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排放标准

美国:船用柴油机

背景

引擎类别。为了制定排放法规,船用发动机按每缸排量(容积)分为三类,如表1所示。每个类别代表了不同的引擎技术。BOB体育APP第1类和第2类又根据位移和净功率输出进一步细分为小类。

3类船用柴油机的功率范围一般为2,500至70,000千瓦(3,000至100,000马力)。这些是非常大的船用柴油发动机,用于远洋船舶的推进动力,如集装箱船、油轮、散货船和游轮。可用于这些发动机的排放控制技术是有限的。一个重要的限制是它们所使用的剩余燃料。这种燃料是蒸馏原油生产轻质石油产品的副产品。它具有高粘度和密度,这影响着火质量,它通常有高灰分,硫和氮含量相比,海洋馏分燃料。此外,剩余燃料参数变化很大,因为其内容没有被规定。EPA估计,与馏分燃料相比,剩余燃料可以使发动机的氮氧化物排放量从20-50%增加,PM(硫酸盐颗粒)从750%增加到1250%。

表1。海洋发动机类别
类别 每个气缸位移(d) 基本发动机技术BOB体育APP
1-2 3-4
1 D < 5 dm3.__ d <7 dm3. 基于陆地的非载体柴油
2 5 dm3.≤D < 30dm3. 7 DM.3.≤D < 30dm3. 机车发动机
3. d≥30dm3. 独特的海洋发动机设计
†,功率≥37kw

第1类和第2类船用柴油发动机通常的范围为约500至8,000千瓦(700至11,000 HP)。这些发动机用于为多种船舶提供推进动力,包括拖船,推船,供应船,渔船和港口周围及其周围的其他商用船只。它们也被用作许多类型的血管上的辅助电力的独立发电机。

监管行为。船舶柴油发动机(压缩点火发动机)的排放已通过一系列规则进行监管——1999年发布的第一个规则适用于不同的发动机类别。与陆基移动设备的规定也存在一定的重叠nonroad引擎,这可能适用于海洋船舶上使用的某些类型的发动机。以下是建立海洋发动机排放标准的主要监管行为:

  • 1999年海洋发动机规则1999年11月23日,美国环境保护署签署了“控制37kw或以上新型CI船用发动机排放空气污染”的最终规定。[40 CFR部分89,92] [64 FR 64 73300-73373,1999年12月29日]。第一类和第二类发动机采用的二级标准是基于非道路发动机的陆基标准,而最大的第三类发动机预计——但不要求遵守规则imo marpol附件vi限制。
  • 2002年休闲发动机规则- 在2002年9月13日签署的“新的Nonroad发动机 - 大型工业火花 - 点火发动机,休闲海上柴油发动机,休闲船用柴油发动机,休闲车辆”监管中使用的休闲船用的柴油发动机[40 CFR Part 89等][67 FR 68241-68447, 2002年11月8日]
  • 2003类别3引擎规则-让最大的3类发动机不受监管的决定引发了环保组织对EPA的法律诉讼。法院达成了一项和解协议,要求EPA制定3类发动机的氮氧化物排放限制。最终规则“控制新型船用压缩点火发动机每缸排放30升或以上”[40 CFR Part 9 and 94][68 FR 9745-9789, 2003年2月28日]-由美国环保署于2003年1月签署,为船舶发动机制定了一级排放标准,实际上相当于美国的imo marpol附件vi限制。
  • 2008年1/2类引擎规则- 2008年3月14日签署的规例,引入船舶柴油发动机的第三和第四级排放标准[73 FR 88 25098-25352,6月6日]。第4层排放标准在2007/2010公路发动机程序和第4层非巡视规则之后建模,重点是使用排放后处理技术。BOB体育APP为了使催化性后处理方法能够建立硫磺帽船用燃料(作为非公路Tier 4规则的一部分)。硫限量500ppm于2007年6月生效,硫限量15ppm于2012年6月生效(硫限量不适用于剩余燃料)。
  • 2009类别3引擎规则2009年12月18日,美国环境保护署(EPA)签署了一项针对3类发动机的新排放规则(2010年4月30日发布),该规则引入了第2级和第3级标准,以与2008年的修正案相协调imo marpol附件vi

适用性

1999年船舶轮机规则。船用发动机规则的应用范围涵盖或超过37千瓦(50 HP)(低于37 kW的发动机必须遵守的所有新的海洋柴油发动机nonroad标准)。调节发动机包括推进和辅助船用柴油机。推进引擎是一种推动船只通过水或协助指导船只的方向(例如,船首推进器)。辅机是所有其他船用发动机。

钻机的分类取决于它们的推进能力。钻井船被认为是海洋船只,因此他们的发动机受海洋统治。半潜式钻井钻井平台停泊在海底,但具有一些推进能力,也被认为是海洋船只。相比之下,永久锚定的钻井平台不被视为海洋船只,因此与这些设施中的一个相关的发动机都没有是海洋发动机。

根据陆基非道路规则,在船舶上使用的便携式辅助发动机不被认为是船用发动机。相反,便携式辅助发动机被认为是一种陆基辅助发动机,并受陆基非道路要求。区分海洋海洋船辅机安装在从地面便携式辅助引擎用于海洋船,环保署规定,制定一个辅助引擎安装在海洋船舶如果燃料、冷却,或排气系统的一个组成部分船舶、需要特别安装硬件。所有其他辅助发动机被认为是便携式的,因此是陆基的。

以下发动机类别免于1999年的海洋法规:

  • 用于娱乐船舶的发动机(娱乐柴油发动机标准由2002年规则建立)
  • 发出认证的新陆地发动机修改为海洋应用(提供了某些条件)
  • 比赛(赛车)发动机
  • 军用船舶发动机(国家安全豁免)
  • 其他豁免(测试,显示,出口,......)也可能适用于海洋发动机。

1999年的规则还包括所谓的对外贸易豁免(用于3类推进的远洋船舶上使用的第1类和第2类发动机),适用于在美国领土320公里范围内运行时间少于总运行时间25%的美国船只。2003年(第3类)规定取消了所有发动机类别的对外贸易豁免。

根据1999年的规则,相同的排放标准适用于由柴油燃料和其他燃料推动的发动机。

2002年休闲船只规则。本规定适用于游艇、巡洋舰和其他类型游艇上使用的37千瓦(50马力)以上的新型休闲船用柴油机。2002年的规则不适用于舷外和个人船火花点燃了发动机,它们是分开调节的。

相同的排放标准适用于柴油燃料和替代燃料燃料的娱乐发动机。

3类发动机,2003年和2009年规则。这些标准适用于新的海洋发动机和包括海洋发动机的新船只。这些规则仅适用于在美国标记或注册的船只。但是,在IMO附件VI规则下,相当排放标准适用于美国水域的外国船舶。

第1/2类引擎,2008年规则。法规介绍了两层标准三层和第4层 - 适用于新制造和再制造的海洋柴油发动机,如下:

  1. 新建的引擎:Tier 3标准适用于用于商业、娱乐和辅助动力应用的发动机(包括那些以前被非道路发动机标准涵盖的功率低于37kw的发动机)。基于后处理的Tier 4标准适用于商用船舶上600 kW (800 hp)以上的发动机。
  2. 再生的引擎:该标准适用于600千瓦以上的商用船用柴油机的再制造。

2008年规则包括以下引擎类别的豁免:

  • 测试发动机,制造商引擎,显示器;
  • 船用柴油发动机,由摩擦经验丰富的公路,非途径或机车发动机(“梳妆台豁免”)生产;
  • 竞赛发动机;
  • 出口发动机;
  • 某些军事发动机;
  • 发动机安装在由一个人制造的船上用于他/她自己使用的船只(旨在允许业余爱好者和渔民安装使用/重建引擎或翻新的老式发动机 - 而不是从发动机制造商订购新的不受控制的发动机)。

并非所有豁免都是自动的。发动机或船舶制造商或船舶所有者可能需要申请对EPA的特定豁免。

排放标准 - 3类

第1层标准

在2003年的规则中,EPA对三类发动机采用了与国际相当的一级氮氧化物排放标准imo marpol附件vi限制。这些限制范围从17到9.8克/千瓦时,取决于发动机转速,更高的限制较慢的发动机。

EPA第一限制有效地为2004年及以后建造的新发动机。这些限制应通过基于发动机的控制来实现,而无需废气后处理。NOx以外的排放不受限制。

层2 - 3标准

在2009年规则中,EPA已采用第2层和第3层排放标准,用于新建第3类发动机。

  • 第2层标准在2011年开始申请。它们需要使用基于发动机的控制,例如发动机时序,发动机冷却和先进的电子控制。Tier 2标准导致降低Tier 1级别的15至25%NOx。
  • 第3层标准在2016年开始申请。它们可以通过使用高效排放控制技术,例如选择性催化还原(SCR),以实现NOx降低80%以下。BOB体育APP

EPA Tier 2-3 NOx限制相当于相应的国际海事组织层ii iii标准。根据发动机速度,第2层限制范围为14.4至7.7g / kWh,而第3层限制范围为3.4至1.96g / kWh。除了NOx限制外,EPA还采用了2.0克/千瓦时的HC排放标准,新类别3发动机的CO标准为5.0克/千瓦时。下午未采用排放标准,但制造商必须衡量和报告PM排放。

国际海事组织排放控制区(ECA)。国际海事组织沿美国和加拿大海岸线指定水域,作为北美洲ECA,用于NOX和SOX的排放(从2012年8月实施)和海域周围的波多黎各和美国维尔京群岛作为NOX和SOX的美国加勒比ECA(从2014年强制执行)。

ECA确保国外标记船舶在美国水域中遵守IMO Tier III NOX限制(IMO Tier III标准仅适用于ECAS)。ECA也触发了低硫燃料要求由IMO和美国EPA为美国水域的船只。

一、二类排放标准

层1 - 2标准

第一类和第二类发动机排放标准以非道路和机车发动机陆基标准为基础。排放标准被EPA称为Tier 2 standards,其实施日期如下表所示。根据1999年的规则,一级氮氧化物标准相当于《防污公约》附则VI,属自愿性质;但2003年的(第3类)规则,则对每缸排量超过2.5升的第2类和第1类发动机,规定为强制性标准,并于2004年生效。

受管制的排放物包括NOx+THC、PM和CO。对船用柴油发动机没有烟雾要求。监管机构认为,新的颗粒物标准将对限制烟雾排放产生足够的效果。

表2。第2层*海洋排放标准
类别 位移(D) 有限公司 氮氧化物+ THC 日期
dm3.每个气缸 G / kWh. G / kWh. G / kWh.
1 功率≥37kw
D < 0.9
5.0 7.5 0.40 2005年
0.9≤d < 1.2 5.0 7.2 0.30 2004年
1.2≤d < 2.5 5.0 7.2 0.20 2004年
2.5≤d<5.0 5.0 7.2 0.20 2007年一个
2 5.0≤d<15 5.0 7.8 0.27 2007年一个
15≤d<20
电力<3300 kW
5.0 8.7 0.50 2007年一个
15≤d<20
功率≥3300kW
5.0 9.8 0.50 2007年一个
20≤d < 25 5.0 9.8 0.50 2007年一个
25≤d<30 5.0 11.0 0.50 2007年一个
* -一级标准相当于防污公约附件六世一级氮氧化物限制
a -一级认证规定于2004年开始实施

在早先的提案中,EPA还列出了一个更严格的三级标准,将在2008年至2010年期间引入。在1999年的最终规则中没有采用Tier 3标准。

蓝天系列节目。1999年的法规制定了一个自愿的“蓝天系列”计划,允许制造商认证他们的发动机达到更严格的排放标准。符合资格的排放限额列于表3。蓝天计划从规则公布之日起开始,并延续至2010年。

表3。“蓝天系列”自愿排放标准
位移(D) 氮氧化物+ THC
dm3.每个气缸 G / kWh. G / kWh.
功率≥37kw&d <0.9 4.0 0.24
0.9≤d < 1.2 4.0 0.18
1.2≤d < 2.5 4.0 0.12
2.5≤d<5.0 5.0 0.12
5.0≤d<15 5.0 0.16
15≤D < 20 &功率< 3300kw 5.2 0.30
15≤D < 20 &功率≥3300kw 5.9 0.30
20≤d < 25 5.9 0.30
25≤d<30 6.6 0.30

娱乐船只(2002年规则)。如表4所示,康乐船只标准由2006年起分阶段推行,视乎引擎的大小而定。这些标准与第一类商船的第二级标准相似。

表4。娱乐海洋柴油机标准
位移(D) 有限公司 氮氧化物+ HC 日期
dm3.每个气缸 G / kWh. G / kWh. G / kWh.
0.5≤d<0.9 5.0 7.5 0.40 2007年
0.9≤d < 1.2 5.0 7.2 0.30 2006年
1.2≤d < 2.5 5.0 7.2 0.20 2006年
d≥2.5 5.0 7.2 0.20 2009年

娱乐引擎也受NTE限制。对娱乐性船用柴油发动机没有烟雾要求。与商业船只类似,休闲船只也有自愿的“蓝天系列”限制,即在强制标准之外减排45%。

3 - 4级标准

标准和实施计划显示在表5至表8中。基于发动机的第3层标准在2009 - 2014年逐步相位。在600 kW或高于600 kW的商业海洋发动机的基于后处理的Tier 4标准在2014-2017年逐步阶平。对于不包括在第3层和第4层表中的功率水平的引擎,分别延续的标准层2或第3层的前一层。

两者之间有区别高功率密度发动机通常用于刨船和标准功率密度发动机之间的切割点为35kw /dm3.(47 HP / DM3.)。

表5所示。三级船用柴油类标准1商业标准功率密度(≤35kW/ dm3.)引擎
功率(P) 位移(D) 氮氧化物+ HC __ 日期
kW. dm3.每个气缸 G / kWh. G / kWh.
P < 19 D < 0.9 7.5 0.40 2009年
19≤p < 75 D < 0.9一个 7.5 0.30 2009年
4.7b 0.30b 2014年
75≤p<3700 D < 0.9 5.4 0.14 2012年
0.9≤d < 1.2 5.4 0.12 2013年
1.2≤d < 2.5 5.6 0.11c 2014年
2.5≤d < 3.5 5.6 0.11c 2013年
3.5≤d<7 5.8 0.11c 2012年
†Tier 3 NOx+HC标准不适用于2000-3700 kW发动机。
a - <75 kW发动机≥0.9dm3./气缸受相应的75-3700千瓦标准。
B - 选项:2014年下午0.20克/千瓦时下午0.20克/千瓦时NOx + HC。
C - 对于<600千瓦发动机,本标准水平降至2018年的0.10克/千瓦时。
表6所示。船用柴油1类商用高功率密度(> 35kw /dm3.)引擎及所有柴油娱乐引擎
功率(P) 位移(D) 氮氧化物+ HC 日期
kW. dm3.每个气缸 G / kWh. G / kWh.
P < 19 D < 0.9 7.5 0.40 2009年
19≤p < 75 D < 0.9一个 7.5 0.30 2009年
4.7b 0.30b 2014年
75≤p<3700 D < 0.9 5.8 0.15 2012年
0.9≤d < 1.2 5.8 0.14 2013年
1.2≤d < 2.5 5.8 0.12 2014年
2.5≤d < 3.5 5.8 0.12 2013年
3.5≤d<7 5.8 0.11 2012年
a - <75 kW发动机≥0.9dm3./气缸受相应的75-3700千瓦标准。
B - 选项:2014年下午0.20克/千瓦时下午0.20克/千瓦时NOx + HC。
表7。传统船用柴油2类发动机三级标准
功率(P) 位移(D) 氮氧化物+ HC __ 日期
kW. dm3.每个气缸 G / kWh. G / kWh.
P < 3700 7≤d<15 6.2 0.14 2013年
15≤d<20 7.0 0.27一个 2014年
20≤d < 25 9.8 0.27 2014年
25≤d<30 11.0 0.27 2014年
‡选项:2012年的0.14 / 7.8克/千瓦时的第3层PM / NOx + HC,以及2015年的第4层。
†Tier 3 NOx+HC标准不适用于2000-3700 kW发动机。
a - 0.34 g/kWh的发动机低于3300千瓦。

除了上述NOX + HC和PM标准外,以下共同排放标准适用于以适用的第3层模型年开头的所有类别1/2发动机:

  1. 8千瓦以下发动机8.0 g/kWh,
  2. 6.6克/千瓦时对于发动机≥8kW和<19 kW,
  3. 有5.5克/千瓦时,发动机≥19千瓦和<37千瓦,
  4. ≥37kw发动机5.0 g/kWh。
表8。船用柴油1/2类发动机Tier 4标准
功率(P) 诺克斯 HC. 日期
kW. G / kWh. G / kWh. G / kWh.
P≥3700 1.8 0.19 0.12一个 2014年c
1.8 0.19 0.06 2016年b, c
2000≤p < 3700 1.8 0.19 0.04 2014年光盘
1400≤p<2000 1.8 0.19 0.04 2016年c
600≤p<1400 1.8 0.19 0.04 2017年d
a - 0.25 g/kWh用于15-30 dm发动机3./气缸位移。
b - 可选的合规启动日期可在这些型号年内使用。
c - Cat. 2选项:2012年3级PM/NOx+HC浓度为0.14/7.8 g/kWh, 2015年4级。
D - 第3层PM标准在2014年和2015年的型号中继续申请这些发动机。

排放测试

1/2类发动机。第一类发动机的排放测试采用非道路(Tier 1-3)测试程序(40 CFR 89),而第二类发动机的排放测试采用机车测试程序(40 CFR 92),但有一些例外情况,包括不同的测试周期、认证燃料和NTE测试。1/2类发动机在各种各样的测试ISO 8178.测试周期如表9所示。

表9。用于认证1/2船用柴油发动机的测试周期
应用 测试周期
一般海洋税收循环 ISO 8178 E3.
恒速推进发动机 ISO 8178 E2.
用于非螺旋桨规律血管和可变速度辅助发动机的可变速推进发动机 ISO 8178 C1.
恒速辅助发动机 ISO 8178 D2
休闲的海洋 ISO 8178 E5.

除了测试循环测量,这是几种测试模式的平均值,规定设定为“不超过”(NTE)排放限值。该限值保证在NTE区域内的任何发动机运行条件下的排放均相当接近控制的平均水平。NTE区域定义为引擎速度-功率图上的区域。新界东区的排放上限是一个乘数(1/2级:在1.2至1.5之间;3/4级:1.2-1.9)乘以所有受管制污染物(NOx+THC、CO和PM)的加权测试结果。

用于船用柴油发动机检测的测试燃料的硫规格范围为0.03至0.80%wt,其占据了最多用于最多的燃料的硫含量范围。

3级发动机。第3类发动机的测试方法,与国际海事组织(IMO)《防污公约》(MARPOL)附件VI (E2和E3)所规定的方法相似ISO 8178.测试)。EPA和Marpol合规性要求之间的主要差异是:(1)对使用的符合性的EPA责任与发动机制造商(它是Marpol中的船舶运营商),(2)EPA需要持久性示范(在Marpol下,合规性只有当发动机安装在船舶中时必须展示),(3)EPA和MARPOL测试中的某些测试条件和参数存在差异(空气和水温,发动机设置等)。

第3类发动机没有NTE排放限制或测试要求。

也可以使用馏分燃料测试第3类发动机,即使具有第3类船用发动机的船舶主要使用剩余燃料(此津贴与Marpol附件VI一致)。

其他规定

有用的生活保修单船用发动机的周期列于表10。期间以营业时间和年规定,以先发生者为准。3类发动机相对较短的使用寿命是基于发动机在第一次重建前的运行时间。

表10。有用的生命和排放保修期
类别 有用的生活 保修期
小时 小时
3级 10,000 3. 10,000 3.
第二类 20000年 10 10,000 5
类别1 10,000 10 5000 5
休闲 1,000 10 500. 3.

表中的期限是规定的最低期限。在某些情况下,可能需要更长的使用寿命/保修期(例如,在大多数情况下,排放保证不得短于发动机或其组件的保证)。

该法规含有几种其他规定,例如排放平均,银行和交易(ABT)计划,恶化因素要求,生产线测试,使用的资料,用于排放认证发动机的重建要求。