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新闻主题 |
各国（发达国家）对柴油发电机排放法规的规定 |
一、机型发展趋势
船用柴油机在机型发展方面总体看相对稳定，前几年，主要集中在提高机型可靠性方面。这是因为增压技术的发展，柴油机强化度提高很快，尤其是石油危机后，反映在降低燃油消耗率和燃用劣质燃料油为目标的经济性的强烈追求上。然而近年来，各国环境政策对柴油机的排放限制日趋严酷，而NOx、SOx等有害排放物的增加正是高强度与燃用劣质燃料油的副产品，而且这几种有害排放气体成分的含量，船用柴油机比汽车柴油机更甚。各柴油机厂商正在致力于下列共同追求的新型柴油机。
1、连续服役中的可靠性。
2、高度强化，即大幅度提高其最高燃烧压力和燃油喷射压力。
3、废气排放符合排放法规要求。1997年船舶开始执行国际海事组织（IMO)制定的排放限值，各柴油机厂商采取工况控制或采取废气后处理，甚至重新设计以符合法规要求。
4、综合经济性好。不仅仅追求燃油消耗率与劣质燃料的使用，而是包括价格、运行成本、省力、少维修、推进效率等。
5、总体结构趋于相同。气缸排列以直列和V形两种为主，既是技术目标，也是经济目标的要求。
6、规范化的接口。尽量满足用户的要求，适合不同配套辅助装置以及监控系统的应用。
二、技术发展趋势
船用柴油机技术现状及发展趋势见表7。
表7船用柴油机技术现状及发展趋势
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船机类型
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技术现状
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发展趋势
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中速柴油机
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近年来，中速机在开发大缸径、提高整机功率方面做了大量工作，并在燃用劣质燃油、降低油耗、提高零部件的可靠性、提高使用寿命及高增压等方面取得显著成效。
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不断开发新机型，拓宽功率范围，提高市场竞争力；调整燃油喷射、雾化过程，采用高压喷射的燃油系统；改进增压系统；改进排气阀的驱动方式，调节排气正时；增装空气中间冷却器，加强水冷却系统的冷却能力，降低零部件的热负荷，提高柴油机的性能，提高工作可靠性，增加零部件的使用寿命；使用电子技术，控制排气和燃油喷射、燃烧过程；采用新概念设计，减少整机的零部件等。
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高速柴油机
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目前，各制造商在材料选择、设计结构、优化系统、试验研究和加工制造等方面做了许多工作，并取得了显著进步，其发展趋势为：采用系列化设计，并通过变型满足多用途需要；不断开发新型的大功率高速柴油机，适应船舶市场的供需变化；严格整机的耐久试验，提高工作的可靠性；提高强化系数，提高柴油机使用的经济性；采用各种不同的喷射装置或喷射方式，完善燃烧过程，降低NOx的排放量，适应日益严格的环保要求。
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三、主要减排技术
船舶主要使用的NOX减排技术及减排潜力，其中：IEM（发动机内部改造）的NOX减排潜力为20%～30%；DWI（直接喷水）的NOX减排潜力为50%～60%；HAM（湿空气动力系统）的NOX减排潜力为70%～80%；FWE（水乳化燃料）的NOX减排潜力为20%～50%；EGR（废气再循环）的NOX减排潜力为20%～50%；SCR（选择性催化还原）的NOX减排潜力为80%～97%；LNG（液化天然气）的NOX减排潜力为70%～90%。
1、美国EPA对船用柴油机的排放控制法规
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法规
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法规（法规号变更）
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适用范围
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40 CFR PART 89
新生产及在用的非道路压燃
式发动机排放控制
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40 CFR PART 1039
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40 CFR PART 1065（法规包含试验规程、数据计算和试验用设备的相关内容）
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＜37kW的压燃式船用柴油机
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40 CFR PART 94
船用压燃式发动机大气污染
控制
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40 CFR PART 1042
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≥37kW的1类和2类压燃式船用柴油机
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40 CFR PART 91
船用点燃式发动机排放控制
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40 CFR PART 1045
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点燃式船用柴油机
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2、欧洲船用柴油机的排放控制法规
欧洲船用柴油机排放法规包括欧盟商用内河船用柴油机排放法规2004/26/EC，娱乐用船用柴油机和个人游艇用船用柴油机排放法规94/25/EC，和三个区域性船用柴油机排放条例莱茵河条例、博登湖条例和勃兰登堡（德国东北部一城市）航运条例。
3、韩国船用柴油机标准
韩国无内河船用柴油机标准，对国际航行的船舶采用IMO标准，对国内船舶基本也采用IMO标准。
4、日本船用柴油机标准
日本无内河船用柴油机标准，对国际航行的船舶采用IMO标准，对国内船舶也采用IMO标准，由日本海事协会对船只进行管理。
5、土耳其内河船用柴油机标准
土耳其对内河船用柴油机实施和欧盟相同的要求，但实施时间比欧盟晚了3年。
6、俄罗斯内河船用柴油机标准
俄罗斯对内河船用柴油机的排放控制要求，见表41。
表41内河船用柴油机排放控制要求
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实施日期
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CO（g/kWh)
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HC（g/kWh)
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NOX（g/kWh)
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2000年1月1日前
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6.0
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2.4
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17.0
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2000年1月1日后
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3.0
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1.0
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n（r/min）
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n＜130
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17.0
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130≤n＜2000
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45*n-0.2
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n≥2000
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9.8
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7、国际海事组织（IMO）公约
1995年9月在伦敦召开的国际海事组织（International Marine Organization，简称IMO）第37次会议（M EPC37）上，联合国环境与发展组织正式提出MARPOL 73/78/附则VI《防止船舶造成大气污染规则》。MARPOL 73/78公约，即《经1978年议定书修订的1973年国际防止船舶造成污染公约》，是“MARITIME AGREEMENT REGARDING OIL POLLUTION OF LIABILITY【9】”的缩写。
IMO排放法规
（1） NOX排放控制要求
MARPOL 73/78公约附则VI，于2005年5月19日生效，适用于安装在2000年1月1日或以后建造的海洋船和远洋船舶上，输出功率超过130kW的柴油机（或经过重大改装的），气态污染物排放应满足第1阶段排放限值要求，如表42所示。
表42 IMO第1阶段限值
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发动机额定转速n（r/min）
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NOX（g/kWh)
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n＜130
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17.0
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130≤n＜2000
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45*n-0.2
|
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n≥2000
|
9.8
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IMO第2阶段和第3阶段NOX排放标准，分别于2011年1月1日和2016年1月1日生效，限值要求如表43所示。
表43 IMO第2阶段和第3阶段限值
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发动机额定转速n（r/min）
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第2阶段限值
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第3阶段限值
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NOX（g/kWh)
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NOX（g/kWh)
|
|
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n＜130
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14.4
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3.4
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130≤n＜2000
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44*n-0.23
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9*n-0.2
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n≥2000
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7.7
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2.0
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（2）试验循环
采用ISO8178-4中规定的C1、D2、E2和E3测试循环。
（3）试验用燃料
试验用燃料应根据试验目的选择，除非船级社同意且适合的参考燃料得不到时，则应使用ISO8217:1996中规定的具有适合柴油机类型的DM级船用燃料。
（4） SOx排放控制要求
MARPOL 73/78公约附则VI通过对燃料中硫含量的限制，控制SOX的排放。从2012年1月1日起，在世界范围内燃料的硫含量上限从4.5%降低至3.5%。鉴于目前硫含量平均值为2.7%，对SOX排放的降低所起到的作用十分有限，硫含量上限降低到0.5%才会对SOX的排放有实质上的降低。对船用燃料硫含量的要求见表44。
表44船用燃料硫含量要求
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实施日期
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一般要求
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2012年1月1日前
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低于4.5%m/m
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2012年1月1日起
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低于3.5%m/m
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2020年1月1日起
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低于0.5%m/m
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（5）排放控制区（ECA）标准
根据修订后的MARPOL附录VI的规定，IMO组织允许各国向IMO提出设立排放控制区（ECA）的申请，如果申请获得IMO的批准，该国或地区可以将距离其海岸线一定距离内的全部或部分水域设为排放控制区（ECA），在ECA内实施更严格的燃油硫含量要求，见表45。
表45 SOX排放控制区船用燃料硫含量要求
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实施日期
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硫含量要求
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2010年7月1日前
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低于1.5%m/m
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2010年7月1日起
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低于1.0%m/m
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2015年1月1日起
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低于0.1%m/m
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排放控制区分为硫排放控制区和氮排放控制区两类。目前，全球已经有4个硫排放控制区在运作：波罗的海、北海、北美、覆盖波多黎各和美国维尔京群岛水域的加勒比海排放控制区。目前唯一的氮排放控制区是包括美国和加拿大沿海200海里范围在内的北美排放控制区。在氮排放控制区内对船舶的NOX排放实施更严苛的要求。
8、国际标准化组织（ISO）标准
（1）船用柴油机测试方法标准
在ISO8178-4:1996《往复式内燃机排放测量第4部分：不同用途发动机的试验循环》针对不同类型的船用柴油机规定了五种测试循环E1～E5。该标准只是测量方法标准，没有限值要求。该船用柴油机测量循环已被世界上多个国家采用，中国、欧盟、美国、日本、韩国、土耳其和俄罗斯等国家对船用柴油机的测试都采用了ISO8178DE循环。
E1循环：适用于船长小于24m的船用柴油机。见表46
表46 E1循环
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工况号
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发动机转速
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负荷（%)
|
加权系数
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1
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额定转速
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100
|
0.08
|
|
2
|
额定转速
|
75
|
0.11
|
|
3
|
中间转速
|
75
|
0.19
|
|
4
|
中间转速
|
50
|
0.32
|
|
5
|
怠速
|
0
|
0.30
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表47 E2循环
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工况号
|
发动机转速
|
负荷（%)
|
加权系数
|
|
1
|
额定转速
|
100
|
0.20
|
|
2
|
额定转速
|
75
|
0.50
|
|
3
|
额定转速
|
50
|
0.15
|
|
4
|
额定转速
|
25
|
0.15
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E3循环：适用于重型船用柴油机。见表48
表48 E3循环
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工况号
|
发动机转速（%）
|
负荷（%)
|
加权系数
|
|
1
|
100（额定转速）
|
100
|
0.20
|
|
2
|
91
|
75
|
0.50
|
|
3
|
80
|
50
|
0.15
|
|
4
|
63
|
25
|
0.15
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E4循环：适用于船长小于24m的游艇用船用汽油机。见表49
表49 E4循环
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工况号
|
发动机转速（%）
|
负荷（%)
|
加权系数
|
|
1
|
100（额定转速）
|
100
|
0.06
|
|
2
|
80
|
71.6
|
0.14
|
|
3
|
60
|
46.5
|
0.15
|
|
4
|
40
|
25.3
|
0.25
|
|
5
|
怠速
|
0
|
0.40
|
E5循环：适用于船长小于24m的船用柴油机（螺旋桨特性）。见表50
表50 E5循环
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工况号
|
发动机转速（%）
|
负荷（%)
|
加权系数
|
|
1
|
100（额定转速）
|
100
|
0.08
|
|
2
|
91
|
75
|
0.13
|
|
3
|
80
|
50
|
0.17
|
|
4
|
63
|
25
|
0.32
|
|
5
|
怠速
|
0
|
0.30
|
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