船舶柴油機節能減排技術分析

張相冰

摘? 要：目前我國海洋事業正處于蓬勃發展時期，意味著市面上生產出的船舶數量越來越多，船舶是海洋事業發展的主要推動力，可是其也引起了諸多問題，尤其是海洋生態問題，海洋污染已經成為制約海洋事業發展的一個重要因素。保護海洋生態刻不容緩，換言之，積極發展船舶柴油機節能減排技術符合海洋事業長遠發展需求。

關鍵詞：船舶柴油機;節能減排技術;經濟性

中圖分類號：U676.3? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）08-0151-02

Abstract： At present， China's marine industry is in a period of vigorous development， which means more and more ships are produced on the market. Ships are the main driving force for the development of the marine industry， but they also cause many problems， especially the marine ecological problem， marine pollution has become an important factor restricting the development of the marine cause. It is urgent to protect the marine ecology. In other words， to actively develop energy-saving and emission reduction technologies for marine diesel engines is in line with the long-term development needs of marine undertakings.

Keywords： marine diesel engine; energy saving and emission reduction technology; economy

柴油機具有較低能耗、較高效率、較大功率范圍、應用維修簡潔等特點，所以當前很多船舶都傾向于使用柴油機，柴油機的應用極大程度上推動了航運業發展。可船舶柴油機由于燃燒不充分，也排放出了較多污染氣體，例如硫氫化合物、氮氧化合物、碳氫化合物和一氧化碳等，對環境造成了較大污染。船舶柴油機要想實現可持續發展，就要不斷降低油耗率與排放，實現綠色發展。因此，對船舶柴油機節能減排技術進行探究必有一定現實價值和必要性。

1 船舶柴油機節能減排技術發展難點分析

硫氫化合物、氮氧化合物、碳氫化合物和一氧化碳等是船舶柴油機燃料燃燒產生的主要有害氣體，當前也將二氧化碳納入控制范疇中[1]。燃油未能實現充分燃燒就會產生硫氧化合物，倘若燃油中硫成分含量降低，那么硫氧化合物的形成量也會減少。氮氧化合物中的氮與氧在大氣中也較為常見，其之所以會產生一氧化氮、二氧化氮等有害氣體，是因為氮成分處于高溫環境中，而且當溫度增加時，氧化反應速度增快，氮氧化合物量也隨之不斷增長。柴油機的燃燒具有周期性特征，燃燒時會不斷經歷換氣與排氣等環節，所以燃燒室具備的冷卻與傳熱條件較為良好，相較于持續燃燒模式的燃氣輪機溫度，柴油機氣缸更高。為了對燃燒進行改進、優化，柴油機燃燒皆具有相應的過量空氣，柴油機熱效率高是由于其具備富氧、高溫環境，這也是形成氮氧化合物的主要因素，進而導致該氣體排放量較高，難以實現該有害氣體的減排。通過氮氧化合物形成原理能夠發現，要想實現氮氧化合物的減排，需要對燃燒溫度和燃燒速度進行降低，可是這會減小燃油經濟性[2]。

當前船舶柴油機通過電控技術可以將工作模式設置為排放優先或經濟性優先兩種。海洋環境時候選用經濟性優先模式，當船舶駛入港口碼頭航道時采取排放優先模式，此時縱然燃油經濟性有所減小，可是由于運行時間并不長，所以影響并不大。可是這種運行管理模式依舊不能完全滿足生態發展需求，尤其是需要控制二氧化碳排量后，燃油經濟性減小會促使二氧化碳排放量隨之增多。因此，要想實現節能減排，還需要對船舶柴油機節能減排技術進行進一步優化。

2 船舶柴油機節能減排技術的實際應用

2.1 柴油機燃油系統節能設計

燃油系統節能減排設計時要根據實際狀況采用對應策略，為了減少排放物的碳含量，需要加快燃燒速度，同時要保證燃油和空氣能夠實現充分混合燃燒，這就需要對噴射壓力參數進行調整，同時將噴孔棉結縮小，充分霧化處理燃油。更為充分的燃燒可以促使更多熱量產生，此時可以讓噴孔減少或噴孔直徑尺寸縮小，以此來提高熱量利用率，讓溫度控制在一定范疇內，從而達到控制排放物氮氧化合物含量的目的。當前船舶系統通常皆采用多種噴射系統組合而成，所以應當結合實際需求選擇對應的合理設計方案[3]，提高柴油機燃油工作效率，同時可以減少資源耗費，實現節能減排目的。

2.2 采用先進燃燒技術

燃燒溫度達到一定時氣體會發生不均勻狀況，有可能會導致爆炸產生，也可能發生不充分燃燒現象。通常會采用均質預混合燃燒提高燃燒效率，進而減少排放物的氮氧化合物含量。一方面，在均質預混合燃燒中，不能準確識別燃燒形成的火焰，所以沒有局部高溫現象，內燃氣中的混合氣體能夠實現充分混合，氮氧化合物也不會存在于排放物中。多點噴射后，汽油能充分混合吸收空氣，隨后進入到缸體內，達到均質燃燒目的[4]。壓縮燃燒室柴油機工作機理，因此設計時應當對壓縮比參數和最佳發火位置進行控制，在點火前促使均質混合氣體形成。此外，為了實現更充分燃燒，可使用雙環預混旋流燃燒模式。

2.3 對進氣成分進行改進

船舶柴油機燃燒時進氣包括了諸多氣體，例如氮氧、氧氣等，內部燃燒速度受到氧氣含量影響，排放物氮氧含量受到氮氣影響。目前主要借助加濕、進氣富氧等技術優化進氣成分，促使進氣成分氧含量增加，可是這需要借助其他技術才可以實現，所以運用并不廣泛。加濕技術主要將水和氣融合在一起，能夠實現更好汽化，促使更多量水蒸氣形成。水蒸氣能將大量熱量吸收，同時會進入到缸體內，讓內部溫度增加。另外還能運用無氮技術對排放物中的氮含量進行控制，無氮技術運用時還應當做好優化配置。

2.4 采取后處理技術

當前船舶柴油機內部結構在很大程度上已被改進，可是和國際排放質量要求依舊有一定差距，所以提高排放質量勢在必行，在具體排放實踐時應當將后處理技術和其他技術緊密聯合。目前，選擇催生計劃與捕集技術是我國應用較為普遍的后處理技術。選擇催生計劃主要運用氨氣這種還原劑把氮氧化合物直接變為氮。捕集技術主要是利用反應物促使氮氧化合物變成新物體，在特定載體結構中存放氮氧化合物，隨后借助催化劑對其進行處理，對氮氧化合物濃度和溫度數據進行剖析，可以了解吸附飽和與否，為后期工作提供處理依據。倘若吸附材料溫度太高，同時作用時間較長，表面就會發生變化，這時部分材料會出現脫落情況，這時產生的一氧化碳對人體危害極大，這也是限制該技術不能廣泛應用的原因之一。后處理技術主要是根據柴油機特征應用，從而將排放物盡可能控制在合理范疇內。

3 船舶柴油機節能減排技術運用實際效果剖析

將節能減排技術應用于船舶柴油機中，符合柴油機燃料燃燒與進氣情況，借助先進處理技術，進而達到整體優化柴油機運行目的，促使柴油機運行效率得以提升，減少危害物排放量，更為契合國際船舶廢氣排放標準。

3.1 壓力

節能減排技術的應用讓壓力調節更為靈活，不需要再統一調節壓力，讓柴油機管理更為合理化[5]。縱然將高增壓渦輪應用在其中，也可以依據燃料燃燒變化狀況對壓力值大小進行調整，具體操作是對進氣壓力值進行調整，促使壓力壓縮后進入氣缸，對溫度起到間接控制作用，達到充分燃燒燃料目的。換言之，調節壓力就是提升壓力值適應性，從而將更為充足的壓力和氣流提供給燃燒，同時能夠達到對溫度進行控制的目的，在很大程度上對最高溫度進行限制。

3.2 氣體

倘若船舶柴油機處理時采取傳統進氣方式，能夠進入的氣體受到限制，導致氣體成分不夠均勻。可進氣系統進行優化設計后，改變了氣體質量不好的現狀，采用多種模式對進氣系統中的氣體進入狀態進行調整，讓其形成水霧與氣態等新形態，水流和氣體融合進入氣缸后，水霧可以對溫度進行吸收，將溫度控制在合理范疇內;氣態促使燃料和氣體接觸面積增大，點火后燃料可以燃燒的更加充分。節能減排技術應用在船舶柴油機中促使氣體中氮氣占比降低同時，氧氣占比增大，燃料與含氧量大、含氮量小的氣體融合后，生成排放物的氮氧化合物含量也會隨之減少。

3.3 燃燒質量

壓力值和氣體都和相關標準要求相符之后，就可以為燃料燃燒創造較好環境，在此環境中，氣體和燃料能夠混合的更為充分，燃燒質量和效率都會大大提升。換言之，過去燃料燃燒時由于壓力不充足或氣體質不均導致未能實現充分燃燒，很多燃料都被耗費，可在船舶柴油機燃料燃燒時運用先進技術和系統，可以提高船舶柴油機燃料燃燒質量和效率，同時促使有害氣體生成量大大減少。

4 結束語

船舶柴油機實現節能減排符合生態環保趨勢和需求，為了達到該目標，可以對燃燒燃料進行改進、優化，提升燃燒效率和柴油機工作效率，還能夠使用新引擎，借助諸多節能清潔的替代設備，同時盡可能使用質量較高的新能源，較少柴油的使用量，以此降低污染物排放量，實現保護環境的目標。將節能減排技術應用在船舶柴油機中，促使柴油機運行狀況變得更為良好，讓其運行效果變得更為理想化，有利于充分燃燒燃料，減少氮氧化合物生成量，可以重復利用柴油機運行時形成的熱量，提升能源利用率。

參考文獻：

[1]王琦.船舶柴油機節能減排技術探討[J].科技風，2017（11）：142.

[2]史偉欣.船舶節能減排實際應用[J].現代經濟信息，2017（24）：362.

[3]洪騰飛，張千朋，陳龍.工程船舶節能減排技術應用和探索[J].節能，2019（5）：47-49.

[4]沈葳.試論船舶設計中的節能減排策略[J].軍民兩用技術與產品，2018（18）：87.

[5]馬化錚，郭文菁.船舶設計中的節能減排技術應用研究[J].時代農機，2017，44（7）：116.