張　杰　高　輝

摘要：船舶排放造成的環(huán)境污染日益受到人們重視，嚴(yán)格的海洋環(huán)保法規(guī)在世界不同國(guó)家和地區(qū)制定并實(shí)施。使用低硫高質(zhì)量船用燃料、替代燃料、開(kāi)發(fā)節(jié)能型發(fā)動(dòng)機(jī)以及配置廢氣凈化裝置是達(dá)到環(huán)保法規(guī)的重要途徑，同時(shí)也為船用潤(rùn)滑油提出更高要求。跟蹤船用燃料與發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)以及船用潤(rùn)滑油的發(fā)展對(duì)于我國(guó)排放法規(guī)的制定具有現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：排放法規(guī)；船用燃料；潤(rùn)滑油；凈化技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TE626.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

The Development of Marine Emission Legislations and Its Influence on Marine Fuels and Lubricants

ZHANG Jie, GAO Hui

(PetroChina Dalian Lubricating Oil R&D Institute, Dalian 116032, China)

Abstract:The pollution emitted from ocean ships has made great infection on environment, which is attracting more and more regards from people. Therefore, rigid marine emission legislations have been established and implemented in many countries and areas in the world. Using high quality fuels or substitute fuels, developing new types of economical engines and installing exhaust cleaning equipments are all the effective methods which demand marine lubricants higher quality. So keeping up with the development of marine fuels, the technology of marine diesel engines and marine lubricants are important for the establishment of marine emission legislation of our country.

Key words:emission legislation; marine fuel; lubricant; cleaning technology

0 前言

遠(yuǎn)洋船舶的動(dòng)力來(lái)源從最初的蒸汽輪機(jī)發(fā)展到燃?xì)廨啓C(jī)，再到目前廣泛應(yīng)用的內(nèi)燃機(jī)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)因其功率范圍大、效率高、能耗低、使用維修方便而在民用、商用船舶和中小型艦艇推進(jìn)裝置中確立了主導(dǎo)地位，3萬(wàn)t級(jí)以下的遠(yuǎn)洋船舶大多以柴油機(jī)作為主機(jī)［1］。

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)通常燃燒的高硫劣質(zhì)燃料對(duì)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響。1995年對(duì)美國(guó)各種船舶主機(jī)類(lèi)型排放水平的調(diào)查結(jié)果表明，柴油機(jī)的排放是燃?xì)廨啓C(jī)蒸汽機(jī)的5~10倍。

據(jù)報(bào)道，到2007年，每年的船用燃料消耗量達(dá)2億t，以柴油機(jī)廢氣的平均排放量1000 mg/L（燃料）計(jì)算，每年僅遠(yuǎn)洋船舶的廢氣排放量就在20萬(wàn)t以上［2］。在美國(guó)加利福尼亞州，由船舶排放的SO_X和NO_X分別占全加州SO_X和NO_X排放總量的40%和12%；在航運(yùn)業(yè)發(fā)達(dá)的挪威，大氣污染物中NO_X的排放有40%～50％來(lái)自船舶；特別是在港口和航線(xiàn)密集的海域，如英吉利海峽，船舶排放污染物成為最主要的污染來(lái)源。總之在航運(yùn)業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家和地區(qū)，船舶排放已成為威脅環(huán)境質(zhì)量的“第一殺手”，這些國(guó)家和地區(qū)也是率先意識(shí)到治理海洋污染的重要性，最早的海洋排放法規(guī)也是在這些國(guó)家和地區(qū)制定并實(shí)施的［3］。

1 海洋排放法規(guī)的發(fā)展

船用燃料的燃燒產(chǎn)物主要包括顆粒物和氣態(tài)物。顆粒物主要是碳粒和煙塵；氣態(tài)物主要是SO_X、NO_X、CO_X和HC等，其中SO_X和NO_X占有較大比例。用于遠(yuǎn)洋運(yùn)輸?shù)牡退偈诸^發(fā)動(dòng)機(jī)的NO_X排放更是高達(dá)17 g/kW?h。2001年美國(guó)環(huán)保局調(diào)查了各種交通工具的排放量在環(huán)境總污染物中的比例，指出大約6％的NO_X、超過(guò)10%的顆粒物和40％的SO_X排放來(lái)自船舶發(fā)動(dòng)機(jī)；預(yù)計(jì)如果不采用控制手段，到2030年將有34％的NO_X、超過(guò)45%的顆粒物和94％的SO_X排放來(lái)自船舶發(fā)動(dòng)機(jī)。

國(guó)際海事組織（IMO）首先對(duì)全球海洋和SO_X排放控制區(qū)域內(nèi)(SO_XEmission Controlled Areas, SECA)的排放作出規(guī)定，其他海洋環(huán)保法規(guī)均在此基礎(chǔ)上對(duì)各自地區(qū)的排放制定法律約束。

1.1 MARPOL附則Ⅵ

在1995年9月召開(kāi)的第37次環(huán)保會(huì)(MEPC37)上，國(guó)際海事組織在《MARPOL 73/78防污公約》原有的5個(gè)附則基礎(chǔ)上又增加了附則Ⅵ《防止船舶大氣污染規(guī)則》，用于限制船舶對(duì)海洋大氣的污染。該附則2005年5月19日始所有協(xié)議簽署國(guó)的船舶正式生效。

附則Ⅵ規(guī)定在全球范圍內(nèi)船用燃料中的硫含量須低于4.5％。這項(xiàng)法規(guī)其實(shí)并沒(méi)有對(duì)船運(yùn)業(yè)造成很大影響，因?yàn)榻^大多數(shù)船用燃料的硫含量是低于4.5％的。從DNV報(bào)告可知：2005年在全球范圍內(nèi)，僅有0.35％的船用燃料硫含量超過(guò)4.5％；而2005年船用燃料的平均硫含量為2.8％。

MARPOL附則Ⅵ對(duì)NO_X排放的規(guī)定為：2000年1月1日以后建成（或經(jīng)重大改造）的、功率大于130 kW的不同轉(zhuǎn)速船用柴油機(jī)的具體排放控制標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

1.2 SECA法規(guī)

鑒于國(guó)際海事組織MARPOL 73/78附則Ⅵ對(duì)燃料硫含量4.5%的規(guī)定不能滿(mǎn)足英吉利海峽和波羅的海地區(qū)的環(huán)保要求而制訂了SECA法規(guī)并首先確定了“SO_X排放控制區(qū)域”的概念。2006年5月波羅的海劃為SO_X排放控制區(qū)，北海和英吉利海峽于2007年11月也成為SO_X排放控制區(qū)。法規(guī)規(guī)定行駛在此海域范圍內(nèi)船舶燃用燃料的硫含量低于1.5％。SO_X排放控制區(qū)的地理位置是南緯62°以南和東經(jīng)4°以東的北海區(qū)域、東經(jīng)5°以東的英吉利海峽區(qū)域和波羅的海區(qū)域，包括挪威、瑞典和丹麥等船舶制造業(yè)和船運(yùn)業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，他們率先意識(shí)到限制船舶排放的重要性，強(qiáng)制在SO_X排放控制區(qū)內(nèi)使用低硫船用燃料。目前黑海、地中海、美國(guó)、日本和香港等國(guó)家和地區(qū)也紛紛要求加入SO_X排放控制區(qū)，執(zhí)行使用低硫燃油的控制法規(guī)，SECA法規(guī)執(zhí)行范圍正在不斷擴(kuò)大。

1.3 其他海洋環(huán)保法規(guī)

除了國(guó)際海事組織頒布的法規(guī)，許多國(guó)家和地區(qū)在MARPOL附則Ⅵ的基礎(chǔ)之上，根據(jù)自身情況制定了更為嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)。2003年，美國(guó)環(huán)保局在MARPOL附則Ⅵ的基礎(chǔ)上，參考美國(guó)清潔空氣法案（US Clean Air Act），制定美國(guó)海洋環(huán)保法規(guī)Tier 1來(lái)限制NO_X排放，并將陸續(xù)在2011年和2016年實(shí)施Tier 2和Tier 3，到2016年將NO_X排放標(biāo)準(zhǔn)降低到目前的20％；德國(guó)制定了《萊因河（西歐境內(nèi)）內(nèi)陸河道船舶廢棄物排放規(guī)定》，不僅限制了SO_X和NO_X的排放，還對(duì)CO、HC和顆粒物（PM）的排放作出規(guī)定；世界環(huán)保法規(guī)最嚴(yán)格的地區(qū)——美國(guó)加利福尼亞州對(duì)行駛在加州海岸線(xiàn)38.62 km（24 mile）范圍內(nèi)的遠(yuǎn)洋船舶的主機(jī)、輔機(jī)和鍋爐中使用的燃料作出苛刻規(guī)定，要求使用低硫餾分燃料油取代重質(zhì)燃油，到2012年柴油硫含量要求低于0.1％。

海洋環(huán)保法規(guī)是向著越來(lái)越嚴(yán)格的方向發(fā)展的。國(guó)際海事組織建議到2012年在全球范圍內(nèi)將硫含量降到3.5％，到2020年降到0.5％；在硫化物排放控制區(qū)內(nèi)（Secas）到2010年將燃料硫含量降到1.0％，2015年將降到0.1％。降低船舶排放，提高燃料質(zhì)量和改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)是兩大主要途徑。降低硫含量和提高燃料質(zhì)量可以降低SO_X和顆粒物的排放；改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，采用機(jī)內(nèi)凈化和機(jī)外凈化技術(shù)可以減少NO_X、CO₂和HC的排放。

2 環(huán)保法規(guī)對(duì)船用燃料的要求

據(jù)統(tǒng)計(jì)燃料油成本在總船運(yùn)業(yè)運(yùn)營(yíng)成本中所占比例高達(dá)40％～65％，為了降低運(yùn)營(yíng)成本，在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，重質(zhì)渣油將在船用燃料油中占有絕對(duì)比例。而隨著石油資源日益枯竭，人們更加注重石油產(chǎn)品的充分利用。世界各國(guó)煉油廠為了提高輕質(zhì)餾分收率所采取的提高煉油加工深度的新工藝和新技術(shù)卻導(dǎo)致重油和渣油品質(zhì)下降。

2.1 船用燃料的制備工藝

從上世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著原油成本的上升，煉油廠紛紛采用新煉油工藝提高餾分油收率，但也降低了渣油質(zhì)量。圖1為船用燃料（Bunker Fuel Oil，BFO）制備流程，如圖1所示。傳統(tǒng)的船用燃料制備工藝是：原油通過(guò)常壓蒸餾過(guò)程生成的常壓渣油經(jīng)減壓蒸餾后，大部分產(chǎn)物（經(jīng)過(guò)脫硫）將進(jìn)行催化裂化反應(yīng)，反應(yīng)后餾分油中的輕質(zhì)柴油和催化裂化渣油構(gòu)成了船用燃料的主要組成部分，另外還包括一部分減壓蒸餾渣油。通常渣油的質(zhì)量不足以達(dá)到船用燃料的出廠標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也不能達(dá)到船舶排放法規(guī)對(duì)燃料的要求，所以船油公司往往是把催化裂化（FCC）過(guò)程中生成的低硫澄清油（Clarified Oil，CLO）與減壓渣油和催化裂化渣油進(jìn)行混合調(diào)配，制成船用燃料。

2.2 船舶法規(guī)對(duì)船舶燃料的要求

同陸路交通工具相比，海洋船舶污染物排放程度要嚴(yán)重得多。例如目前在歐盟范圍內(nèi)規(guī)定陸用燃料硫含量不超過(guò)10 μg/g，而在SECA范圍內(nèi)的船用燃料硫含量?jī)H要求不超過(guò)1.5％(合15000 μg/g)，是陸用燃料的1500倍之多，所以船用燃料硫含量的降低空間很大，使用低硫燃料也勢(shì)在必行。

將來(lái)使用輕質(zhì)餾分油做船用燃料是降低SO_X排放的主要途徑，但是這樣勢(shì)必會(huì)大幅提高船運(yùn)公司的運(yùn)輸成本，這種情況是船東不愿接受的，適當(dāng)利用政府補(bǔ)貼的方式是推廣低硫燃油的有效方法。

船用燃料的劣質(zhì)化主要體現(xiàn)在硫含量高和燃燒性能不好兩個(gè)方面。而燃料中的硫含量高低直接影響著SO_X排放的多少。目前降低SO_X排放的最有效方法是降低燃料中的硫含量。

燃料油的燃燒性能不佳是因?yàn)槿剂瞎┯蜕掏ǔ堅(jiān)团c不同側(cè)線(xiàn)的餾分油按一定比例混合，保證混合后的船用燃料油達(dá)到船東和某些國(guó)際法規(guī)對(duì)船用燃料油的要求。但是這種做法帶來(lái)的問(wèn)題是燃油各組分的分散性不佳，瀝青質(zhì)易于凝聚出來(lái)形成油泥，同時(shí)輕重組分的混合會(huì)導(dǎo)致燃油組成不穩(wěn)定，影響燃油的燃燒性能。殘?zhí)亢蜑r青質(zhì)含量高也是重質(zhì)劣質(zhì)燃料的重要特點(diǎn)。瀝青質(zhì)的熱值低，難于充分燃燒，加之渣油中含有各種無(wú)機(jī)有機(jī)金屬鹽和雜質(zhì)燃油質(zhì)量不高，一方面會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)功率，另一方面會(huì)排放更多的煙塵和顆粒物［5］，給環(huán)境造成極大危害。

在現(xiàn)有質(zhì)量條件下，加入適當(dāng)添加劑能夠?qū)α淤|(zhì)燃料起到明顯的改性作用，可以有效改善燃燒狀況，使燃油高效、清潔燃燒，并減少煙塵和顆粒物的排放。在燃料中加入分散性添加劑可以提高其儲(chǔ)存穩(wěn)定性，阻止瀝青質(zhì)的凝聚，起到清凈和分散作用，使燃油成為穩(wěn)定的均一體系，有利于提高燃燒效率；加入助燃添加劑可以有效分散瀝青質(zhì)并對(duì)瀝青中碳的燃燒起到催化作用，縮短滯燃期，提高了燃料利用率。

日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)對(duì)船用燃料的質(zhì)量也提出更高要求，低硫和超低硫燃料成為未來(lái)船用燃料的發(fā)展方向。例如：美國(guó)加利福尼亞州已經(jīng)確定在2012年使用硫含量小于0.1％的輕質(zhì)餾分油。目前研究替代燃料的工作也取得了很大的成績(jī)，壓縮天然氣（CNG）和液化石油氣(LPG)成為柴油替代燃料中較好的選擇，Wartsila公司開(kāi)發(fā)的針對(duì)壓縮天然氣和液化石油氣的發(fā)動(dòng)機(jī)也已經(jīng)在歐洲內(nèi)河航道的輪船上正常使用。

3 環(huán)保法規(guī)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求

目前，新型船用發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)不具有大缸徑、長(zhǎng)沖程和高平均有效壓力的特點(diǎn)，例如Wartsila公司的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)RT-flex 96C缸徑近1 m，活塞行程2.5 m，平均有效壓力達(dá)到20個(gè)大氣壓，單缸輸出功率84 MW；而MAN B&W公司的ME型二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)缸徑超過(guò)1 m，單缸輸出功率可達(dá)100 MW。這使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能有所增強(qiáng)，大幅地提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率和燃料的燃燒效率，從而間接起到節(jié)約燃油，降低排放的作用。因此，節(jié)能和降低排放是船用發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展的兩大推動(dòng)力。發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)內(nèi)凈化和機(jī)外凈化是降低排放的主要途徑。機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)上可以在根源上減少污染物的排放，但是考慮到成本和發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)等因素，機(jī)外凈化也經(jīng)常采用。另外使用替代燃料的船用發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)開(kāi)始正常運(yùn)行，將來(lái)推廣使用的前景廣闊。

3.1 排放凈化技術(shù)

3.1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)共軌技術(shù)

目前，基于電子控制的共軌技術(shù)替代傳統(tǒng)的機(jī)械式燃油噴射系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于船用發(fā)動(dòng)機(jī)中。共軌技術(shù)采用電子傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和曲軸的位置，將測(cè)得參數(shù)與預(yù)先設(shè)定參數(shù)進(jìn)行比較，對(duì)燃油噴射、排氣閥啟閉和柴油機(jī)啟動(dòng)等進(jìn)行控制，并保證發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳工況下運(yùn)行。

大型低速柴油機(jī)采用共軌技術(shù)始于20世紀(jì)90年代中后期才正式進(jìn)入實(shí)用化階段，目前在二沖程低速十字頭發(fā)動(dòng)機(jī)和四沖程中速發(fā)動(dòng)機(jī)中普遍使用。 在瓦錫蘭公司生產(chǎn)的各種船用發(fā)動(dòng)機(jī)中，中速發(fā)動(dòng)機(jī)Wartsila 46F、Wartsila 32、Wartsila 38、Wartsila 46和二沖程低速發(fā)動(dòng)機(jī)Wartsila RT-flex50-B、 RT-flex58T-B、RT-flex60C-B、RT-flex68-D、RT-flex82C、RT-flex82T、RT-flex84T-D和RT-flex96C 等型號(hào)采用共軌技術(shù)。采用共軌技術(shù)的船只能夠保證發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳工況下使燃料充分燃燒，提高發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率，降低了油耗；并且可以有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物的排放，使發(fā)動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速，不同負(fù)載下實(shí)現(xiàn)“無(wú)煙排放”。

3.1.2 濕法凈化

降低發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒時(shí)氣缸內(nèi)的峰值溫度是降低NO_X排放最有效的方法，它可以從根源上減少NO_X的生成。目前Wartsila公司最廣泛采用的霧化空氣法（Wetpac Humidification）是將壓縮空氣所產(chǎn)生的高溫將水霧化，空氣夾帶飽和水蒸氣進(jìn)入氣缸參與燃燒，降低燃燒室溫度，可以減少至少50％的NO_X的生成。一般來(lái)說(shuō)，此方法水的消耗量是燃油消耗量的兩倍。

另一種方法是三菱公司（Mitsubishi）采用的直接噴射法（Direct Water Injection）。該方法是將水通過(guò)特殊的噴嘴注入燃燒室中，與燃料混合形成乳化態(tài)混合物，通過(guò)降低燃燒室的峰值溫度來(lái)減少至少40％的NO_X排放。三菱公司的直接噴射法工作示意如圖2所示，從圖2可以看出兩個(gè)獨(dú)立的泵分別將燃料與水經(jīng)過(guò)噴嘴打入氣缸中，水的加入量由電子共軌閥（Electronic Rail Valve）控制，并且保證乳化物中水/油比為0.8。

3.1.3 EGR技術(shù)

廢氣再循環(huán)(Exhaust Gas Recirculation-EGR)是通過(guò)回引部分發(fā)動(dòng)機(jī)排氣與新鮮空氣混合，二次回到氣缸中作為工質(zhì)參與燃燒，利用廢氣中含有大量化學(xué)惰性氣體（CO₂、O₂、H₂O等）具有很高的比熱容這一特點(diǎn)來(lái)抑制NO_X的生成。因?yàn)镹O_X的生成條件是高溫和富氧，廢氣參與再循環(huán)以后造成相同量的混合區(qū)升高同樣溫度所需熱量增加，從而降低了氣缸燃燒的峰值溫度；另一方面廢氣對(duì)新鮮空氣的稀釋也降低了氧氣的濃度，使環(huán)境中的富氧程度降低，從而大大降低了NO_X的生成［7］。目前EGR技術(shù)廣泛應(yīng)用在Wartsila和MAN B&W的船用二沖程和四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)上。

3.1.4 調(diào)整機(jī)械參數(shù)

調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械部件以及操作參數(shù)也可以實(shí)現(xiàn)機(jī)內(nèi)凈化，如使用合適的噴油器并選擇最佳的噴油角度。文獻(xiàn)報(bào)道：不同的噴油器壓力室容積，不同噴油孔數(shù)目、孔徑以及長(zhǎng)度都會(huì)大大影響到燃油消耗率以及排放污染物的數(shù)量［8］，Wartsila公司采用的一種新型噴油器（LIPS HR nozzle）在外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)噴油器有很大不同，可以減少20％～30％的NO_X排放。事實(shí)證明改變噴油器的設(shè)計(jì)可以有效降低NO_X等污染物的排放，該方法是目前減少船用發(fā)動(dòng)機(jī)NO_X等排放的較好方法。

調(diào)整噴油器的噴油角也可以大幅度降低污染物的生成，采用延時(shí)噴射技術(shù)是減少NO_X排放較為簡(jiǎn)單有效的方法。它是通過(guò)改變噴油器的噴油時(shí)機(jī)來(lái)降低燃燒過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的峰值溫度和最大壓力，從而達(dá)到降低NO_X排放的目的。

3.1.5 機(jī)外凈化

（1）海水凈化技術(shù)

利用海水呈堿性的特點(diǎn)，吸收并中和排放物中的SO_X，達(dá)到降低SO_X排放的目的。實(shí)踐證明海水凈化技術(shù)可以除掉排放物中90％以上的SO_X，假設(shè)船舶使用硫含量為3.0％的燃料，則使用海水凈化裝置以后，即相當(dāng)于使用硫含量為0.3％的燃料。但這項(xiàng)技術(shù)也存在很多問(wèn)題：一是對(duì)水質(zhì)有所影響；二是排氣經(jīng)過(guò)清洗裝置時(shí)會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)排氣背壓增加，使柴油機(jī)功率下降并冒黑煙，可靠性變差，因此通常要選配更高效率的廢氣渦輪增壓器以補(bǔ)償清洗裝置和管道的壓力降［4］。

（2）催化還原裝置

在催化劑存在的情況下，NO_X與氨氣發(fā)生以下反應(yīng)：

NO_X+NH₃→N₂+H₂O

催化還原裝置正是應(yīng)用以上化學(xué)原理，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放的NO_X進(jìn)行凈化。目前，Wartsila公司的6R32型中速柴油機(jī)便是采用含氨、無(wú)毒并易于保存的尿素作為還原劑，將濃度為40％的尿素溶液噴入催化還原系統(tǒng)，在350～450 ℃的排氣溫度下，利用催化劑對(duì)NO_X實(shí)施凈化效果顯著，NO_X能降低85％左右［9］。

（3）顆粒分離器

船用燃料的不充分燃燒造成排放物中含有較多顆粒物，生成的顆粒物一方面會(huì)降低環(huán)境空氣質(zhì)量；另一方面對(duì)于采用廢氣再循環(huán)裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)，過(guò)多的顆粒物返回氣缸會(huì)阻塞機(jī)械管路并導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)與氣缸磨損增加。所以采取措施減少顆粒物排放是非常重要的。目前從機(jī)外凈化的角度考慮，旋風(fēng)分離器是普遍使用的顆粒物凈化裝置，它可將顆粒物中粒徑大于0.5 μm的顆粒分離出去；另外還可以采用靜電沉淀分離器，可減少99％顆粒物的排放，但是設(shè)備造價(jià)較高。

3.2 雙燃料/三燃料發(fā)動(dòng)機(jī)

按目前海洋排放法規(guī)的要求，船舶行駛在公海與排放特定地區(qū)對(duì)燃料的要求是不同的。通常船東在公海使用高硫劣質(zhì)燃料，而在特定區(qū)域切換使用低硫優(yōu)質(zhì)燃油，因此要求船用發(fā)動(dòng)機(jī)能夠交替使用重質(zhì)柴油、輕質(zhì)柴油；隨著海洋環(huán)保法規(guī)以及對(duì)用于陸上發(fā)電的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)排放的日益嚴(yán)格要求，船運(yùn)業(yè)也將較多使用壓縮天然氣（CNG）和液化石油氣(LPG)等替代燃料。所以適于雙燃料或者三燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)可以保證船東在遵守船舶排放法規(guī)與節(jié)省燃料成本之間作出最佳選擇。

近些年出現(xiàn)了很多可以燃燒不同燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)。早在1987年，天然氣－柴油技術(shù)（Gas－Diesel Technology）第一次應(yīng)用于Wartsila 32GD發(fā)動(dòng)機(jī)上，Wartsila 32GD與后來(lái)的Wartsila 34DF廣泛用于遠(yuǎn)洋船舶和陸上電廠中，可以燃燒天然氣和輕質(zhì)柴油，能夠保證發(fā)動(dòng)機(jī)在高功率條件下排放有所降低；Wartsila 34SG是專(zhuān)門(mén)燃燒天然氣的四沖程中速發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到720～750 r/min，輸出功率3800～9000 kW，更是實(shí)現(xiàn)了高功率低排放；Wartsila 公司的50DF是最新型的三燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，可使用天然氣、輕質(zhì)柴油和重質(zhì)柴油，可以保證輸出功率不變前提下，在任意兩種燃料之間自由切換，該發(fā)動(dòng)機(jī)在電子系統(tǒng)（共軌技術(shù)）的控制下可以保障各種燃料在不同發(fā)動(dòng)機(jī)工況下處于最佳燃燒狀況；另外2006年MAN B&W公司問(wèn)世了世界上首臺(tái)功率高達(dá)100 MW的遠(yuǎn)洋雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。

4 船用燃料及發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)潤(rùn)滑油的影響

海洋環(huán)保法規(guī)推動(dòng)著船用燃料和發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展，而燃料和發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)變化又對(duì)于船用潤(rùn)滑油技術(shù)的發(fā)展提出了要求。

潤(rùn)滑油的堿值提供了中和燃料燃燒生成酸性組分的能力，所以潤(rùn)滑油的堿值與硫含量有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。日益低硫化的燃料以及重質(zhì)柴油逐漸被輕質(zhì)柴油替代將不再需要潤(rùn)滑油提供過(guò)剩的堿值；另外天然氣甚至甲醇等通常都具有較好燃燒特性和較低的排放，隨著這些燃料替代船用重質(zhì)燃料在船舶上加以使用，客觀上要求船用潤(rùn)滑油的金屬含量較低，滿(mǎn)足較低灰分的要求，尤其是對(duì)用于二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑的氣缸油來(lái)說(shuō)，還要具備較佳的燃燒性能，盡量避免不充分燃燒導(dǎo)致較多顆粒物的排放。

針對(duì)船用發(fā)動(dòng)機(jī)大缸徑、長(zhǎng)沖程、高評(píng)價(jià)有效壓力和高氣缸溫度等變化，船用潤(rùn)滑油內(nèi)在質(zhì)量的提高顯得尤為重要。首先在注油率不變的條件下，增大缸徑和活塞行程便延長(zhǎng)了氣缸油在缸壁上的停留時(shí)間，這要求潤(rùn)滑油具有更高的熱穩(wěn)定性；較高活塞運(yùn)行速度要求潤(rùn)滑油能夠迅速在缸壁上分布，這對(duì)潤(rùn)滑油的擴(kuò)散性提出很高要求；氣缸內(nèi)高溫高壓的工況要求潤(rùn)滑油能夠形成具備一定強(qiáng)度的穩(wěn)定邊界潤(rùn)滑油膜，并且油膜需要具有更高的抗磨損性能和高溫抗氧化性能；延長(zhǎng)吊缸周期要求潤(rùn)滑油有較強(qiáng)的堿值保持能力和抗衰變能力，能夠在較長(zhǎng)的換油期內(nèi)保持其潤(rùn)滑性能。

如上所述，凈化技術(shù)雖然可以降低有害物質(zhì)的排放，但同時(shí)也會(huì)對(duì)原有的潤(rùn)滑環(huán)境造成一定程度的破壞。濕法凈化中的霧化空氣法和直接噴射法雖然都可以減少NO_X的生成，但是將水蒸氣引入燃燒室中，一方面燃燒過(guò)程產(chǎn)生的酸性物質(zhì)在露點(diǎn)溫度以下易與水生成酸性溶液，對(duì)活塞及缸壁產(chǎn)生腐蝕磨損；另一方面水與油形成乳化液，會(huì)破壞潤(rùn)滑油膜的穩(wěn)定性，造成油膜破裂，導(dǎo)致活塞與缸壁之間產(chǎn)生刮擦和卡咬。這要求潤(rùn)滑油具備較強(qiáng)的防銹能力和抗乳化性能。

廢氣再循環(huán)系統(tǒng)將具有較高比熱容的氣體帶回氣缸來(lái)抑制NO_X生成的同時(shí)，也帶入上一燃燒循環(huán)生成的煙塵、雜質(zhì)和無(wú)機(jī)顆粒物。這些物質(zhì)對(duì)氣缸形成嚴(yán)重污染，要求潤(rùn)滑油具備更高的清凈分散性能，并且能夠形成一定強(qiáng)度和厚度的穩(wěn)定油膜，抵御磨粒磨損的發(fā)生。

5 結(jié)束語(yǔ)

日益嚴(yán)格的國(guó)際海洋環(huán)保法規(guī)對(duì)于船用燃料油的變化和發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展提出了要求，未來(lái)船用潤(rùn)滑油技術(shù)的改進(jìn)有了較為明確的方向。潤(rùn)滑油技術(shù)的發(fā)展一定要把握海洋環(huán)保法規(guī)要求，緊跟船用燃料與發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向，在現(xiàn)有潤(rùn)滑油各項(xiàng)性能基礎(chǔ)之上，著重提高由于發(fā)動(dòng)機(jī)改造和凈化裝置對(duì)潤(rùn)滑油提出的高擴(kuò)散性、分水抗乳化性和抗銹蝕等性能要求。船用潤(rùn)滑油只有具備優(yōu)異的綜合性能，才能滿(mǎn)足不同燃料和不同型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求。

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收稿日期:2008-08-06。

作者簡(jiǎn)介：張杰（1977－），男，碩士研究生，助理工程師，2006年畢業(yè)于天津大學(xué)化學(xué)工藝專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事內(nèi)燃機(jī)油與添加劑研究工作。