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新聞主題 |
各國（發達國家）對柴油發電機排放法規的規定 |
一、機型發展趨勢
船用柴油機在機型發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。這是因為增壓技術的發展，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燃料油為目標的經濟性的強烈追求上。然而近年來，各國環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燃料油的副產品，而且這幾種有害排放氣體成分的含量，船用柴油機比汽車柴油機更甚。各柴油機廠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年船舶開始執行國際海事組織（IMO)制定的排放限值，各柴油機廠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、綜合經濟性好。不僅僅追求燃油消耗率與劣質燃料的使用，而是包括價格、運行成本、省力、少維修、推進效率等。
5、總體結構趨于相同。氣缸排列以直列和V形兩種為主，既是技術目標，也是經濟目標的要求。
6、規范化的接口。盡量滿足用戶的要求，適合不同配套輔助裝置以及監控系統的應用。
二、技術發展趨勢
船用柴油機技術現狀及發展趨勢見表7。
表7船用柴油機技術現狀及發展趨勢
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船機類型
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技術現狀
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發展趨勢
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中速柴油機
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近年來，中速機在開發大缸徑、提高整機功率方面做了大量工作，并在燃用劣質燃油、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成效。
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不斷開發新機型，拓寬功率范圍，提高市場競爭力；調整燃油噴射、霧化過程，采用高壓噴射的燃油系統；改進增壓系統；改進排氣閥的驅動方式，調節排氣正時；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，控制排氣和燃油噴射、燃燒過程；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，并取得了顯著進步，其發展趨勢為：采用系列化設計，并通過變型滿足多用途需要；不斷開發新型的大功率高速柴油機，適應船舶市場的供需變化；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濟性；采用各種不同的噴射裝置或噴射方式，完善燃燒過程，降低NOx的排放量，適應日益嚴格的環保要求。
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三、主要減排技術
船舶主要使用的NOX減排技術及減排潛力，其中：IEM（發動機內部改造）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）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
新生產及在用的非道路壓燃
式發動機排放控制
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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
船用壓燃式發動機大氣污染
控制
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40 CFR PART 1042
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≥37kW的1類和2類壓燃式船用柴油機
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40 CFR PART 91
船用點燃式發動機排放控制
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40 CFR PART 1045
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點燃式船用柴油機
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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，娛樂用船用柴油機和個人游艇用船用柴油機排放法規94/25/EC，和三個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，由日本海事協會對船只進行管理。
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施和歐盟相同的要求，但實施時間比歐盟晚了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，見表41。
表41內河船用柴油機排放控制要求
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實施日期
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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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|||
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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月在倫敦召開的國際海事組織（International Marine Organization，簡稱IMO）第37次會議（M EPC37）上，聯合國環境與發展組織正式提出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1978年議定書修訂的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。
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130kW的柴油機（或經過重大改裝的），氣態污染物排放應滿足第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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發動機額定轉速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
|
|
n≥2000
|
9.8
|
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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發動機額定轉速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)
|
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
|
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
采用ISO8178-4中規定的C1、D2、E2和E3測試循環。
（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，則應使用ISO8217:1996中規定的具有適合柴油機類型的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%才會對SOX的排放有實質上的降低。對船用燃料硫含量的要求見表44。
表44船用燃料硫含量要求
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實施日期
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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內實施更嚴格的燃油硫含量要求，見表45。
表45 SOX排放控制區船用燃料硫含量要求
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實施日期
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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。目前，全球已經有4個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：不同用途發動機的試驗循環》針對不同類型的船用柴油機規定了五種測試循環E1～E5。該標準只是測量方法標準，沒有限值要求。該船用柴油機測量循環已被世界上多個國家采用，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。
E1循環：適用于船長小于24m的船用柴油機。見表46
表46 E1循環
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工況號
|
發動機轉速
|
負荷（%)
|
加權系數
|
|
1
|
額定轉速
|
100
|
0.08
|
|
2
|
額定轉速
|
75
|
0.11
|
|
3
|
中間轉速
|
75
|
0.19
|
|
4
|
中間轉速
|
50
|
0.32
|
|
5
|
怠速
|
0
|
0.30
|
表47 E2循環
|
工況號
|
發動機轉速
|
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
|
E3循環：適用于重型船用柴油機。見表48
表48 E3循環
|
工況號
|
發動機轉速（%）
|
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
|
E4循環：適用于船長小于24m的游艇用船用汽油機。見表49
表49 E4循環
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工況號
|
發動機轉速（%）
|
負荷（%)
|
加權系數
|
|
1
|
100（額定轉速）
|
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
|
E5循環：適用于船長小于24m的船用柴油機（螺旋槳特性）。見表50
表50 E5循環
|
工況號
|
發動機轉速（%）
|
負荷（%)
|
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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