柴油机排放限值范围进行了比较。不难看出，欧盟NRMM Stage IIIA、莱茵河CCNR Stage II、美国EPA Tier 3和中国CHN Stage I对HC、NOₓ和PM等常规污染物的限值基本处于同一水平。但欧盟和美国最近颁布的最新标准NRMM Stage V和EPA Tier 4均进一步了收紧HC和NOₓ限值，同时对PM进行了大幅削减，相比而言，中国CHN Stage II标准则要宽松一些。

      针对目前比较受关注的天然气发动机CH₄排放，目前只有欧盟和中国标准提出了直接要求。在NRMM Stage V中，CH₄排放计入THC中，THC限值最大可取6.19g/kWh；CHN Stage I和Stage II单独提出CH₄排放限值，范围为1.0-2.0g/kWh。比较而言，目前中国标准对于内河船机CH₄排放的限制是最为严格的。

      展望未来，可以发现，为应对未来日益严格的船用柴油机排放标准，天然气作为燃料在船用柴油机上的应用将越来越多，但不断收紧的THC或CH₄排放限值将对天然气发动机形成严峻的挑战，许多国际组织如CIMAC、SGMF等正在着手制定天然气发动机的CH₄排放标准。传统的机内净化措施或将无法满足日益严格的标准限值，设计者除考虑降低机内CH₄直接逃逸、减少未燃CH₄排放外，还应着重考虑DOC(氧化催化器)技术在船机上的应用研究。

      另外，从欧盟NRMM Stage V和美国EPA Tier 4来看，PM排放是未来船机的一个挑战，逐步引入颗粒物数量PN排放控制，也是未来船机PM排放控制向精准化方向发展的趋势之一，DPF(颗粒捕集器)或将成为重要应对手段之一。但目前船机应用DPF缺乏实际经验，高硫含量燃油也对DPF应用带来挑战，柴油发电机厂家需尽早开展技术研发和储备。

图1  发动机尾气排放污染物组成

图2  不同国家和地区柴油发动机排放法规比较

1、国际环保要求

      在国际层面上，船用柴油机排放标准主要受国际海事组织（IMO）的监管。IMO通过制定国际排放标准，对船用柴油机的废气排放进行限制。目前，IMO已经发布了多个关于船用柴油机排放标准的决议，如MARPOL（防止船舶污染国际公约）附则Ⅵ和Ⅴ等。

      这些决议规定了船用柴油机在不同阶段的排放限值和时间要求。例如，MARPOL附则Ⅵ对船用柴油机的氮氧化物排放进行了限制，要求从2016年开始，新建船舶的氮氧化物排放量不得超过10毫克/千瓦时，到2021年，所有船舶的氮氧化物排放量都不得超过10毫克/千瓦时。

      IMO还对船用柴油机的颗粒物排放进行了限制，要求从2020年开始，所有船舶的颗粒物排放量都不得超过50毫克/千瓦时。

2、国家环保要求

      在国家层面，各国根据国际排放标准和本国实际情况，制定和实施船用柴油机的国内排放标准。

      为了调研我国船舶柴油发电机的污染物排放情况，  2010年3月25日环保部下发环科便函[2010]19号文“关于开展船舶柴油发电机污染物排放情况调查的函”，调查相 关船用柴油机企业的基本情况、船用柴油机年产量、船用柴油机排放检验能力、主要船用柴油机机型明细、 代表机型及其排放情况等， 调研的船用柴油机企业有24个， 其中11个单位回复了调查表， 占总调研单位的45.8%。

      在 11 个回复单位的调查表中， 共有 18 个内河船用柴油机代表机型， 其中达到 IMO Tier 2 的机型 7 个， 占 38.9%；达到 IMO Tier 1 的机型 11 个， 占 61.1%。其中 11 个机型只能使用轻柴油， 6 个机型既能使用轻柴油，也能使用燃料油， 1 个机型 只能使用燃料油。

      随着MARPOL 73/78公约附则Ⅵ第2阶段从2011年1月1日开始实施， 国内对内河船用柴油机的排放要求也参照执行IMO Tier 2排放水平的要求，通过对内燃机工业协会的汇编资料《2013年中国内燃机规格参数汇编》中船用柴油机机型排放情况的统计以 及对企业排放情况的调研可知，目前绝大多数内河船用柴油机机型已能达到IMO Tier 2 排放水平。但IMO Tier 2是国际海事组织对远洋船用柴油机的排放控制要求，排放物只 控制NOX ；本标准控制的内河船用柴油机，除了要控制NOX ，还要控制CO 、HC和PM， 控制要求比IMO Tier 2项目多， 从NOX 限值看， 单缸排量小于20L的船用柴油机， 本标准的控制要求比IMO Tier 2严格； 单缸排量大于20L小于30L的船用柴油机， 本标准的控制 要求和IMO Tier 2的要求大致相当。IMO Tier 2排放水平与本标准的要求的比较见表2。

表2    IMO Tier 2排放水平与本标准的要求的比较

三、中国大气污染现状和要求

1、中国船舶大气污染排放现状

      中国是一个内河航运资源比较丰富的国家，拥有大、小天然河流5800多条， 河流总长43万公里， 其中流域面积在1000平方公里以上的有80多条， 还有天然湖 泊900多个， 2010年底， 全国内河航道通航里程已达12.42万公里， 其中各水系内 河航道通航里程分别为： 长江水系64064公里，珠江水系15989公里，黄河水系3477 公里， 黑龙江水系8211公里， 京杭运河1439公里， 闽江水系1973公里， 淮河水系 17246公里，其它水系11800公里。各等级内河航道通航里程分别为： 一级航道1385 公里，二级航道3008公里，三级航道4887公里， 四级航道7802公里，五级航道8177 公里，六级航道18806公里，七级航道18226公里，等外航道61909公里。

      内河船舶60%分布在长江流域中下游地区，其它分布在黑龙江、珠江流域。 船舶的排放控制技术水平目前采用IMO第1阶段标准， 与世界发达国家差距较大； 内河船舶使用的燃油质量也与世界发达国家差距较大， 船舶污染物排放严重（见图3），造成我国内河及沿岸大气环境质量较差。

      根据中国环境科学研究院正在开展的《船舶和港口空气污染防治研究项目》 的初步研究成果，内河船舶排入大气的污染物 （仅估算柴油机船舶部分），NOx 排放81万吨/年， PM排放6.6万吨/年， SOX排放约10万吨/年。船舶排放的NOX和 PM占整个非道路移动源的大气污染分担率分别为13.32%和17.63%，见图1。

2、中国港口大气污染问题

      中国港口的大气污染主要是由船舶、在港口的机械设备、柴油发电机组（实物如图4所示）的排气所造成的。

      我国是港口大国， 2010年底， 全国港口拥有生产用码头泊位31634个。其中， 沿海港口生产用码头泊位5453个；内河港口生产用码头泊位26181个。2010年， 全国港口完成货物吞吐量89.32亿吨。其中， 内河港口完成32.88亿吨， 沿海港口完成56.45亿吨。内河运输船舶16.57万艘，船舶功率2423.56万千瓦；沿海运输 船舶10473艘， 船舶功率1406.02万千瓦； 远洋运输船舶2213艘， 船舶功率1500.86 万千瓦。在2012年，我国港口吞吐量已接近110亿吨，位居全球首位。