1.1 研究背景

随着全球经济一体化的进程加快，运输业得以迅猛发展。而航运具有运载量大、运费低、耗能少及占地少等优点，在全球交通运输业中占有重要的地位。据统计，目前全球至少80%的货物是通过船舶运输的方式来实现的^[1]。

船用发动机有蒸汽轮机、燃气轮机、柴油机等。蒸汽轮机热效率最低，传动效率低，经济性差，机动性差，设备占用空间和重量大，正逐渐被淘汰；燃气轮机成本高，寿命短，热效率远低于柴油机，但由于机动性好、体积小、噪声小等优点，广泛用于军舰；柴油机通过燃烧化石燃料来提供动力，具有热效率高、动力性能佳、可靠性好等优点，自发明以来的120多年里，被广泛运用于各行各业尤其是交通运输业的动力供给。柴油机是目前应用最广的船舶动力装置，柴油机船舶占世界商船总吨位95%以上^[2]。

船用柴油机排气中除含有氧气、氮气、水蒸气和二氧化碳外，还有一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NO_X），硫氧化物（SO_X）和颗粒物（PM）等有害物质^[3]，对大气环境造成了污染。CO是一种无色、无臭、无刺激性的有毒气体，几乎不溶于水，在空气中不易与其他物质产生化学反应，故可在大气中停留2～3年之久，如局部污染严重，对人群健康有一定危害；NO_X通过呼吸进入人体肺部,可引起支气管炎或肺气肿，NO_X还能和HC发生光化学反应形成光化学烟雾污染；SO_X是大气的主要污染物之一，是无色、有刺激性臭味的气体,它不仅危害人体健康和植物生长,还会腐蚀设备、建筑物；PM停留在大气中，对能见度和空气质量有严重影响，直接危害到人体健康和出行安全，也影响城市美观。

据国际海事组织（IMO）统计，全世界的船舶柴油机每一年排放的废气含有NO_X约1000万t、含有SO_X约850万t^[2]。随着大气污染的日益严重，环境和生活也受到了恶劣影响，船用柴油机尾气排放的危害性受到重视，人们开始采取措施控制船舶尾气中的有害成分。

1.2 国内外研究现状

针对船舶柴油机的尾气污染，IMO及许多国家主管机关制定了分阶段实施的船用柴油机排放控制法规以限制船用柴油机排放。IMO早在1973年就制定了《1973年防止船舶污染国际公约之1978年议定书》（简称MARPOL73/78公约）附则VI《防止船舶造成空气污染规则》。随后各国政府和相关组织也纷纷出台了区域性船舶排放标准，如欧盟排放标准（Emission From Non-Road Mobile Machinery，NRMM）、莱茵河排放标准（Central Commission for the Navigation of theRhine，CCNR）等，中国政府也在2015年颁发了自己的排放法规^[1]。

MARPOL73/38公约附则Ⅵ对船舶排放NO_X、SO_X进行了规定。

附则Ⅵ第十三款明确了船用柴油机排气组分NO_X的限值及实施时间，形成了IMO Tier III阶段排放规定，见表1^[2]。

表1 船用柴油机排放物NO_X限值及实施时间