《船舶发动机大气污染物排放限 值及测量方法》

国外船机技术现状及发展趋势
船机类型 技术现状 发展趋势 低速柴油机 结构方面：采用非冷却式喷油器、可变喷油定时油泵、长尺寸连杆、液压驱动式排气门、 单气门直流扫气、定压增压、高效涡轮增压器，电子液压控制系统取代传统的机械式的凸 轮驱动机构；采用电子调速器系统、电控燃油喷射系统、高压共轨燃油喷射系统、智能化 电子控制系统 。 性能方面：平均有效压力不断提高，活塞平均速度不断增加，爆发压力从8MPa上升到 16MPa，燃油消耗率208g/(kW·h)降至155g/(kW·h)左右。 近年来，中速机在开发大 缸径、提高整机功率方面 做了大量工作，并在燃用 劣质燃油、降低油耗、提 高零部件的可靠性、提高 使用寿命及高增压等方面 取得显著成效。 不断开发新机型，拓宽功率范围，提高市场竞争力；调整燃 油喷射、雾化过程，采用高压喷射的燃油系统；改进增压系 统；改进排气阀的驱动方式，调节排气正时；增装空气中间 冷却器，加强水冷却系统的冷却能力，降低零部件的热负荷， 提高柴油机的性能，提高工作可靠性，增加零部件的使用寿 命；使用电子技术，控制排气和燃油喷射、燃烧过程；采用 新概念设计，减少整机的零部件等。
0.9≤SV＜1.2，所有功率段
1.2≤SV＜2.5，所有功率段
2.5≤SV＜5，所有功率段 5≤SV＜15，所有功率段 15≤SV＜20且P＜3300 15≤SV＜20且P≥3300 20≤SV＜25，所有功率段 25≤SV＜30，所有功率段
[1] [2]
额定功率不小于37kW且单缸排量小于5L的船机。 单缸排量不小于5L且小于30L的船机。
单缸排量 l
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共统计47个机型，其中单缸排量小于5L的有18个机型，占 全部机型的38.3%（1类船机）；单缸排量5L～30L的有2个 机型，占全部机型的4.2%（2类船机）；其余机型27个，占 全部机型的57.5%（3类船机）。 16个机型采用机械扫气，其余31个机型采用增压中冷技术， 占66%。 16
四、国外船机排放标准情况
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内容概要
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美国EPA内河船机排放标准 欧盟内河船机排放标准 IMO船机标准 ISO船机排放测量方法标准
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1、美国EPA内河船机排放标准
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总体介绍
标准 40 CFR PART 89 新生产及在用的非道 路压燃式发动机排放 控制 40 CFR PART 94 船用压燃式发动机大 气污染控制 40 CFR PART 91 船用点燃式发动机排 放控制 40 CFR PART 1039（Tier 4标准， procedure specification 和reporting calculation的相关内容包含在40 CFR PART 1065中） 40 CFR PART 1042（建议稿） （procedure specification 和reporting calculation的相关内容包含在40 CFR PART 1065中） 40 CFR PART 1039（Tier 4标准， procedure specification 和reporting calculation的相关内容包含在40 CFR PART 1065中） 适用范围
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“蓝天系列发动机”自愿性排放标准限值
功率 SV＜0.9且P≥37 0.9≤SV＜1.2，所有功率段 1.2≤SV＜2.5，所有功率段 2.5≤SV＜5，所有功率段 5≤SV＜15，所有功率段 15≤SV＜20且P＜3300 15≤SV＜20且P≥3300 20≤SV＜25，所有功率段 25≤SV＜30，所有功率段 THC+NOx g/kW.h 4.0 4.0 4.0 5.0 5.0 5.2 5.9 5.9 6.6 PM g/kW.h 0.24 0.18 0.12 0.12 0.16 0.30 0.30 0.30 0.30
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内河船机企业（四冲程）
船机企业 山西柴油机厂 宁波中策动力机电集团有限公司 潍坊柴油机厂 重庆潍柴发动机厂 镇江船用柴油机厂 淄博柴油机厂 济南柴油机股份有限公司 安庆船用柴油机厂 上海新中动力机厂 陕西柴油机厂 广州柴油机厂 重庆东风船舶工业公司东风柴油机制造厂 重庆红岩内燃机有限责任公司 中国水产大连渔轮公司柴油机厂 沪东重机股份有限公司 生产机型功率范围 331～2000 184～1471 90～662 600～800 500～3920 330～1470 159～720 294～1280 400～1470 468～7920 810～2426 840～1760 199～600 294～1176 3540、6600 15
《船舶发动机大气污染物排放限 值及测量方法》
开题论证报告 济南汽车检测中心
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主要内容
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任务来源 标准制订的必要性分析 船机行业概况 国外相关标准概况 国内相关标准概况 标准制订的技术路线
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一、任务来源
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国家环保部（原国家环保总局）在《关于下 达2006 年度国家环境保护标准制修订项目计 划的通知》（环办函〔2006〕371 号）中下 达了《船舶发动机大气污染物排放限值及测 量方法》制订计划，由济南汽车检测中心承 担该标准的制订任务。
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内河污染现状
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中国是一个内河航运资源比较丰富的 国家，拥有大、小天然河流5 800多 条，河流总长43万公里，其中流域面 积在1 000平方公里以上的有80多条， 还有天然湖泊900多个，目前通航里 程已经超过12万公里 。 我国内河船舶每年排人大气的NOX、 SOX不少于100万吨。
7
我国对环境保护工作提出了更高的要求
功率和单缸排量分布（四冲程）
四冲程船机单缸排量-功率曲线
8000 7000
功率 kW
6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
单缸排量 l
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共统计352个机型，其中单缸排量小于5L的有85个机型，占全部机型 24.1%（1类船机）；单缸排量5L～30L的有239个机型，占全部机型的 67.9%（2类船机）；其余28个机型单缸排量：35～57L，占全部机型的 8%（3类船机）。 在所统计的352个机型中，20个机型采用自然吸气，28个机型采用增压， 17 其余304个机型采用增压中冷技术，占86.4%。
上海船用柴油机研究所
内河船舶配套
济南柴油机股份有限公司
内河船舶配套
淄博柴油机总公司
内河各类客货船、渔轮、工程船舶
潍柴动力股份有限公司
内河航运、渔业捕捞等船用动力市场的 市场占有率达到70%以上
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内河船机企业（二冲程）
船机企业 中水南通海狮船舶机械公司 重庆潍柴发动机厂 陕西柴油机厂 沪东重机股份有限公司 宜昌船舶柴油机厂 大连船用柴油机厂 生产机型功率范围 99.3～442 1618、2206 1625 4975～19785 7860～9600 8580～21840
11
内河船舶运力现状
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我国内河船舶约22万艘，2000多万载重吨， 包括挂桨机小型船舶20万艘，中型机动船1万 多艘，内河船舶60%分布在长江流域中下游 地区，其它分布在黑龙江、珠江流域。
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内河船机企业
厂家 镇江中船设备有限公司 安庆船用柴油机厂 陕西柴油机重工有限公司 机型 L23/30、L16/24、L28/32、L27/38、L21/31 DK-20、DK-26、DK-28 PA6和PC2-5/6系列、DK系列、 MTU956/1163系列和L16/24、L21/31系列 L20/27、V20/27、L16/24、L21/31、L250系 列 190系列 Z6150、Z6170、Z8170、6210、8210、 LB6250、LB8250、LC8250、6300、8300、 N330 WP12、Deutz 226B、WD615系列、WD618 系列、R6160系列、X170ZC系列、 CW200ZC系列 用途 远洋、近海、内河航运船舶主机和发电 机组 内河船舶配套 内河船舶配套
＜37kW的压燃式船机
≥ 37kW的1类和2类压燃 式船机
点燃式船机
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40 CFR PART 94
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适用范围
2004年1月1日以后生产的1类和2类船机
v
Tier 1排放限值
发动机额定转速 n（r/min） n＜130 130≤n＜2000 n≥2000 实施日期 从2004年开始对 SV≥2.5L（对应P＞ 130kW）的船机进行排 放控制 NOX 〔g/kWh) 17.0 45*n-0.2 9.8
功率和单缸排量分布（二冲程）
二冲程船机单缸排量-功率曲线
24000 20000
功 率k W
16000 12000 8000 4000 0
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100
中速柴油机
目前，各制造商在材料选择、设计结构、优化系统、试验研究和加工制造等方面做了许多 工作，并取得了显著进步，其发展趋势为：采用系列化设计，并通过变型满足多用途需要； 不断开发新型的大功率高速柴油机，适应船舶市场的供需变化；严格整机的耐久试验，提 高速柴油机 高工作的可靠性；提高强化系数，提高柴油机使用的经济性；采用各种不同的喷射装置或 喷射方式，完善燃烧过程，降低NOx的排放量，适应日益严格的环保要求。 18
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二、标准制订的必要性分析
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港口污染
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1430个港口和34000个码头，拥有21 万个内河和远洋船队。[2005年12月7 日新华社报道] 长江沿线主要港口城市NO X 浓度在 0.05～0.15mg/m 3 ，接近或超过环 境 大气质量二级标准，少数地区超 过三 级标准。SO X 浓度多在0.04～ 0.10mg/m 3 ，接近环境大气质量 二级 标准。 如果内河船舶向大气排放NO X 、SO X 总 量分别削减30%和50%，可使沿线 港口 城市市区NO X 、SO X 污染浓度 减少约1%～ 3%，对于港口区域范围 及内河沿线， 其大气污染一半以上 产生于船舶废气， 在其总量削减以 后，沿线影响区域内 二、三级标准 天数可减少约10%～25%。
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船机产量
船机类型 生产企业 沪东重机股份公司 低速船机 大连船用柴油机厂 宜昌船舶柴油机厂 合计 镇江中船设备有限公司 安庆船用柴油机厂 中速船机 陕西柴油机重工有限公司 合计 济南柴油机股份有限公司 淄博柴油机总公司 中、高速 船机 潍柴动力股份有限公司 合计 10000 10600 产量/台 （2006年） 79 41 26 146 262 119 145 526 300 300 产量/万kW（2006 年） 108 51 17 176 26 10 43 79 产量/台 （2007年） 89 52 35 176 312 201 186 699 产量/万kW（2007 年） 119 78 28 225 33 18 49 100
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《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲 要》提出主要污染物排放总量减少10%的约 束性指标。 《国家环境保护“十一五”规划》对船机排气污 染物防治提出了要求。
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三、船机行业概况
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我国船舶制造业发展趋势
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在“船舶工业中长期发展规划 （2006～2015年）”中提出：到 2010年，年产量1700万载重吨， 船用低、中速柴油机年生产能力 分别达到450万千瓦和1100台； 到2015年，年产量2200万载重吨， 船用低、中速柴油机年生产能力 分别达到600万千瓦和1200台。 重点依托沪东重机股份公司、大 连船用柴油机厂和宜昌船舶柴油 机厂等三个低速柴油机生产企业， 镇江中船设备公司、安庆船用柴 油机厂、陕西柴油机厂和新中动 力机厂等四个中速柴油机生产企 业。
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Tier 2排放限值
单缸排量〔SV)/额定功率〔P) （l/kW） SV＜0.9且P≥37 类别 1[1]商业用 1类娱乐用 1类商业用 1类娱乐用 1类商业用 1类娱乐用 1类商业用 1类娱乐用 2[2] 2 2 2 2 实施日期 2005 5.0 2007 2004 5.0 2006 2004 5.0 2006 2007 5.0 2009 2007 2007 2007 2007 2007 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 7.8 8.7 9.8 9.8 11.0 0.50 0.50 0.27 0.50 0.50 7.2 0.20 7.2 0.20 7.2 0.30 7.5 0.40 CO（g/kW·h） HC ＋NOX （g/kW·h） PT（g/kW·h）