我国具有丰富的航运资源,全球十大港口之中有7个来自中国。我国港口吞吐量约占全球总量的1/4。多年来,由于标准缺失,监管防治不到位等原因,我国绝大多数船舶废气直接排放,对众多港口城市和内河区域的大气质量造成了严重的不良影响。船舶尾气排放具有流动性大、扩散性大、持续时间长的特点,其排放的主要污染物有氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)、碳氧化物(COx)、碳氢化合物(HC)以及微粒(PM)等。
船舶尾气排放造成的污染引起了国内外越来越广泛的关注,并且在过去仅关注船舶水体污染的基础上,更加突出船舶大气污染物防治的重要性。国内外针对船舶大气污染物中的氮氧化物制定了更为严格的限制标准。国际海事组织(IMO)海洋环境保护委员会(MEPC)系统化、规范化的给出了NOx的排放要求,规范要求2016年1月1日起建造的船舶在排放控制区内航行时,其氮氧化物(NOx)排放量需达到Tier III标准:3.4 g/kWh(n<130 r/min);9×n-0.2 g/kWh(130≤n<2000 r/min);2.0 g/kWh (n≥2000 r/min)。我国环境保护部也制定了《船舶发动机排气污染物排放限值和测量方法(中国第一、二阶段)》,规定了船舶装用的压燃式发动机及气体燃料点燃式发动机排气污染物排放限值及测量方法。
目前的船舶NOx控制技术主要分为机内净化技术和机外净化技术。机内净化技术主要通过控制燃烧过程的最高温度来降低氮氧化物生成量,主要有燃油乳化(WIF)、进气加湿(SAM)和缸内直接喷水(DWI)。机外后处理净化技术包括废气再循环(EGR)和选择性催化还原(SCR)技术。其中SCR技术可实现NOx转化率高达90%以上,且对柴油机影响较小,成为船舶尾气满足最严Tier III标准的最成熟、最有效的处理技术。
船舶尾气脱硝设备可满足控制区域对氮氧化物排放的要求,是我国航运业主动应对国际公约的迫切需求。此外,由于船舶尾气脱硝设备安装通常在船舶建造/修理期间完成,因此在我国开发、安装净化设备具有较强的竞争优势,同时能够促进船舶配套产业的转型升级。
但是以SCR为代表的船舶尾气脱硝设备的应用有许多问题仍有待于进一步规范,包括还原剂尿素注入、系统管道沉积堵塞预防、还原剂与烟气混合,SCR催化剂中毒、系统氨逃逸等。
不同厂家对上述问题的不同处理模式,导致脱硝设备设计、材料、工艺、装配存在很大的差异,一些设备在实际使用过程中运行成本高、脱除效率低、故障率高,甚至危及船舶安全。标准的制定对设备设计、制造、检测、认证、运行将起到支撑、优化和规范的作用,是提升设备质量、扩大国际贸易、促进技术进步和推广创新成果的工具和保障,对于降低投资成本,优化运行成本,提高设备可靠性具有重要的指导意义。此外,通过先进标准倒逼船舶环保装备制造产业转型升级,提高质量效益,有利于改善供给、淘汰落后、规范市场。