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船舶減排方案誰更勝一籌?

2019-07-10 20:03:20
來源:中國船檢 編輯: 國際船舶網 我有話要說

隨著國際海事組織新標準、新規范的密集出臺和陸續實施,航運界正在掀起一場節能減排大變革。船舶尾氣污染物排放控制已成為當下業界關注的焦點。目前,業界主要采用船舶廢氣清洗系統、天然氣燃料動力、低硫燃油、船舶岸電系統等四種減排措施,本文基于國內航運的實際發展情況比較上述四種方案,以期對船舶尾氣減排方案的選取提供參考。

船舶廢氣清洗系統(EGCs)

根據MARPOL公約的要求,自2020年1月1日起,船舶所使用的燃油硫含量不應超過0.5%m/m,當船舶航行于排放控制區(ECA)時,則禁止使用硫含量超過0.10%的燃油。通過安裝廢氣清洗系統(EGCs),可將船舶排放尾氣中的硫氧化物(SOx)清除,達到與使用低硫燃油等效的減排效果。

1、廢氣清洗系統(EGCs)在船上的應用

安裝有廢氣清洗系統(EGCs)的船舶,可直接使用高硫份燃料油,因其管理便利及運營成本低等特點,一直備受業界的關注,按其產品類型及工作原理可主要分為:開式(Open)、閉式(Close)&混合式(Hybrid)。

IMO于2015年修訂并通過的MEPC.259(68)《廢氣清洗系統導則》是船舶使用EGCs作為符合SOx 排放控制要求的替代措施及EGC系統法定檢驗的重要依據,該導則詳細規定了廢氣清洗系統的排放符合性(包括廢氣排放和洗滌水排放)的驗證方法和檢驗程序。但不同國家/地區關于SOx排放的替代措施可能會有特殊規定,因此,當準備使用廢氣清洗系統時應注意船舶擬航行區域的相關要求,尤其應注意如下:

2、現有船安裝廢氣清洗系統(EGCs)的關注要點

根據廢氣清潔系統聯合會(EGCSA)的數據統計,截止2018年9月份為止,全球已安裝和已下單EGCs的船舶共有1321艘。EGCs作為船上的防污染系統的重要組成部分,除了應滿足法定的相關要求外,還須考慮系統運行的安全性,即系統及設備的日常操作使用不應對船舶、人員安全造成危害,對于現有船安裝廢氣清洗系統還應重點關注如下:

(1)經濟性評估:包括船齡、航線、投資回報率、EGCs在排放控制區的運行時間、柴油機輸出功率等;

 (2)技術可行性研究:包括船旗國&港口國的特殊要求、船舶類型、船上安裝EGCs的位置、主輔機最大繼續功率下的廢氣排放等綜合因素;

(3)安裝EGCs對現有船舶可能造成的影響:空船重量、載重量、船舶重心、完整穩性、破艙穩性、防火控制布置、舾裝數、駕駛室視野、舷外排口周圍船殼板的防腐處理;

(4)風險分析、EEDI復核、NOx技術文件復核、監測與安全保護等。

船舶岸電系統

船舶靠泊碼頭時,使用岸基電源向全船供電,通過停用船舶發電機組,實現船舶停泊港口時尾氣零排放。由于該項技術較為成熟,港口及船舶的岸電設備加裝都具有較強的可操作性和較易的可實現性,是有效控制港口城市群空氣污染的手段之一。2019年3月18號,交通運輸部、能源局和國家發改委等6部委共同發布了“關于進一步共同推進船舶靠港使用岸電工作的通知”,要求自2019年7月1日起,具有船舶岸電系統船載裝置的現有船舶(液貨船除外)應按要求靠港使用岸電,2022年1月1日起中國籍的內河船舶和海船應按要求靠港使用岸電,同時鼓勵港口企業、岸電設施運營企業與航運企業簽訂岸電使用協議,不斷提高岸電使用比例。

1、船舶岸電供電模式

港口岸電系統主要包括三個部分:岸基供電部分、岸-船連接系統、船用負載部分,其基本架構及加裝(改造)要點如下:

岸基供電部分由港口變電站供電,經過變壓(如適用)、變頻(如適用),當輸入電源與船舶電力系統的參數一致,利用岸-船連接系統,在相序一致的情況下,將電能通過船載電網輸送至負載處。港口岸電的供電模式可以分為以下三類:高壓模式、低壓模式和低壓小容量模式。

(1)高壓模式。高壓模式的供電方式是將6.6kV/6kV、60Hz/50Hz的高壓電源,接入船上配備的船載變壓設備后供負載使用,或者直接使用。碼頭岸電系統的容量在介于630kVA~1600kVA時,建議采用高壓上船方式;當容量在大于1600kVA時,應采用高壓上船方式。

(2)低壓模式。低壓模式的供電方式是將碼頭電網變頻、變壓轉換為450V/400V、60Hz/50Hz低壓電源,直接接入船上供負載使用。碼頭岸電系統的容量在630kVA以下,宜采用低壓上船方式。

(3)低壓小容量模式。低壓小容量模式的供電方式是將碼頭配變380V三相低壓電源,經低壓一體化岸電樁輸出380V或220V電源,接入船上供負載使用。此方式僅適用內河船舶等。

2、船舶岸電關注要點

(1)不同類型及噸位的船舶會根據實際情況,選取不同電壓及電制的船舶電網,不同國家及地區的船舶電網也不盡相同。高壓船舶電站的電壓等級可為11kV,6.6kV(60Hz)或6kV(50Hz) ,低壓船舶電站的電壓等級可為440V(60Hz)或400V(50Hz),因此,碼頭的岸電供電系統應能輸出不同電制和頻率的電源,以匹配受電船舶電網就顯得尤其重要,目前,市場上適用于海洋環境的高功率高壓變頻器仍存在技術局限。

(2)由于岸電電源容量相對較小,當船舶使用岸電時,負載的變化也會引起岸基電壓變化,當電壓偏差值較大時,會降低船上負載的運行效率,因此,對岸電電壓的自動調節功能提出了比較高的要求。

(3)船舶靠泊時,連接電纜通過電纜絞車及電纜導軌放送至岸基上,通過人工方式接插在岸基的電源裝置插座上,電纜絞車可根據船舶與岸基距離收放電纜。當船舶靠岸時,應避免電纜達到其拉伸極限、扭曲極限及彎曲極限,從而導致機械斷電脫扣及觸電危險。

LNG動力

目前,我國越來越多的船舶選擇天然氣燃料動力系統預先設計及布置,在船舶設計與建造階段即考慮將來LNG動力系統相關的改造需求。2018年8月10日,交通運輸部下發《關于深入推進水運行業應用液化天然氣的意見(征求意見稿)》,力求加快推進船舶用能升級和港口污染防治,深入推進水運行業應用液化天然氣(LNG)清潔能源,技術要點重點歸納如下:

(1)推進LNG碼頭建設,圍繞建立長期穩定的天然氣產供儲銷體系要求,積極推進沿海尤其是環渤海地區LNG碼頭建設,加快內河LNG碼頭建設,提升LNG接卸和轉運能力。

(2)提升LNG水路運輸能力。率先以長江干線為主穩步推進內河LNG運輸,有序發展國內LNG運輸船隊,不斷壯大遠洋LNG運輸船隊規模。

(3)推進港區LNG加氣站規劃,優化港區控制性詳細規劃,合理有序布局港區LNG加氣站。有序發展多種加注方式,沿海重點發展移動加注和港口槽車加注方式,探索發展浮式加注,內河重點發展躉船式、岸船式加注方式,補充發展移動加注方式。

(4)提升研發與集成應用水平,加快高性能純天然氣發動機和低排放LNG-柴油雙燃料發動機技術研發,進一步提高污染物排放控制技術水平。支持高可靠性安防報警系統和供氣系統開發,提高集成應用水平,加大LNG動力節能環保新船型開發應用。

低硫燃油使用

通過岸基燃油(HFO)預脫硫處理后,船舶使用符合規定的MGO(硫含量≤0.1%m/m),從本質上減少船舶尾氣的硫排放,是目前航運界比較普遍的做法。盡管MGO替代HFO不需要額外的初期投資,轉換操作便捷,但低硫燃油與重油的理化特性差別較大,因其發熱值高、密度低、粘度低、潤滑性差等特點,長時間使用低硫燃油會對船舶主輔機產生一定的影響,具體如下:

(1)低粘度:滿足ISO 8217標準的輕質油MDO(DMA)的粘度值(@40℃)介于1.5cst~6.0cst之間,而傳統柴油機的燃油噴射推薦粘度為10cst~15cst,因此長期過低的燃油粘度會加速噴油器、高壓油泵等部件的磨損;

(2)硅鋁含量高:采用催化加氫方法提煉的低硫燃油硅鋁含量較高,當有相當部分的硅鋁成分以顆粒形式存在于燃油系統時,將會導致高壓油泵柱塞套筒偶件磨損,甚至有可能出現油閥卡阻,噴油器針閥磨損等現象;

 (3)高堿度汽缸油:由于低硫燃油PH值較大,與高堿性汽缸油酸堿中和反應不好,將導致材料腐蝕加快。根據主機、副機設備廠家的指導說明,當設備長時間使用低硫燃油時,如果仍使用傳統的高堿度汽缸油,將導致缸套活塞環槽積碳、缸套磨損、甚至減少缸套使用壽命,因此應及時更換為堿度較低的汽缸油或曲軸箱滑油;

(4)混合燃油:為了迎合航運市場日益增長的低硫燃油需求,區別于傳統燃油市場供應的低硫餾分油(如DMA、DMB等),船用燃油供應市場推出了混合FAME(生物柴油)的船用餾分油。ISO 8217標準第6次修訂版新增加了DFA、DFZ、DFB三種餾分油類型,規定混合FAME的體積百分比不超過7%,其他各項指標分別與DMA、DMZ、DMB一致,因此,船上使用這種混合了FAME的船舶餾分油時,儲存、處理、使用等方面的要求與ISO8217標準規定的船用柴油(DMA、DMZ、DMB)基本相同,然而,考慮到生物柴油具有易氧化、生物分解、對燃油艙柜及系統沉積物的清洗等潛在特性,船上使用這種燃油時,仍需額外考慮一些注意事項,比如儲存周期、燃油狀態監測、含水量和微生物監測、濾器狀態監測等。如船舶擬使用這種燃油,應與柴油機、鍋爐等設備廠咨詢,確認燃油設備使用這種燃油的兼容性。關于這種燃油的使用,國際內燃機委員會(CIMAC)專門制定了燃油管理指南“船舶購買和使用該類燃油時,還應尋求柴油機、鍋爐、分油機等設備制造廠的相關指導和建議。”

實船使用低硫燃油注意要點

(1) 應充分評估船舶主輔機及鍋爐、燃油系統(包括管路附件及泵系)使用低硫燃油的安全性及適用性。若系統需要加裝低硫燃油冷卻系統才能滿足主輔機的進機粘度要求,應及時對燃油系統進行改造;

(2) 低硫燃油艙隔離儲存的安全性及燃油轉換的可行性;

(3) 船舶管理公司應編制符合實船情況的低硫燃油轉換程序,且該程序應納入船舶安全管理體系。當船舶進出排放控制區時,應按照轉換程序提前做好燃油轉換,燃油轉換前后的船位、時間、燃油柜的存量等信息均應在輪機日志中做好記錄。

四種方案的比較與分析

采用以上四種方案都能有效控制船舶尾氣排放,這四種減排方案各有優缺點,技術要點對比如下表。

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