現(xiàn)代船舶柴油機(jī)節(jié)能減排技術(shù)研究

撰文/張 剛

■266071 青島遠(yuǎn)洋船員職業(yè)學(xué)院 山東 青島

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現(xiàn)代船舶柴油機(jī)節(jié)能減排技術(shù)研究

撰文/張 剛

■266071 青島遠(yuǎn)洋船員職業(yè)學(xué)院 山東 青島

現(xiàn)階段，我國(guó)面臨的不僅僅是擴(kuò)大出口，還需要進(jìn)行分析全球分工體系以及快速投資等方面帶來的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，應(yīng)該不斷增加船舶行業(yè)自身創(chuàng)新能力，以便于加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，為船舶運(yùn)輸行業(yè)提供發(fā)展機(jī)遇，此外，也能在發(fā)展全面建設(shè)小康社會(huì)的一定程度上促進(jìn)運(yùn)輸船舶行業(yè)的發(fā)展。提高船舶運(yùn)輸總體運(yùn)行需求，對(duì)于船舶柴油機(jī)節(jié)能減排具備更高的水平和要求。基于此，本文就現(xiàn)代船舶柴油機(jī)節(jié)能減排技術(shù)進(jìn)行分析與研究。船舶；柴油機(jī)；節(jié)能減排

船舶節(jié)能減排的內(nèi)涵

船舶節(jié)能實(shí)際上就是利用最小消耗能量來達(dá)到最大運(yùn)輸效益的目的，也可以說是利用相對(duì)比較小的燃料費(fèi)用來得到最合理、最大的運(yùn)輸量。

燃料費(fèi)用運(yùn)行指標(biāo)=運(yùn)輸量（噸/千米）/油量的價(jià)格*消耗燃油量

通過上述可以發(fā)現(xiàn)想要能夠達(dá)到節(jié)能的目的，需要適當(dāng)降低消耗燃油量、提高運(yùn)輸量以及使用廉價(jià)燃料等。

船舶柴油機(jī)節(jié)能減排的需求

a發(fā)展航運(yùn)的需要

船舶運(yùn)輸行業(yè)一直努力的方向就是利用最合理的耗油和航速關(guān)系，來得到最優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)效益，由于不斷建設(shè)和推廣環(huán)境友好型、資源節(jié)約型社會(huì)，對(duì)于船舶運(yùn)輸行業(yè)來說，節(jié)能減排逐漸成為國(guó)家船舶企業(yè)不斷發(fā)展和落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀的關(guān)鍵，同時(shí)也是履行社會(huì)責(zé)任的主要內(nèi)容。在運(yùn)輸船舶的時(shí)候，需要依據(jù)船舶工況和船舶運(yùn)行航線的實(shí)際變化情況，合理分析船舶實(shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)的耗油記錄以及修訂系數(shù)偏差值，以便于得到實(shí)際的耗油信息數(shù)據(jù)，分析實(shí)際節(jié)能方式，保證能夠完全符合實(shí)際運(yùn)輸需求。

b國(guó)家法律法規(guī)強(qiáng)制性要求

相關(guān)部門已經(jīng)發(fā)出宣告，相比較2005年，等到2020年的時(shí)候，國(guó)家GDP排放二氧化碳下降40~50%。交通運(yùn)輸十二五規(guī)劃、國(guó)務(wù)院通過的《十二五節(jié)能減排綜合性工作方案》都明確規(guī)定了，等到2020年的時(shí)候，會(huì)降低排放二氧化碳的量到16%，船舶運(yùn)輸單位運(yùn)輸周轉(zhuǎn)耗能量到15%，實(shí)施船舶運(yùn)輸節(jié)能減排工作戰(zhàn)略可以在一定程度上完全符合國(guó)家實(shí)施的節(jié)能減排總體戰(zhàn)略。

船舶柴油機(jī)節(jié)能減排技術(shù)

近年來，船用柴油機(jī)隨著人類對(duì)環(huán)保意識(shí)對(duì)增強(qiáng)，得到了飛躍性的發(fā)展。未來船舶用柴油機(jī)節(jié)能減排技術(shù)政府應(yīng)該加強(qiáng)行業(yè)管理，在我國(guó)認(rèn)真研究國(guó)際船舶節(jié)能減排相關(guān)方面的法規(guī)的變化情況，同時(shí)在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)應(yīng)該加快已有技術(shù)消化吸收和升級(jí)，在此基礎(chǔ)上加強(qiáng)新技術(shù)的研發(fā)，不要一味抄襲，緊隨行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)和先進(jìn)技術(shù)方向通過對(duì)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀的闡述，建議采用幾方面措施來達(dá)到節(jié)能減排的目的。

a燃料預(yù)先處理

由于成本因素的原因，目前多數(shù)船用柴油機(jī)使用的燃料為高硫、高粘度的劣質(zhì)重油。為降低其中較高的雜質(zhì)含量，在使用前必須采取沉淀、添加化學(xué)劑等方式對(duì)燃料進(jìn)行預(yù)先處理，從而提高柴油機(jī)性能、降低尾氣中NOx和SO2的排放。

b控制燃燒條件

柴油的烴類性質(zhì)決定了柴油在富氧快速燃燒時(shí)瞬時(shí)釋放出大量的熱，導(dǎo)致熱聚集而產(chǎn)生高溫，在富氧的高溫區(qū)就會(huì)生成大量的NOx。向燃燒室中注入液態(tài)水，可降低燃燒溫度并促進(jìn)碳煙完全燃燒，從而減少顆粒物的產(chǎn)生。其中，氣缸噴水法是在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間（通常在噴油開始之前）將水噴入燃燒室；燃油噴水乳化法則是將一定比例的燃油和水混合后噴入燃燒室，兩者可減少約50%的NOx排放量。而進(jìn)氣加濕法則是通過空氣加濕馬達(dá)，以淡水蒸汽冷卻的方式將增壓空氣加濕，可減少70%的NOx排放量。

c提升霧化質(zhì)量

柴油機(jī)燃油霧化效果越好，燃燒就越充分，產(chǎn)生的NOx和顆粒物就越少。共軌燃油噴射技術(shù)（CRI）采用電子控制系統(tǒng)，允許燃油噴射壓力隨實(shí)際工況改變，使得燃油燃燒更充分、機(jī)械效率更高、尾氣更清潔。

d廢氣再循環(huán)系統(tǒng)

廢氣再循環(huán)系統(tǒng)（exhaust gas recirculation，EGR）的工作原理為：將定量廢氣與新鮮空氣共同引入燃燒室參與燃燒反應(yīng)；廢氣的引入增加了反應(yīng)所需的熱容量，同時(shí)由于廢氣造成氧氣濃度起到稀釋降低的作用，從而降低最高燃燒溫度，從而抑制了NOx的產(chǎn)生。

有研究表明，大部分的NOx在高負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生，引入廢氣可有效減少NOx的產(chǎn)生，EGR率越高，NOx降低越明顯。但過高的EGR率會(huì)使燃油的燃燒速度變慢，燃燒不充分，會(huì)產(chǎn)生黑煙并導(dǎo)致油耗增加，甚至?xí)廴竞透g進(jìn)氣系統(tǒng)。因此，EGR率應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)，在降低NOx排放的同時(shí)，又能控制黑煙的排放，是廢氣再循環(huán)系統(tǒng)（EGR）的關(guān)鍵技術(shù)。

目前EGR的控制方法有前饋控制、反饋控制等。前饋控制一般是基于MAP的控制，即在典型工況（負(fù)荷和轉(zhuǎn)速）下通過試驗(yàn)確定滿足排放要求的最佳EGR率。采用該方法要考慮到對(duì)混合氣的成分，并結(jié)合不同負(fù)荷條件進(jìn)氣和排氣中的氧氣濃度來確定最佳的EGR率。對(duì)于反饋控制，可以選擇基于排氣背壓的反饋控制，也可選擇基于排氣氧氣傳感器的反饋控制。

以過量空氣系數(shù)作為EGR控制的反饋信號(hào)，是通過過量空氣系數(shù)來間接測(cè)量NOx的排放量，該系數(shù)受EGR率的影響大。EGR系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是通過改變混和氣的成分及含量來實(shí)現(xiàn)NOx排放量的降低，基于其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及排放污染3個(gè)方面考慮，混和氣的過量空氣系數(shù)應(yīng)該在一定范圍內(nèi)，研究表明最佳范圍是0.6～0.9。這種反饋控制在穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)下可有效降低NOx的排放量，但在瞬態(tài)工況時(shí)，效果較差。因此在瞬態(tài)工況時(shí)，為了在減少NOx排放量的同時(shí)盡量減少碳煙的生成量，采用計(jì)算機(jī)控制的EGR閥來優(yōu)化EGR率很有必要。

e新型替代清潔燃料技術(shù)

目前比較成熟的新型替代清潔燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)有生物燃料發(fā)動(dòng)機(jī)、雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)、氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)等。但是現(xiàn)在應(yīng)用的新能源類型較少，未來應(yīng)該嘗試發(fā)展太陽能和風(fēng)能等儲(chǔ)量豐富的能源，即使不能作為船舶動(dòng)力的主體動(dòng)力燃料，可以嘗試作為補(bǔ)充能源，來達(dá)到節(jié)能減排的目的。

f能量綜合利用技術(shù)

目前所有船舶用柴油機(jī)都無法回避的問題就是能源利用率低，在柴油機(jī)燃燒的過程中僅有一半左右作為的動(dòng)力，其他部分的能力被排出的廢氣和冷卻水帶走，這不僅能源不僅降低能源利用率，還會(huì)造成環(huán)境污染。為此未來應(yīng)該加強(qiáng)能量的綜合利用技術(shù)的研發(fā)。

綜上所述，船舶運(yùn)輸仍然是未來的運(yùn)輸業(yè)的主題，作為船舶動(dòng)力的來源-船舶柴油機(jī)，船舶柴油機(jī)的發(fā)展，應(yīng)該與運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展同步，伴隨著國(guó)際上對(duì)節(jié)能、排放法規(guī)日益嚴(yán)格，石油資源的日益少，船舶柴油機(jī)需要進(jìn)行不斷的技術(shù)研發(fā)以及加到新能源的利用率。

參考：

［1］楊子龍.船舶柴油機(jī)節(jié)能減排技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)［J］.柴油機(jī)，2013，03：21-24.

［2］趙春生.船舶柴油機(jī)節(jié)能減排技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］.黑龍江科技信息，2014，36：134.

［3］施建新，施咪峰.船舶柴油機(jī)燃用重油與燃用乳化重油對(duì)比測(cè)試節(jié)能效果研究［J］.寧波節(jié)能，2006，05：37-44+28.

［4］梅磊.船舶柴油機(jī)新型余熱回收利用系統(tǒng)研究［D］.武漢理工大學(xué)，2011.

［5］龍景良.基于大型柴油機(jī)廢熱梯級(jí)利用的船舶總能研究［D］.武漢理工大學(xué)，2012.

［6］曾志龍.大型船舶柴油機(jī)氣缸套再制造中涂層設(shè)計(jì)與制備工藝研究［D］.武漢理工大學(xué)，2009.