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新聞主題 |
各國（發(fā)達國家）對柴油發(fā)電機排放法規的規定 |
一、機型發(fā)展趨勢
船用柴油機在機型發(fā)展方面總體看相對穩定，前幾年，主要集中在提高機型可靠性方面。這是因為增壓技術(shù)的發(fā)展，柴油機強化度提高很快，尤其是石油危機后，反映在降低燃油消耗率和燃用劣質(zhì)燃料油為目標的經(jīng)濟性的強烈追求上。然而近年來(lái)，各國環(huán)境政策對柴油機的排放限制日趨嚴酷，而NOx、SOx等有害排放物的增加正是高強度與燃用劣質(zhì)燃料油的副產(chǎn)品，而且這幾種有害排放氣體成分的含量，船用柴油機比汽車(chē)柴油機更甚。各柴油機廠(chǎng)商正在致力于下列共同追求的新型柴油機。
1、連續服役中的可靠性。
2、高度強化，即大幅度提高其最高燃燒壓力和燃油噴射壓力。
3、廢氣排放符合排放法規要求。1997年船舶開(kāi)始執行國際海事組織（IMO)制定的排放限值，各柴油機廠(chǎng)商采取工況控制或采取廢氣后處理，甚至重新設計以符合法規要求。
4、綜合經(jīng)濟性好。不僅僅追求燃油消耗率與劣質(zhì)燃料的使用，而是包括價(jià)格、運行成本、省力、少維修、推進(jìn)效率等。
5、總體結構趨于相同。氣缸排列以直列和V形兩種為主，既是技術(shù)目標，也是經(jīng)濟目標的要求。
6、規范化的接口。盡量滿(mǎn)足用戶(hù)的要求，適合不同配套輔助裝置以及監控系統的應用。
二、技術(shù)發(fā)展趨勢
船用柴油機技術(shù)現狀及發(fā)展趨勢見(jiàn)表7。
表7船用柴油機技術(shù)現狀及發(fā)展趨勢
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船機類(lèi)型
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技術(shù)現狀
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發(fā)展趨勢
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中速柴油機
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近年來(lái)，中速機在開(kāi)發(fā)大缸徑、提高整機功率方面做了大量工作，并在燃用劣質(zhì)燃油、降低油耗、提高零部件的可靠性、提高使用壽命及高增壓等方面取得顯著(zhù)成效。
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不斷開(kāi)發(fā)新機型，拓寬功率范圍，提高市場(chǎng)競爭力；調整燃油噴射、霧化過(guò)程，采用高壓噴射的燃油系統；改進(jìn)增壓系統；改進(jìn)排氣閥的驅動(dòng)方式，調節排氣正時(shí)；增裝空氣中間冷卻器，加強水冷卻系統的冷卻能力，降低零部件的熱負荷，提高柴油機的性能，提高工作可靠性，增加零部件的使用壽命；使用電子技術(shù)，控制排氣和燃油噴射、燃燒過(guò)程；采用新概念設計，減少整機的零部件等。
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高速柴油機
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目前，各制造商在材料選擇、設計結構、優(yōu)化系統、試驗研究和加工制造等方面做了許多工作，并取得了顯著(zhù)進(jìn)步，其發(fā)展趨勢為：采用系列化設計，并通過(guò)變型滿(mǎn)足多用途需要；不斷開(kāi)發(fā)新型的大功率高速柴油機，適應船舶市場(chǎng)的供需變化；嚴格整機的耐久試驗，提高工作的可靠性；提高強化系數，提高柴油機使用的經(jīng)濟性；采用各種不同的噴射裝置或噴射方式，完善燃燒過(guò)程，降低NOx的排放量，適應日益嚴格的環(huán)保要求。
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三、主要減排技術(shù)
船舶主要使用的NOX減排技術(shù)及減排潛力，其中：IEM（發(fā)動(dòng)機內部改造）的NOX減排潛力為20%～30%；DWI（直接噴水）的NOX減排潛力為50%～60%；HAM（濕空氣動(dòng)力系統）的NOX減排潛力為70%～80%；FWE（水乳化燃料）的NOX減排潛力為20%～50%；EGR（廢氣再循環(huán)）的NOX減排潛力為20%～50%；SCR（選擇性催化還原）的NOX減排潛力為80%～97%；LNG（液化天然氣）的NOX減排潛力為70%～90%。
1、美國EPA對船用柴油機的排放控制法規
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法規
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法規（法規號變更）
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適用范圍
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40 CFR PART 89
新生產(chǎn)及在用的非道路壓燃
式發(fā)動(dòng)機排放控制
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40 CFR PART 1039
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40 CFR PART 1065（法規包含試驗規程、數據計算和試驗用設備的相關(guān)內容）
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＜37kW的壓燃式船用柴油機
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40 CFR PART 94
船用壓燃式發(fā)動(dòng)機大氣污染
控制
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40 CFR PART 1042
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≥37kW的1類(lèi)和2類(lèi)壓燃式船用柴油機
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40 CFR PART 91
船用點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機排放控制
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40 CFR PART 1045
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點(diǎn)燃式船用柴油機
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2、歐洲船用柴油機的排放控制法規
歐洲船用柴油機排放法規包括歐盟商用內河船用柴油機排放法規2004/26/EC，娛樂(lè )用船用柴油機和個(gè)人游艇用船用柴油機排放法規94/25/EC，和三個(gè)區域性船用柴油機排放條例萊茵河條例、博登湖條例和勃蘭登堡（德國東北部一城市）航運條例。
3、韓國船用柴油機標準
韓國無(wú)內河船用柴油機標準，對國際航行的船舶采用IMO標準，對國內船舶基本也采用IMO標準。
4、日本船用柴油機標準
日本無(wú)內河船用柴油機標準，對國際航行的船舶采用IMO標準，對國內船舶也采用IMO標準，由日本海事協(xié)會(huì )對船只進(jìn)行管理。
5、土耳其內河船用柴油機標準
土耳其對內河船用柴油機實(shí)施和歐盟相同的要求，但實(shí)施時(shí)間比歐盟晚了3年。
6、俄羅斯內河船用柴油機標準
俄羅斯對內河船用柴油機的排放控制要求，見(jiàn)表41。
表41內河船用柴油機排放控制要求
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實(shí)施日期
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CO（g/kWh)
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HC（g/kWh)
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NOX（g/kWh)
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2000年1月1日前
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6.0
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2.4
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17.0
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2000年1月1日后
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3.0
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1.0
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n（r/min）
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n＜130
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17.0
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130≤n＜2000
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45*n-0.2
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n≥2000
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9.8
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7、國際海事組織（IMO）公約
1995年9月在倫敦召開(kāi)的國際海事組織（International Marine Organization，簡(jiǎn)稱(chēng)IMO）第37次會(huì )議（M EPC37）上，聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展組織正式提出MARPOL 73/78/附則VI《防止船舶造成大氣污染規則》。MARPOL 73/78公約，即《經(jīng)1978年議定書(shū)修訂的1973年國際防止船舶造成污染公約》，是“MARITIME AGREEMENT REGARDING OIL POLLUTION OF LIABILITY【9】”的縮寫(xiě)。
IMO排放法規
（1） NOX排放控制要求
MARPOL 73/78公約附則VI，于2005年5月19日生效，適用于安裝在2000年1月1日或以后建造的海洋船和遠洋船舶上，輸出功率超過(guò)130kW的柴油機（或經(jīng)過(guò)重大改裝的），氣態(tài)污染物排放應滿(mǎn)足第1階段排放限值要求，如表42所示。
表42 IMO第1階段限值
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發(fā)動(dòng)機額定轉速n（r/min）
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NOX（g/kWh)
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n＜130
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17.0
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130≤n＜2000
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45*n-0.2
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n≥2000
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9.8
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IMO第2階段和第3階段NOX排放標準，分別于2011年1月1日和2016年1月1日生效，限值要求如表43所示。
表43 IMO第2階段和第3階段限值
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發(fā)動(dòng)機額定轉速n（r/min）
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第2階段限值
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第3階段限值
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NOX（g/kWh)
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NOX（g/kWh)
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n＜130
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14.4
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3.4
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130≤n＜2000
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44*n-0.23
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9*n-0.2
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n≥2000
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7.7
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2.0
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（2）試驗循環(huán)
采用ISO8178-4中規定的C1、D2、E2和E3測試循環(huán)。
（3）試驗用燃料
試驗用燃料應根據試驗目的選擇，除非船級社同意且適合的參考燃料得不到時(shí)，則應使用ISO8217:1996中規定的具有適合柴油機類(lèi)型的DM級船用燃料。
（4） SOx排放控制要求
MARPOL 73/78公約附則VI通過(guò)對燃料中硫含量的限制，控制SOX的排放。從2012年1月1日起，在世界范圍內燃料的硫含量上限從4.5%降低至3.5%。鑒于目前硫含量平均值為2.7%，對SOX排放的降低所起到的作用十分有限，硫含量上限降低到0.5%才會(huì )對SOX的排放有實(shí)質(zhì)上的降低。對船用燃料硫含量的要求見(jiàn)表44。
表44船用燃料硫含量要求
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實(shí)施日期
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一般要求
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2012年1月1日前
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低于4.5%m/m
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2012年1月1日起
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低于3.5%m/m
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2020年1月1日起
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低于0.5%m/m
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（5）排放控制區（ECA）標準
根據修訂后的MARPOL附錄VI的規定，IMO組織允許各國向IMO提出設立排放控制區（ECA）的申請，如果申請獲得IMO的批準，該國或地區可以將距離其海岸線(xiàn)一定距離內的全部或部分水域設為排放控制區（ECA），在ECA內實(shí)施更嚴格的燃油硫含量要求，見(jiàn)表45。
表45 SOX排放控制區船用燃料硫含量要求
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實(shí)施日期
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硫含量要求
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2010年7月1日前
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低于1.5%m/m
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2010年7月1日起
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低于1.0%m/m
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2015年1月1日起
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低于0.1%m/m
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排放控制區分為硫排放控制區和氮排放控制區兩類(lèi)。目前，全球已經(jīng)有4個(gè)硫排放控制區在運作：波羅的海、北海、北美、覆蓋波多黎各和美國維爾京群島水域的加勒比海排放控制區。目前唯一的氮排放控制區是包括美國和加拿大沿海200海里范圍在內的北美排放控制區。在氮排放控制區內對船舶的NOX排放實(shí)施更嚴苛的要求。
8、國際標準化組織（ISO）標準
（1）船用柴油機測試方法標準
在ISO8178-4:1996《往復式內燃機排放測量第4部分：不同用途發(fā)動(dòng)機的試驗循環(huán)》針對不同類(lèi)型的船用柴油機規定了五種測試循環(huán)E1～E5。該標準只是測量方法標準，沒(méi)有限值要求。該船用柴油機測量循環(huán)已被世界上多個(gè)國家采用，中國、歐盟、美國、日本、韓國、土耳其和俄羅斯等國家對船用柴油機的測試都采用了ISO8178DE循環(huán)。
E1循環(huán)：適用于船長(cháng)小于24m的船用柴油機。見(jiàn)表46
表46 E1循環(huán)
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工況號
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發(fā)動(dòng)機轉速
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負荷（%)
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加權系數
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1
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額定轉速
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100
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0.08
|
|
2
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額定轉速
|
75
|
0.11
|
|
3
|
中間轉速
|
75
|
0.19
|
|
4
|
中間轉速
|
50
|
0.32
|
|
5
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怠速
|
0
|
0.30
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表47 E2循環(huán)
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工況號
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發(fā)動(dòng)機轉速
|
負荷（%)
|
加權系數
|
|
1
|
額定轉速
|
100
|
0.20
|
|
2
|
額定轉速
|
75
|
0.50
|
|
3
|
額定轉速
|
50
|
0.15
|
|
4
|
額定轉速
|
25
|
0.15
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E3循環(huán)：適用于重型船用柴油機。見(jiàn)表48
表48 E3循環(huán)
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工況號
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發(fā)動(dòng)機轉速（%）
|
負荷（%)
|
加權系數
|
|
1
|
100（額定轉速）
|
100
|
0.20
|
|
2
|
91
|
75
|
0.50
|
|
3
|
80
|
50
|
0.15
|
|
4
|
63
|
25
|
0.15
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E4循環(huán)：適用于船長(cháng)小于24m的游艇用船用汽油機。見(jiàn)表49
表49 E4循環(huán)
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工況號
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發(fā)動(dòng)機轉速（%）
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負荷（%)
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加權系數
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|
1
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100（額定轉速）
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100
|
0.06
|
|
2
|
80
|
71.6
|
0.14
|
|
3
|
60
|
46.5
|
0.15
|
|
4
|
40
|
25.3
|
0.25
|
|
5
|
怠速
|
0
|
0.40
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E5循環(huán)：適用于船長(cháng)小于24m的船用柴油機（螺旋槳特性）。見(jiàn)表50
表50 E5循環(huán)
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工況號
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發(fā)動(dòng)機轉速（%）
|
負荷（%)
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加權系數
|
|
1
|
100（額定轉速）
|
100
|
0.08
|
|
2
|
91
|
75
|
0.13
|
|
3
|
80
|
50
|
0.17
|
|
4
|
63
|
25
|
0.32
|
|
5
|
怠速
|
0
|
0.30
|
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