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1、第28卷 第4期 2004年8月武 汉 理 工 大 学 学 报(交通科学与工程版) Journal ofW uhan U niversity of Technology (T ransportation Science 船舶;环境性能评价;计算方法中图法分类号:U 662. 30 引 言针对全球关注的地球温暖化防止这个议题, 国际海事组织(I MO)也在MARPOL条约中采用 了新的附则,以适应世界上近年来不断发展的有 关防止、 减小船舶大气污染的技术和方法1. 船舶是一个大系统,具有其自身的特点和复杂性,对船舶的环境性能进行评估时,就必须估算 船舶的大气污染物质的排放量.陆地上固定发生 源及
2、汽车等移动发生源的废气的排出量,可以由 已经制定好的手册的步骤方法来算出.但是船舶 的大气污染物的总排出量至今仍没有受到有关法规的制约,因此和固定发生源及汽车这样的移动 发生源相比,其统一的排出算定方法处于无系统、 不完善的状态中.结合船舶自身特点和汽车大气 污染的有关算法,提出以下几种算法2, 3.1 船舶大气污染排放物的组成船舶大气污染物质的构成主要有NOx, CO2,SOx, CO , HC, PM , CH4,N2O及NMVOC以下几个部分.1)NOx NOx是由燃料中的N元素和氧结 合成为一体的FuelNOx及燃烧空气中的O2在高 温高压下被和N2结合的ThermalNOx的二者构成
3、.柴油机在喷射燃料以后燃点的曲轴转角在10 左右,并没有开始直接燃烧,称为着火延迟.其后,产生急剧的燃烧和局部高压,这时最易产生NOx.一般来说,燃烧的温度越高,氧气的浓度越大,而且高温的时间越长, ThermalNOx产生也越 多.因此,发动机功率、 种类、 式样,负荷对排出浓 度均有很大的影响.如大功率低速主机,每一冲程 的ThermalNOx的生成时间长,排出浓度就会比较大.燃料的特性对排出浓度有很大影响,如MDO燃油比M FO燃油,或A重油比C重油其 产生的NOx就有差异.这样,为了体现燃烧状态 对排出浓度的影响,要运用机械学的参数以及机 械的式样,额定转数等参数.2)SOx, CO2
4、 污染物质CO2, SOx, CO , HC 与NOx的考虑方法相同,但是, CO2和SO2的排 出量以燃料成分中碳元素和硫元素的含量100% 排出为基准,与燃料的性质有很大关系,而与主机 的大小、 型式无关.3)HC, PM , CH4, CO ,N2O及NMVOC 以 上的大气污染物质,和其他的污染物质比较,测定 的资料和基础的资料比较少,所以根据使用状况 的区别假定排出系数比较困难.一般使用了汽车 排放的文献值,特别是对于PM ,根据测定法有各种各样的定义,最近的研究调查中表明运用? ? 的测定方法能够测定损害人体健康的2. 5m 收稿日期: 20040312蔡 薇:女, 34岁,博士,
5、讲师,主要研究领域为绿色船舶评估与设计3交通部重点科技项目资助(批准号: 95205252204202)以下的粒子.2 手册计算方法计算方法的基本思想来自以日本大都市为中心的受严格限制的NOx排放算定手册,结合船舶这种运输工具的特点,计算船舶的大气污染排放量和燃料消费量.实际上它是根据船舶的航行状态,船舶吨位及船舶种类来算定的方法.表1 NOx手册的计算要素必要输入参数 计算参数船舶航行要素船舶艘数 航行时间 停泊时间 平均负载率主机功率、 辅机功 率、 有效功率及由平 均负载率和燃料消 费量而算出的NOx 排出量船型要素吨位 船型计算步骤分为以下几步.1)运输形式的设定 包括船舶的年间停靠岸
6、时间、 航行时间、 装载状态、 负载率、 使用燃料的种类、 装卸时间、 主机种类、 主机数量、 辅机资料、主机功率等.2)年燃料消耗量 (1)靠岸时的燃料消耗量; (2)航行时的燃料消耗量.3)NOx的年排出量 (1)靠岸时的NOx年排出量:N= 1. 49P1. 14(A1. 14Td)10- 3,P= 2. 2X0. 60.式中:N为靠岸时的NOx排出量,Nm3?a;A为装卸时的辅机负荷率;T为装卸时 间, h;d为装卸时的辅机数,台;P为辅机的额定功率;X为船舶总吨数. (2)航行时的NOx年排出量 N= 1. 49(PA1)1. 14T 110- 3+(PA2)1. 14T 210-
7、3,P= 1. 9X0. 97.式中:T1为部分运载时的航行时间, h;A1为部分运载时的运载率;T2为额定运载时的航行时间, h;A2为额定运载时的运载率;P为主机额定功率;X为船舶总吨数. (3)NOx的重量换算 暂且把NOx以NO2来换算.N W= (N1+N2)?22. 44610- 3.式中:N W为NOx总排出量. NO2换算值,t?a;N1为靠岸时的NOx排出量,Nm3?a;N2为航行时的NOx排出量,Nm3?a.4)SOx的年排出量 以SO2定为排放物质的基准.S=Ws210- 3.式中:S为SOx排出量, SO2换算值, t?a年;W为燃料总使用量, kg?a;s为燃料中的硫
8、成分,质量分数%.5)COx年排出量 CO2年排出量依照CCGuidelines(IPCC D raft Guideline for N ationalGreenhouse Gas Inventories)按以下的公式计算.C= 40 190W21. 1(44?12)10- 9式中:C为CO2总排出量, t?a, ;W为燃料总使用 量, kg?a.3 以燃料消耗量计算船舶大气污染 排放量IPCC(Intergovernmental Panel on ClimateChange)里确定的地球温暖化物质计算手册中, 与燃料的燃烧状态无关,只是使用了燃料种类的平均排出系数. IPCC要求各国提交地球
9、温暖化的大气排放量,其计算方法中使用了以下的系数.表2 IPCC手册中每单位燃料消耗量的排出系数g?M JCH4N2ONOxCONMVOC 使用M FO时 (远洋船舶)0. 0070. 0021. 80. 180. 052这种方法将燃油分为两大类,一种称为MDO(主要由轻油和A重油组成),另一种称为M FO(由B重油和C重油组成),根据船舶使用的 燃油性质、 消耗量和推荐系数,可以得出船舶的大气污染各成分的排放量.4 以载重量计算船舶大气污染排放 量这种方法是参照计算汽车等移动发生源产生 的排出量方法,将运输资料的每吨公里的排出量模型化而算定的方法.作为运输效率指标的吨公里,其每单位产生的CO
10、2量可以用以下的关系式求出.每吨公里的CO2量=系数每吨公里的燃料消耗量由航运业调查,通过分析航行船舶明细表记载的每一昼夜的燃料消费量、 航速及载重量,可以 绘出近海和远航船舶的每吨海里的燃料消费量.根据日本运输省发表的数值, 499吨位的小型船舶以0. 01 kg?(tn m ile)为单位换算成CO2排出量时,相当于50 t?106tkm.远洋船舶中,除去 运 送 汽 车 的 滚 装 船 外,一 般 都 在0. 005 kg?(tn m ile)以下.和近海运输与铁道运输比较,其每运输吨数所产生的CO2是比较少684武汉理工大学学报(交通科学与工程版)2004年 第28卷的.以不同的船型比
11、较来看,油轮内剩余容积比较 少,而且以经济航速航行,而集装箱船和PCC船 航行时总是速度优先,特别是PCC船船舱内的剩 余容积比较大,所以油轮每单位运输吨所产生的CO2是集装箱船和PCC船(Pure Car Carrier)的数倍以上.5 结 论以上3种方法,考虑的角度是不同的.手册计 算法,其船舶航行和主机状态密切相关,如果资料把握比较准确,则适合单船的大气污染物排放量 计算;燃料消耗量计算方法,利用每单位燃料消耗 量的排出系数,计算大气污染物的排放量,这种思 想来自于地域大气污染排放物的计算,需要正确 把握燃料使用量;载重量计算方法是参照汽车的大气污染排放物的计算,适合特定船型运输,船队
12、运输的大气污染物的计算.这3种计算方法中的 各种排放物质的系数还需要以实船资料和船舶机 械的实测值为基准,应用特定数学方法,进行进一 步的分析和论证.参 考 文 献1 I MO. Regulations for the Prevention of A ir Pollutionfrom Ships. M EPC 40, 1997. 9. 152 江彦桥.海洋船舶防污染技术.上海:上海交通大学出版社, 2000. 2782993 丁河清,吴锦翔,王忠俊.柴油二甲醚混合燃料对柴油机排放的影响.武汉理工大学学报(交通科学与工程版), 2001, 25(2): 191194CalculatingM et
13、hods for Ship A ir PollutantsCa iW ei (S chool of T ransportation,W U T,W uhan430063)AbstractIn order to realize the assessment of environmental performance of a ship, it is necessary to calcu2late em itted quantity of air pollution. Based on the characteristics of ships, three calculation methods,n
14、amely manual calculation method, fuel consumption method and load capacity method have been pre2sented.The specialties of them are also expounded.Key words: air pollution; ship; environmental assessment; calculation method启 事为适应信息化建设的需要,扩大作者学术交流渠道,本刊已加入台湾华艺数位艺术股份有限公司的 “CEPS中文电子期刊服务系统”,文章被全文收录。其作者著作权使用费用与本刊稿酬一次性付给。 作者如不同意其文章被收录,望在来稿时向本刊声明,本刊将作适当处理。784 第4期蔡 薇:船舶大气污染排放量的计算方法
