節能減排背景下的新型船舶技術淺析

劉書寧

隨著我國社會經濟的飛速發展，我國的船舶行業也取得了較為顯著的發展成效，在船舶的正常運行過程中，柴油機起到了不可或缺的重要作用。柴油機的使用過程中，燃料的燃燒、尾氣排放等都涉及到能源消耗問題。在節能發展背景下，船舶柴油機為了更好地適應節能發展，應該不斷研究新型船舶推進節能技術并投入使用，只有這樣才能有效推動我國節能工作的順利落實。

船舶柴油機 ;新型船舶;節能技術

全球經濟的飛速發展背后是全球生存環境的一再惡化，在破壞環境的因素中，船舶柴油機也占據了一定的比例。船舶柴油機的排泄費用也面臨著較大的要求，為此，相關工作人員需要在確保柴油機正常工作的前提下日益降低碳排放。所以在實踐中需要達到節能減排的要求，積極的研發新技術，以有效的控制污染物的產生，保證船舶在航行中所產生的廢棄物質量達標，對于環境的改善起到積極的影響作用。

1 通過不斷改進燃料的燃燒流程達到節能目的

1.1充分發揮以電控制為中心的高壓共軌噴油技術作用

這種技術的落實主要是以電控制為中心的，充分發揮高壓油泵的作用提升燃油壓力，然后通過共軌管對燃油進行增壓，利用電磁閥實現對噴油的控制。通過對這項技術的應用，能使噴油時的壓力不會受到以往脈動式特性的制約與影響，使供油與噴油真正實現獨立，保證噴油準確性，完成對燃燒過程的改善，保證燃燒效率，減少污染及噪音的產生與排放。近幾年，共軌技術發展迅速，相應的系統結構越來越完善，共軌管正被蓄壓器取代，實現蓄壓功能。

1.2 充分發揮高增壓技術的作用提升節能水平

要想從根本上提升柴油機的自身壓力，并在確保柴油機正常運行的基礎上降低油耗，增壓器需要不斷提升高增壓技術水平。就目前來看，在國際上比較主流的產品，其增壓比已經可以達到5.2。然而，提高壓比在改善機組性能上的貢獻并不大，所以要對增壓系統實施進一步改善。現階段可在性能改進上發揮作用的增壓系統包括廢氣旁通、可變截面等 。

1.3 充分發揮新燃氣技術的作用提升節能水平

柴油燃燒過程中，產生的一些有害物質含量大都達到了相關的臨界值，從這個角度來看，通過控制新燃氣技術的邊界，能夠達到超低排放的目標。對此，很多地區都相繼開展了新理論及新技術的開發研究，產生了很多諸如均質壓燃與低溫燃燒等新技術。其中，均質壓燃主要采用低火焰溫度和壓縮自燃著火等方式，在提高熱效率的同時，降低氮氧化物等物質的排放。然而，因柴油有很高的黏度，但自燃溫度與揮發性都很低，所以對空氣和燃油之間的混合進行改善，并減慢燃燒反應速度成為專項新技術的關鍵所在。基于此，產生了很多新的燃燒模式，如 MK 燃燒和 PCCI 等 。

2 通過運用替代燃料達到節能目的

為了降低環境污染力度，我們可以選擇一些替代燃料把柴油燃料替換下來，常見的燃料有：燃料電池、甲烷、有機類燃料，都屬于二次能源，有很高的儲量，而且還能減小對環境造成的污染。現在為這項技術開發研制的新機型包括 ：生物燃料新能源發動機、氣體燃料新能源發動機與雙燃料新能源發動機。其中，雙燃料新能源發動機能對柴油與液化天然氣進行交替使用，和傳統只能使用柴油的發動機相比，能提高燃料混合使用的靈活性，并降低污染物的排放。它在燃料混合使用方面具有的靈活性可以體現在所有輸出范圍當中，燃油與燃氣兩種模式隨意進行切換。氣體燃料新能源發動機的利用能在很大程度上對發動機污染排放進行改善，適應現階段的法規要求，然而，由于受到燃料運輸和補充及安全性等因素的影響，現在常用的機型仍然主要是中速發動機。對于其他種類的新能源，如風能與太陽能等，盡管在短時間內還不能變成船舶首選燃料類型，但是一種很好的補充能源，也能起到理想的減排效果 。

3 通過合理控制尾氣排放和科學處理達到節能目的

3.1 通過合理控制硫氧化合物的排放達到節能目的

通過調查可以看出，柴油機燃料中，硫能夠完全燃燒，生成硫氧化合物，并且燃料中的硫含量與生成物的含量息息相關，為了降低硫氧化合物的排放，我們可以使用含硫量相對較低的燃料，如天然氣和生物燃料等，也可對燃燒產生的硫氧化合物進行后處理，如干法、半干法與濕法脫硫。對于在船舶中使用的柴油機，可借助海水洗滌系統對硫氧化合物進行處理。該系統海水吸收煙氣當中的硫氧化合物，原理為海水中的碳酸根和碳酸氫根離子會與硫氧化合物發生反應。整個處理過程無需添加其他化學試劑，而且操作成本很低，產物主要為硫酸鹽，對海水不會造成污染，本身就是海水的組成部分之一。

3.2 合理控制氮氧化合物的排放達到節能目的

通常情況下，合理控制氮氧化合物的排放能夠有效提升節能水平，具體做法如下：首先，提前處理好燃油。比如使用氮含量較低的燃料或者對其進行乳化處理;其次，對柴油機結構進行適當的改進或改造，如采用缸內噴水技術、廢氣再循環技術、掃氣空氣加濕技術等 ;再次，對燃燒后產生的廢氣進行后處理，可采用 SCR 技術和AR 技術等實現。當采用燃油乳化技術時，能減少15%～20% 的氮氧化合物排放;當采用 DWI 技術時，能減少50%～60% 的氮氧化合物排放;當采用SCR技術時，能減少85%～90% 的氮氧化合物排放;當采用濕空氣動力技術時，能減少70% 左右的氮氧化合物排放;當采用 CASS 技術時，能減少50%～60% 的氮氧化合物排放。

對燃油進行提前乳化處理能夠達到節能目的，主要是通過超聲波和機械的攪拌讓燃油呈現出乳化狀態，能夠促進燃油的完全燃燒，同時因水具有吸熱與稀釋作用，所以還能降低燃燒溫度，起到減少氮氧化合物排放的作用。SCR屬于劑量系統，當溫度在290～350℃時，把尿素或氨氣等具有還原作用的溶液導入到排氣當中，和氮氧化合物基于催化劑的作用發生催化還原，最終使氮氧化合物變成水和氮氣。EGR的原理為將部分廢氣冷卻與過濾后，重新引入到進氣管當中，降低燃燒之前缸內總含氧量，此時因廢氣當中有二氧化碳和水，因其比熱容很大，所以能降低燃燒溫度，實現對氮氧化合物產生的有效控制。對于濕空氣動力技術，它主要采用加濕進氣的方法來降低燃燒溫度，控制氮氧化合物的產生及排放。同時，它還能徹底取代冷卻器，對進氣口處的空氣進行有效的冷卻處理。實踐表明，通過對這項技術的引入，能減少近3/4氮氧化合物的排放。另外，它還支持將海水作為氣源，利用廢氣對鍋爐進行加熱，在目前的船舶中極為適用。

3.3 通過合理控制PM的排放達到節能目的

在傳播柴油機的尾氣排放過程中，PM占據較大的比例，PM的過量排放將會危害人體健康，當前可以通過機內控制和機外的凈化完成對其控制。對于機內控制，是指通過噴油壓力的改善等來提高油氣混合質量 ;而機外凈化是指采用 DPF、IESI等裝置對廢氣中的 PM 進行凈化。其中，DPF，即微粒捕集器，它的使用最為普遍，將其安裝于排氣部位后，能通過對燃燒器、催化劑與氧化器等的綜合利用實現 PM 的氧化分解及燃燒。它的應用能減少70%～80% 的 PM 排放量，但會使排氣背壓有所升高，導致功率降低。另外，排氣背壓還會隨著裝置上微粒數量的增多而提高，因此，當采用這項技術時，應重視并做好沉積微粒的處理 。

4 提升能量綜合利用有效性

在燃料燃燒過程中產生大量的熱量，其中，水和廢氣將會帶走一半的熱量，如果把剩余的熱量回收利用，能夠有效降低能耗。基于此，就出現了能量綜合利用設想，即通過對能源回收與綜合利用技術的應用，提高所有能量的實際利用率，將船舶動力系統產生的排放降到最低水平。

5 結束語

在船舶的正常運行過程中，柴油機是一種必不可少的動力來源，節能發展背景下，我國的石油資源供不應求，作為船舶系統中主要耗能與排放設備，必須通過技術開發和研究來有效降低能耗及排放。現代傳播柴油機采用的節能減排技術能夠徹底的提升燃料的利用率，并且能夠改善氣體的排放，在實踐中需要根據實際情況采取技術的優化，全面的提升燃燒工作效率，為改善大氣環境做出必要的貢獻，也能夠促進我國機械技術的提升。

參考文獻

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