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减排方案,谁更胜一筹?

   日期:2019-07-11     作者:船海装备网    浏览:157    评论:0    
核心提示:随着国际海事组织新标准、新规范的密集出台和陆续实施,航运界正在掀起一场节能减排大变革。船舶尾气污染物排放控制已成为当下业

随着国际海事组织新标准、新规范的密集出台和陆续实施,航运界正在掀起一场节能减排大变革。船舶尾气污染物排放控制已成为当下业界关注的焦点。目前,业界主要采用船舶废气清洗系统、天然气燃料动力、低硫燃油、船舶岸电系统等四种减排措施,本文基于国内航运的实际发展情况比较上述四种方案,以期对船舶尾气减排方案的选取提供参考。


船舶废气清洗系统(EGCs)


根据MARPOL公约的要求,自2020年1月1日起,船舶所使用的燃油硫含量不应超过0.5%m/m,当船舶航行于排放控制区(ECA)时,则禁止使用硫含量超过0.10%的燃油。通过安装废气清洗系统(EGCs),可将船舶排放尾气中的硫氧化物(SOx)清除,达到与使用低硫燃油等效的减排效果。


1、废气清洗系统(EGCs)在船上的应用


安装有废气清洗系统(EGCs)的船舶,可直接使用高硫份燃料油,因其管理便利及运营成本低等特点,一直备受业界的关注,按其产品类型及工作原理可主要分为:开式(Open)、闭式(Close)&混合式(Hybrid)。


IMO于2015年修订并通过的MEPC.259(68)《废气清洗系统导则》是船舶使用EGCs作为符合SOx 排放控制要求的替代措施及EGC系统法定检验的重要依据,该导则详细规定了废气清洗系统的排放符合性(包括废气排放和洗涤水排放)的验证方法和检验程序。但不同国家/地区关于SOx排放的替代措施可能会有特殊规定,因此,当准备使用废气清洗系统时应注意船舶拟航行区域的相关要求,尤其应注意如下:


废气清洗系统的主要原理及优缺点

2、现有船安装废气清洗系统(EGCs)的关注要点


根据废气清洁系统联合会(EGCSA)的数据统计,截止2018年9月份为止,全球已安装和已下单EGCs的船舶共有1321艘。EGCs作为船上的防污染系统的重要组成部分,除了应满足法定的相关要求外,还须考虑系统运行的安全性,即系统及设备的日常操作使用不应对船舶、人员安全造成危害,对于现有船安装废气清洗系统还应重点关注如下:


航行海域的特殊要求

(1)经济性评估:包括船龄、航线、投资回报率、EGCs在排放控制区的运行时间、柴油机输出功率等;


(2)技术可行性研究:包括船旗国&港口国的特殊要求、船舶类型、船上安装EGCs的位置、主辅机最大继续功率下的废气排放等综合因素;


(3)安装EGCs对现有船舶可能造成的影响:空船重量、载重量、船舶重心、完整稳性、破舱稳性、防火控制布置、舾装数、驾驶室视野、舷外排口周围船壳板的防腐处理;


(4)风险分析、EEDI复核、NOx技术文件复核、监测与安全保护等。


船舶岸电系统


船舶靠泊码头时,使用岸基电源向全船供电,通过停用船舶发电机组,实现船舶停泊港口时尾气零排放。由于该项技术较为成熟,港口及船舶的岸电设备加装都具有较强的可操作性和较易的可实现性,是有效控制港口城市群空气污染的手段之一。2019年3月18号,交通运输部、能源局和国家发改委等6部委共同发布了“关于进一步共同推进船舶靠港使用岸电工作的通知”,要求自2019年7月1日起,具有船舶岸电系统船载装置的现有船舶(液货船除外)应按要求靠港使用岸电,2022年1月1日起中国籍的内河船舶和海船应按要求靠港使用岸电,同时鼓励港口企业、岸电设施运营企业与航运企业签订岸电使用协议,不断提高岸电使用比例。


1、船舶岸电供电模式


港口岸电系统主要包括三个部分:岸基供电部分、岸-船连接系统、船用负载部分,其基本架构及加装(改造)要点如下:


船舶岸电系统的主要组成部分及要点

岸基供电部分由港口变电站供电,经过变压(如适用)、变频(如适用),当输入电源与船舶电力系统的参数一致,利用岸-船连接系统,在相序一致的情况下,将电能通过船载电网输送至负载处。港口岸电的供电模式可以分为以下三类:高压模式、低压模式和低压小容量模式。


(1)高压模式。高压模式的供电方式是将6.6kV/6kV、60Hz/50Hz的高压电源,接入船上配备的船载变压设备后供负载使用,或者直接使用。码头岸电系统的容量在介于630kVA~1600kVA时,建议采用高压上船方式;当容量在大于1600kVA时,应采用高压上船方式。


(2)低压模式。低压模式的供电方式是将码头电网变频、变压转换为450V/400V、60Hz/50Hz低压电源,直接接入船上供负载使用。码头岸电系统的容量在630kVA以下,宜采用低压上船方式。


(3)低压小容量模式。低压小容量模式的供电方式是将码头配变380V三相低压电源,经低压一体化岸电桩输出380V或220V电源,接入船上供负载使用。此方式仅适用内河船舶等。


2、船舶岸电关注要点


(1)不同类型及吨位的船舶会根据实际情况,选取不同电压及电制的船舶电网,不同国家及地区的船舶电网也不尽相同。高压船舶电站的电压等级可为11kV,6.6kV(60Hz)或6kV(50Hz) ,低压船舶电站的电压等级可为440V(60Hz)或400V(50Hz),因此,码头的岸电供电系统应能输出不同电制和频率的电源,以匹配受电船舶电网就显得尤其重要,目前,市场上适用于海洋环境的高功率高压变频器仍存在技术局限。


(2)由于岸电电源容量相对较小,当船舶使用岸电时,负载的变化也会引起岸基电压变化,当电压偏差值较大时,会降低船上负载的运行效率,因此,对岸电电压的自动调节功能提出了比较高的要求。


(3)船舶靠泊时,连接电缆通过电缆绞车及电缆导轨放送至岸基上,通过人工方式接插在岸基的电源装置插座上,电缆绞车可根据船舶与岸基距离收放电缆。当船舶靠岸时,应避免电缆达到其拉伸极限、扭曲极限及弯曲极限,从而导致机械断电脱扣及触电危险。


LNG动力


目前,我国越来越多的船舶选择天然气燃料动力系统预先设计及布置,在船舶设计与建造阶段即考虑将来LNG动力系统相关的改造需求。2018年8月10日,交通运输部下发《关于深入推进水运行业应用液化天然气的意见(征求意见稿)》,力求加快推进船舶用能升级和港口污染防治,深入推进水运行业应用液化天然气(LNG)清洁能源,技术要点重点归纳如下:


(1)推进LNG码头建设,围绕建立长期稳定的天然气产供储销体系要求,积极推进沿海尤其是环渤海地区LNG码头建设,加快内河LNG码头建设,提升LNG接卸和转运能力。


(2)提升LNG水路运输能力。率先以长江干线为主稳步推进内河LNG运输,有序发展国内LNG运输船队,不断壮大远洋LNG运输船队规模。


(3)推进港区LNG加气站规划,优化港区控制性详细规划,合理有序布局港区LNG加气站。有序发展多种加注方式,沿海重点发展移动加注和港口槽车加注方式,探索发展浮式加注,内河重点发展趸船式、岸船式加注方式,补充发展移动加注方式。


(4)提升研发与集成应用水平,加快高性能纯天然气发动机和低排放LNG-柴油双燃料发动机技术研发,进一步提高污染物排放控制技术水平。支持高可靠性安防报警系统和供气系统开发,提高集成应用水平,加大LNG动力节能环保新船型开发应用。


低硫燃油使用


通过岸基燃油(HFO)预脱硫处理后,船舶使用符合规定的MGO(硫含量≤0.1%m/m),从本质上减少船舶尾气的硫排放,是目前航运界比较普遍的做法。尽管MGO替代HFO不需要额外的初期投资,转换操作便捷,但低硫燃油与重油的理化特性差别较大,因其发热值高、密度低、粘度低、润滑性差等特点,长时间使用低硫燃油会对船舶主辅机产生一定的影响,具体如下:


(1)低粘度:满足ISO 8217标准的轻质油MDO(DMA)的粘度值(@40℃)介于1.5cst~6.0cst之间,而传统柴油机的燃油喷射推荐粘度为10cst~15cst,因此长期过低的燃油粘度会加速喷油器、高压油泵等部件的磨损;


(2)硅铝含量高:采用催化加氢方法提炼的低硫燃油硅铝含量较高,当有相当部分的硅铝成分以颗粒形式存在于燃油系统时,将会导致高压油泵柱塞套筒偶件磨损,甚至有可能出现油阀卡阻,喷油器针阀磨损等现象;


(3)高碱度汽缸油:由于低硫燃油PH值较大,与高碱性汽缸油酸碱中和反应不好,将导致材料腐蚀加快。根据主机、副机设备厂家的指导说明,当设备长时间使用低硫燃油时,如果仍使用传统的高碱度汽缸油,将导致缸套活塞环槽积碳、缸套磨损、甚至减少缸套使用寿命,因此应及时更换为碱度较低的汽缸油或曲轴箱滑油;


(4)混合燃油:为了迎合航运市场日益增长的低硫燃油需求,区别于传统燃油市场供应的低硫馏分油(如DMA、DMB等),船用燃油供应市场推出了混合FAME(生物柴油)的船用馏分油。ISO 8217标准第6次修订版新增加了DFA、DFZ、DFB三种馏分油类型,规定混合FAME的体积百分比不超过7%,其他各项指标分别与DMA、DMZ、DMB一致,因此,船上使用这种混合了FAME的船舶馏分油时,储存、处理、使用等方面的要求与ISO8217标准规定的船用柴油(DMA、DMZ、DMB)基本相同,然而,考虑到生物柴油具有易氧化、生物分解、对燃油舱柜及系统沉积物的清洗等潜在特性,船上使用这种燃油时,仍需额外考虑一些注意事项,比如储存周期、燃油状态监测、含水量和微生物监测、滤器状态监测等。如船舶拟使用这种燃油,应与柴油机、锅炉等设备厂咨询,确认燃油设备使用这种燃油的兼容性。关于这种燃油的使用,国际内燃机委员会(CIMAC)专门制定了燃油管理指南“船舶购买和使用该类燃油时,还应寻求柴油机、锅炉、分油机等设备制造厂的相关指导和建议。”


实船使用低硫燃油注意要点


(1) 应充分评估船舶主辅机及锅炉、燃油系统(包括管路附件及泵系)使用低硫燃油的安全性及适用性。若系统需要加装低硫燃油冷却系统才能满足主辅机的进机粘度要求,应及时对燃油系统进行改造;


(2) 低硫燃油舱隔离储存的安全性及燃油转换的可行性;


(3) 船舶管理公司应编制符合实船情况的低硫燃油转换程序,且该程序应纳入船舶安全管理体系。当船舶进出排放控制区时,应按照转换程序提前做好燃油转换,燃油转换前后的船位、时间、燃油柜的存量等信息均应在轮机日志中做好记录。


四种方案的比较与分析


采用以上四种方案都能有效控制船舶尾气排放,这四种减排方案各有优缺点,技术要点对比如下表。


不同技术方案的比较

 
标签: 船舶减排方案
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