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船舶硫排放限制之法律法规介绍

作者:发布时间:2019-08-30717 次浏览

  简介


  船用燃料在燃烧过程中会向大气排放硫氧化物(SOX)、氮氧化物(NOX)和颗粒物(PM),这些排放物将对生态系统造成严重影响,并对暴露人群的健康产生不利影响,由此一些和地区对排放量出台较为严格的标准。国际海事组织(IMO)认识到,航运业所产生的污染物排放有可能超过陆源成为主要排放源,有必要在全球范围内对航运污染物排放进行控制。2011年通过的《国际防止船舶造成污染公约附则Ⅵ——防止船舶造成空气污染规则》(《MARPOL附则VI》)不仅规定了全球范围内污染物大排放量标准,同时对指定海域实行更为严格的标准,《MARPOL附则VI》允许通过改变燃料规格、类型或使用废气清洗系统来降低污染物排放量。


  2012年2月欧洲议会环境委员会会议上,表决通过了关于降低来自于海洋船舶的硫化颗粒物排放的建议。同意自2015年开始,在欧洲ECA海域,将海洋船舶燃油的含硫量适用标准上限从目前的1%降低到0.1%;在除ECA之外的所有欧洲海域,将船舶燃油含硫量的适用标准上限降至0.5%,到2020年进一步降至0.1%,并将0.1%的含硫量的适用标准扩大到所有成员国的12海里领海范围内。到2015年,船舶运营商在ECA内运营的所有船舶上必须安装废气清洗系统或者转而使用低硫燃油。到2020年或2025年,0.5%的含硫量上限将在全球范围内生效,而IMO将于2018年审议这项决议。


  目前全球有4个认定的ECA已经生效,依次为北美、波罗的海、北海(含英吉利海峡)和加勒比海(覆盖波多黎各和维尔京群岛的沿岸附近水域)ECA。其他一些地区如墨西哥湾、阿拉斯加水域、五大湖水域、新加坡、香港、黑海、地中海以及东京湾水域的排控问题也在讨论中。


  目前,ECA的硫排放标准要求所有船舶排放必须低于1%,船舶或航运企业一旦被认定故意超标排放,欧洲报告系统将锁定这类船舶,定期跟踪,重点查验。然而,根据该报告系统的数据,当前所有进入ECA的船舶仅有不到1%接受硫排放检测,但该区域部分港口的大含硫量标准却已经要求低于0.1%。


  根据国际海事组织(IMO)关于船舶硫排放限制的要求,自2015年1月1日开始,波罗的海、北海、北美及美国加勒比海等硫排放控制区(ECA)内船用燃料硫含量不超过0.1%;2020年1月1日以后,世界范围内船用燃料硫含量不超过0.5%。这使得船东需要采取适当的方案减少船舶的硫排放;


  三种船用燃料优劣对比


  目前,主要有3种方案可以减少船舶硫排放:使用含硫量小于0.1%的船用轻柴油(MGO)作为燃料;使用船用重质燃料油(HFO)并安装洗涤器;使用液化天然气(LNG)作为燃料。这三种方案的使用成本、减排效果、适用船型各有不同,很难简单地说哪种方案是好的,船东需根据船型特点、运营特点等作出合理选择。


  种方案是使用含硫量小于0.1%的船用轻柴油(MGO)。


  这种方案无需对现有船舶进行太多改动,大部分使用船用重质燃料油(HFO)的船舶可以直接使用MGO,有些船舶可能需要对燃油系统进行少量改装,以允许使用低黏度燃油,如安装燃油冷却器,执行特殊的燃油转换程序等。因此,使用含硫量小于0.1%的船用MGO是上述3种方案中风险低的一种。另外,使用含硫量小于0.1%的船用MGO也将减少对船舶主机的维护量。2020年以后,世界范围内实施硫排放上限时,使用含硫量小于0.1%的船用MGO的船舶可以去除HFO加热设备,这将**降低其维护和使用成本。


  但是,船用MGO与船用HFO相比,其费用提高了50~70%。随着全球船用柴油朝低硫化发展,可以预见,蒸馏加工将产生更低黏度的燃油,适用于设计使用船用HFO的大型主机。许多船舶需加装冷却器,以增加主机入口处的燃油黏度使其满足主机的要求。这些系统并不复杂,通常由一个带热交换器的闭环淡水冷却系统组成,用于冷却燃油。由于所需的燃油温度可能低于船舶淡水冷却系统所能提供的温度,还需用小型制冷装置对淡水进行冷却处理。


  对于现有船舶,当进入或离开排放控制区(ECA)时,需在加热船用HFO和冷却船用MGO之间进行转换,不过,2020年以后,采用这种方式的船舶在所有时间段均使用船用MGO,就不存在燃油转换的问题了。另外,从低速柴油机使用船用HFO到长时间或全部时间使用船用MGO还需要更改汽缸油。


  第二种方案是使用船用HFO并安装洗涤器。


  安装洗涤器的优点是船舶在ECA航行时可以继续使用船用HFO,相比使用船用MGO,可大幅降低船舶燃油成本。其总成本包括洗涤器的初始成本、安装费用、额外的辅助设备、船舶改装费用以及运行洗涤器系统所需的燃料消耗和消费品成本。同时,船东在选择洗涤器时需考虑船型、船舶作业方式和本地条件。比如船舶在港时间或航行于ECA的时间均较短,或本地规则、区域规则对于排放水无限制,则可以选择开环洗涤器系统。


  根据具体的洗涤器系统类型,燃油中大硫含量可被清洁至与使用低硫油相同的水平。目前,在美国休斯敦或新加坡,含硫量为1%的船用HFO比普通HFO贵9~12%;在洛杉矶,这个数值是20~35%。船舶使用含硫量为1%的船用HFO,再使用洗涤器将更容易满足硫排放不超过0.1%的要求。


  但是,船东还需要考虑一个问题,2020年,全球范围内执行硫排放0.5%限值的规定后,高硫船用HFO的成本优势可能会显著降低,可以预见的是,届时低硫燃油更容易购买获得。这是目前很难量化的风险。


  废气清洁设备以及必需的废气旁通阀会占用较大的空间,在某些船舶上安装会存在一定的困难。如果安装的是闭环系统,还需相应的冷却或洗涤水系统以及给水和清洁系统。由于被洗涤对象具有腐蚀特性,所有这些设备必须使用高质量防腐材料制造。对于闭环系统,还需增加苛性碱和减震箱、残渣分离器和残渣存储柜。


  第三种方案是使用液化天然气(LNG)作为燃料。


  近年来,全球范围内LNG的供应量明显增加。根据不同的操作区域和燃料来源,LNG有可能比化石燃油便宜很多。LNG根本不含硫和粉尘,因此它的燃烧物中也不会含有硫氧化物(SOX)和颗粒物(PM)。另外,由于LNG在奥托循环主机中的燃烧温度低,氮氧化物(NOX)排放相应也较低。


  作为一种低温液体,LNG装船时必须采取特殊的预防措施以避免与人和船体结构发生接触,仅一些特殊的材料如不锈钢、铝和殷瓦合金,可以与LNG接触。当LNG以气态形式存在时,须在双层壁的管道中运行,双层壁之间的环形空间需要被惰化或通风,并有人监测是否泄漏。


  因为LNG的密度不到船用HFO密度的一半,LNG燃料舱的容积要比燃油舱大得多。通常情况下,LNG被储存在特殊设计的液舱中,这些液舱是根据国际气体法规(IGC)的相应要求建造的。大部分情况下,LNG燃料舱采用C型舱,允许7~10巴的压力,占用空间较大,特别是位于甲板下的液舱。


  另外,使用LNG时,加燃料是一个复杂的操作过程,需要特别的培训以确保无LNG溢出到船体结构上,蒸汽回流管妥善连接以及加注完成后所有的管路都经过净化。


  三大方案势均力敌


  当使用含硫量小于0.1%的船用MGO时。


  减少NOX排放:可搭配使用选择性催化还原(SCR)装置来降低NOX排放,使满足ECA内的IMOTierⅢ排放要求,这些装置工作时需要将废气加热至350摄氏度或更高温度。如果废气中SOX含量高或温度太低,则不会发生反应。


  另一种满足TierⅢ排放标准的方法是使用废气循环(EGR),通过降低气缸里的燃烧温度,减少NOX的形成。


  减少SOX和PM排放:由于船用MGO含硫量和杂质较少,排放中的SOX和PM都将减少。相比使用含硫量高的船用HFO,SOX排放量约减少96%;PM的降低程度不明确,估计降低50~80%。


  减少二氧化碳(CO2)与温室气体排放:不同类型的燃油造成的CO2排放量相差不多。相比船用HFO和船用MGO的热值高5%,因此产生相同的热量时,船用MGO消耗量会减少约5%,从而CO2排放量会相应减少。


  当使用船用HFO并安装洗涤器时。


  减少NOX排放:对NOX排放影响很小。因为洗涤过程会将气体冷却到不适宜使用SCR的温度,而且,目前中速机尚无降低NOX排放量的内置系统,这使得发电机满足排放要求较困难,必须在气体进入洗涤器之前使其NOX排放量满足规则要求。


  减少SOX和PM排放:使用洗涤器将显著降低SOX排放量,可减少约96%,减少PM的数值为30~60%。


  减少CO2与温室气体排放:不会降低CO2和温室气体排放。实际上,把洗涤器安装在主机上可减少热力学效率,运行洗涤器需要额外的辅助电力,所以,洗涤器可能少量增加船舶总体燃油消耗,从而增加CO2排放。


  当使用LNG作为燃料时。


  减少NOX排放:NOX降低程度取决于发动机的类型。


  减少SOX和PM排放:当使用LNG作为主燃料时,SOX和PM的排放量几乎为零。因为LNG中几乎不含硫且仅含极少量的杂质。


  减少CO2与温室气体排放:由于其较高的热当量和化学构成,使用LNG相比燃油将减少25%的CO2。但是在排气过程中,奥托循环发动机中将产生一些未燃烧的甲烷。甲烷是天然气的主要成分,其温室气体影响比CO2高25倍,因此甲烷逃逸抵消了CO2排放降低带来的温室气体减少。柴油机循环下操作的气体发动机,由于使用高压气体喷射,甲烷逃逸量极低。因此,相比相同输出功率燃油发动机,总体温室气体约能减少22%。


  海事界部分观点认为,LNG是满足ECA要求毋庸置疑的选择,因为LNG燃料价格相对低廉,在船舶全生命周期里可为船东提供相当可观的燃料成本,同时又能满足所有ECA排放要求。类似的,废气洗涤器的支持者相信继续使用价格低廉的船用HFO,同时清洁废气是经济的方式,这种说法基于每年节省的燃料成本可以快速收回安装洗涤器的投资成本。


  对于选择何种方案,投资方和运营商的诉求点是不同的,投资方认为成本低的方案优,运营商则要求大的安全性和便捷的操作与维护性。因此,在几种诉求中建立一种平衡是十分有必要的。


  以上3种方案的经济可行性和成本有效性在很大程度上由船舶的类型和操作方式决定。为此,报告《AnalysisofFuelforCommercialShipsintheECAEra》给出了简单的等额年成本(EUAC)法,并对3种方案的成本进行了分析。


  成本分析的结果显示,根据目前的燃料价格,使用船用HFO并安装洗涤器比其他方案更经济。但并非所有方案的对比结果都显而易见,因为这几种方案的EUAC值重叠比例较高。因此,成本分析仅帮助确定方向。


  另外一个重要的事实是,船舶每年的运营成本节省比建造成本对其EUAC的影响更大。以1艘在亚洲建造的集装箱船为例,其每年的燃料成本占到年建造成本的40%以上。10年内,即使以14%的折现率来计算,也可以节省一大笔投资成本。船东可以借此方便地估算建造成本,并且较准确地估算出维护和运营成本,但燃料成本受多种因素影响,不确定性较大,还有一些隐形成本。因此,船舶每年的成本变数很大,没有深度分析很难被预估。在船舶初始设计阶段进行简单的分析是有意义的,但仍有可能产生误导。因为有一些隐性成本未包含在分析中,只有完成船舶设计的初步开发后,这些成本才能显现。


  有些船东在选择方案时,会考虑排放的影响。报告显示,采用LNG燃料产生的排放低,但是降低程度仍然是根据发动机类型而有所不同。除了成本和排放以外,还有其他一些考虑因素,比如LNG动力船舶的拆解价值更高,因为船上有大量不锈钢液舱和管系;某些情况下,使用船用MGO可节省LNG或洗涤器带来的成本等。


  为了满足公约对硫排放的要求,每个船东都面临着选择减排方案的问题。目前,主流的3种方案各有特点,船东需要根据实际情况作出合适的选择。在进行方案选择时,需要考虑诸多因素,如初始投资、建造成本、使用成本、维护成本、货物空间的损失、使用和维护的便利性、减排效果等,需要经过详细地计算对各种方案的结果进行比较。另外,有一些因素是目前很难预料的,比如燃料加注的便利性和燃料价格的变化等等。这些都需要船东在设计之初尽可能周全地考虑,设想出多种可能性,并逐一进行比较。


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