【专题】船舶 SOx & NOx 排放控制的解决之道
麻婆(MARPOL) 第六章关注的是防治空气污染, 现在的重中之重就是氮氧化物(NOx)和硫氧化物(SOx). 两者都是形成酸雨的主要物质, 也是形成光化学污染和消耗臭氧层的重要因子, 对于环境的危害极大.
NOx包含了NO, N2O, NO2, N2O3, N2O4, N2O5 共六种.
SOx 有SO2, SO3, S2O3, SO, S2O7, SO也是六类. 但在空气中的绝大部分是前两种.
回到我们船舶上来, 由于NOx和SOx的产生机制不同, 所以对于处理, 减少他们排放的原则和方法也不尽相同.
下面就分别做一简单的介绍.
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通过对排出废气的再配比新鲜空气重新压入燃烧室的方式,来降低空气中的氧气,从而降低燃烧速率和降低燃烧温度,进而减少了NOx的生成. EGR还通常与洗气系统结合起来, 形成完整的EGTS, 因为洗气系统还可以减少SOx,后面还会再次提到.
目前这个技术已经在汽车发动机上广泛应用,在船用发动机还很少见, 通过对燃料在气缸内喷射的精准控制和定位,从而最大限度的提高效率,这项技术不但省油,环保, 而且效率很高, 是今后的主要发展方向.
前面讲到,NOx的控制主要在于机器和排除气体控制,但是燃料的改进也仍然大有可为,这里介绍的两种既是从源头出发. 乳化燃料很早就被证明可以有效的降低NOx的生成, 但目前的重点是如何在船上确保稳定且均质的乳化油是个难点和重点,而且整个乳化系统的占地和复杂操作也削弱了它的一些优势,尤其是乳化状态下的的燃料不能满足内燃机的燃烧参数要求的话.
其实气体燃料如LNG的使用在目前一直都是热点, 这方面的讨论和著述也汗牛充栋.但实际上能否减少以及减少多少NOx本质上还取决于燃烧的压力和温度,准确来说这个代替方法用来控制SOx更为有效.
通过多级涡轮增压技术把空气送入气缸,从而减少缸内的压缩比和燃烧温度,只能用于Miller循环的机子, 而且排放的效果是否能达到TierIII还有存疑, 需要与其他技术结合使用,并且热能损失较大导致效率不高.
原理很简单, 效率最高(80%~90%的NOx降解),技术成熟,使用方便.在陆上的NOx控制中有着最广泛的应用.其实就是用NOx和NH3(主要用尿素产生)的还原反应,最后生成氮气N2和水,最大的问题就是占地面积大,在船上用起来捉襟见肘,而且......没错, NH3和SOx在气态下反应生成硝酸铵的效率不高，仅对NOx比较有效.
化学方法除了还原法, 还有中和法, 因为NOx是酸性气体,用碱性物质来对他们进行中和,就把NOx的氮固态化沉淀下来了. Scrubbing分为湿式和干式两种,湿式就是用NaOH之类的碱性溶液吸收废气中的NOx,干式就是用生石灰CaO(氧化钙),原理效果都是一样.洗气装置的效率也非常之高,更大的好处是连SOx一起洗了, 然而缺点也一样的明显, 首先需要备着大量的碱性原料,另外中和反应生成物往哪里处理也是个大问题,不像在陆地上, 分分钟可以送到别的需要的厂里去.
跟NOx相反, SOx中的硫主要来源不是在燃烧反应中产生,而来源于燃料本身中含有的硫成分, 所以其实SOx的控制的最直接源头或者最简单有效的方法,就是对燃料进行脱硫(或者直接就是无硫燃料).
现在船舶在配置上普遍配备了低硫油的舱室,管路,系统,冷却器等,只要装载了低硫油,就可以用起来,其实最大的问题还是来源的问题,不是所有的港口都能加到低硫油,不是所有的船东都能用得起低硫油,一个字,贵啊.
比如LNG,都不含或只含极低的硫了,没什么可说的,另外还有混合燃料,生物燃料,液化石油气LPG等等,总之就是本身低硫无硫,自然不用处理.
不同于洗气装置,是用化学反应的方式来降解固态化硫元素, 等离子技术是直接将SOx分子化学键破断,并重组为固态硫.这项技术是未来的一个方向,而且它可不仅可以处理SOx, 对其他很多有污染的化合物都可以处理降解.但是缺点同样是在目前这个阶段无法忍受的. 首先是类似的等离子激发装置太高大上,非常昂贵,经济性很差,不太适用于船舶运营这个大路行当,其实这些装置无一例外的需要超高电压,能耗也非常大,对于船舶这种无外部电源供给的东东来说, 实在有点吃不消.
如乳化技术,增压加气技术,洗气技术等, 同上, 就不也一做介绍了.
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