船舶柴油機的廢氣排放污染防控研究

張世鴻

（湖南交通職業技術學院，湖南長沙 410100）

船舶柴油機的廢氣排放污染防控研究

張世鴻

（湖南交通職業技術學院，湖南長沙 410100）

2016 年，國家頒布了《船機標準》，對船舶柴油機廢氣排放有了新的要求。文章分析了船舶柴油機尾氣排放的主要危害物種類、排放法規的實施對船舶柴油機動力裝置的影響，以及柴油機有害排放的控制措施。

船舶柴油機；廢氣；污染控制

為貫徹《中華人民共和國環境保護法》《中華人民共和國水污染防治法》和《中華人民共和國大氣污染防治法》，防治污染，保護和改善生態環境，保障人體健康，環境保護部公告2016 年第 56 號文頒布了《船舶發動機排氣污染物排放限值及測量方法（中國第一、二階段）》等五項標準為國家污染物排放標準。《船機標準》的實施，將降低船舶氮氧化物和顆粒物等一次污染物的排放，對削減二次顆粒物、臭氧等二次污染物也具有重要作用。新標準還將推進船用燃料品質升級，促使所有在用船舶全面減排，對促進船舶污染防治技術進步，改善沿海、沿江及港口城市環境空氣質量具有重要意義。

1 船舶柴油機尾氣排放的主要危害物

柴油機燃用 HC 化合物燃料完全燃燒時，只產生 CO2、H2O，沒有其它有害產物。由于可燃混合氣在燃燒前和燃燒中是在極短時間完成的，混合氣不均勻程度較嚴重。在高溫富氧環境下易生成 NOX，在高溫缺氧環境下不完全燃燒生成 CO和炭煙粒子，在低溫及混合氣過稀條件下易生成 HC。燃油中的硫燃燒生成 SO2及 SO3。

2 排放法規的實施對船舶柴油機動力裝置的影響

隨著排放法規的實施以及排放法規的逐步嚴格，將對柴油機的研制開發、制造及使用產生巨大的影響，甚至在某種程度上引導著柴油機的發展方向。

（1）對船舶柴油機發展的影響。影響氮氧化物（NOX）生成的主要因素是柴油機氣缸中的燃燒過程，它和柴油機的結構、工作過程參數、運行工況、各輔助設備和系統的工作質量都有關系。降低氮氧化物（NOX）排放的方法主要是機內處理和機后凈化。機內處理方法的關鍵是有效控制燃燒過程；采用機后處理方法雖然不會影響柴油機的熱效率，但設備的增加必然引起船舶初造價的提高和船員維護管理工作的增加。

（2）對船用柴油機燃油的影響。SOx 排放物的多少主要是由燃油中的硫分所決定的。降低燃料含硫量是減少廢氣中氧化硫產物的唯一有效方法。脫硫處理后，燃料的價格也會上升，燃料費用增加。另外一種除去廢氣中氧化硫的方法是水洗。但是在每一條船上裝設龐大的氧化硫處理設備，不論從經濟角度還是從環保角度都存在一定的問題。

3 柴油機有害排放的控制措施

柴油機排放物控制的重點：NOX與顆粒，其次是 SOx。研究表明，要有效控制柴油機有害物的排放，必須從柴油機的燃燒過程的改進、排氣后處理以及改善燃油品質入手。有害排放的控制措施：機前處理、機內處理和機后處理。

3.1 燃燒過程的改進

（1）高壓噴射。噴射高壓和短噴油持續期，改善霧化質量，加大噴油速率，卷入油束空氣量增加，燃油與空氣混合和燃燒速度加快，顆粒排放降低。

（2）推遲噴射。增大噴油提前角，發火前噴入氣缸的燃油量多，爆燃嚴重，最高燃燒溫度較高，NOX的生成量較多；反之，NOX的生成量較少。因此，推遲噴射可減小缸內 NOX的生成量。

（3）電控噴射及引導噴射。實現高壓噴射和引導噴射,根據工況變化對噴油規律最優控制，既保證柴油機性能又抑制NOx 與顆粒。

（4）排氣再循環（EGR）。EGR 是使部分排氣再次進入氣缸進行循環，一般可使約 10%～20%的廢氣再次進入發動機氣缸。采用 EGR 后，由于進氣中氧濃度降低和熱容量的增加，可獲得較低的燃燒速度從而降低 NOX生成（降低 30%～40%）。

（5）噴油器結構的改進。不同的噴油器型式和結構對 NOX形成有著重大的影響，燃油的噴射強度也有影響。現代柴油機平均有效壓力的提高要求增加噴油器的流通面積，導致噴油器壓力室的容積增加，噴油結束時殘存在壓力室中的燃油會滴入燃燒室，如果滴油較多，這些油不會完全燃燒，則可能形成碳煙、HC、增大 NOx 排放量并在燃燒室形成沉積。

（6）新型燃燒方式。“兩階段燃燒系統”和“稀薄燃燒系統”等。

3.2 加水處理

加水處理的原理是通過采取措施使一定量的水進入氣缸，由于水的汽化潛熱很高，可以在燃燒過程吸收大量的熱量，從而降低最高燃燒溫度，減少 NOX排放量。

（1）燃油乳化。是將燃油摻水形成乳化油在柴油機中進行燃燒，當向柴油機噴入乳化油時，乳化油中的水被蒸發，使燃燒溫度峰值下降，能較大幅度地減少 NOX排放。

（2）進氣加濕。是將水以高壓水霧的形式，在壓氣機后噴入增壓空氣中的。為防止水霧凝結，有時要通過加熱提高增壓空氣的溫度，加熱是利用空氣冷卻器來完成的。這種方法可使 NOX排放減少 50～60%而不會提高燃油消耗率，同時還可以降低主機的熱負荷并改善缸套清潔條件。

（3）廢氣后處理。對排出的廢氣在進入大氣前進行處理，使廢氣中有害成分的含量進一步降低。例如：對碳煙等微粒的捕集，如水洗法、催化轉化（SCR）法、靜電分離法、離心分離、微粒過濾法等。其中，SCR 法是目前大幅降低 NOX排放的最有效方法。

Study on Pollution Control of Exhaust Emission from Marine Diesel Engine

ZHANG Shi-hong
（H unan Communication Polytechnic，Changsha，H unan 410100，China）

In 2016，the state promulgated “Ship Engine Standard”，which stipulates new requirements on the ship diesel engine exhaust emissions.This paper analyzes the main harmful species of marine diesel engine exhaust emissions，the influence of the implementation of emission regulations on marine diesel engine power units，and the control measures of diesel engine harmful emissions.

marine diesel engine；exhaust gas；pollution control

U664.121

A

2095-980X（2016）12-0052-01

2016-11-27

張世鴻（1979-），湖南邵陽人，大學本科，主要研究方向：工科。