船舶柴油机节能减排技术的运用--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

船舶柴油机节能减排技术的运用

发表时间：2021/9/3 来源：《建筑科技》2021年9月中作者：徐攀

[导读] 如今，我国海上运输事业快速发展，船舶数量增多，所消耗的能源与产生的排放也明显增加。因此，有必要对船舶所用柴油机进行分析掌握，并探究合理可行的节能减排技术。基于此，本文将对船舶柴油机节能减排技术的运用进行分析。

广船国际有限公司徐攀广东广州 511458

摘要：如今，我国海上运输事业快速发展，船舶数量增多，所消耗的能源与产生的排放也明显增加。因此，有必要对船舶所用柴油机进行分析掌握，并探究合理可行的节能减排技术。基于此，本文将对船舶柴油机节能减排技术的运用进行分析。
关键词：船舶柴油机；节能减排技术；运用要点
        1船舶柴油机节能减排技术发展难点分析
        硫氢化合物、氮氧化合物、碳氢化合物和一氧化碳等是船舶柴油机燃料燃烧产生的主要有害气体，当前也将二氧化碳纳入控制范畴中。燃油未能实现充分燃烧就会产生硫氧化合物，倘若燃油中硫成分含量降低，那么硫氧化合物的形成量也会减少。氮氧化合物中的氮与氧在大气中也较为常见，其之所以会产生一氧化氮、二氧化氮等有害气体，是因为氮成分处于高温环境中，而且当温度增加时，氧化反应速度增快，氮氧化合物量也随之不断增长。柴油机的燃烧具有周期性特征，燃烧时会不断经历换气与排气等环节，所以燃烧室具备的冷却与传热条件较为良好，相较于持续燃烧模式的燃气轮机温度，柴油机气缸更高。为了对燃烧进行改进、优化，柴油机燃烧皆具有相应的过量空气，柴油机热效率高是由于其具备富氧、高温环境，这也是形成氮氧化合物的主要因素，进而导致该气体排放量较高，难以实现该有害气体的减排。通过氮氧化合物形成原理能够发现，要想实现氮氧化合物的减排，需要对燃烧温度和燃烧速度进行降低，可是这会减小燃油经济性。
        当前船舶柴油机通过电控技术可以将工作模式设置为排放优先或经济性优先两种。海洋环境时候选用经济性优先模式，当船舶驶入港口码头航道时采取排放优先模式，此时纵然燃油经济性有所减小，可是由于运行时间并不长，所以影响并不大。可是这种运行管理模式依旧不能完全满足生态发展需求，尤其是需要控制二氧化碳排量后，燃油经济性减小会促使二氧化碳排放量随之增多。因此，要想实现节能减排，还需要对船舶柴油机节能减排技术进行进一步优化。
        2船舶柴油机节能减排技术的运用要点
        2.1 对燃料的燃烧过程进行改善
        2.1.1采用基于电控制的高压共轨喷油技术
        这项技术主要利用高压油泵进行燃油压力的建立，再借助共轨管进行燃油蓄压，然后利用电磁阀实现对喷油的控制。通过对这项技术的应用，能使喷油时的压力不会受到以往脉动式特性的制约与影响，使供油与喷油真正实现独立，保证喷油准确性，完成对燃烧过程的改善，保证燃烧效率，减少污染及噪音的产生与排放。近几年，共轨技术发展迅速，相应的系统结构越来越完善，共轨管正被蓄压器取代，实现蓄压功能。
        2.1.2高增压技术
        为使柴油机压力得到显著的提升，减少油耗，增压器正向高压比甚至是超高压比目标发展。就目前来看，在国际上比较主流的产品，其增压比已经可以达到5.2。然而，提高压比在改善机组性能上的贡献并不大，所以要对增压系统实施进一步改善。现阶段可在性能改进上发挥作用的增压系统包括废气旁通、可变截面等。
        2.1.3采用先进燃烧技术
        燃烧温度达到一定时气体会发生不均匀状况，有可能会导致爆炸产生，也可能发生不充分燃烧现象。通常会采用均质预混合燃烧提高燃烧效率，进而减少排放物的氮氧化合物含量。一方面，在均质预混合燃烧中，不能准确识别燃烧形成的火焰，所以没有局部高温现象，内燃气中的混合气体能够实现充分混合，氮氧化合物也不会存在于排放物中。多点喷射后，汽油能充分混合吸收空气，随后进入到缸体内，达到均质燃烧目的。压缩燃烧室柴油机工作机理，因此设计时应当对压缩比参数和最佳发火位置进行控制，在点火前促使均质混合气体形成。此外，为了实现更充分燃烧，可使用双环预混旋流燃烧模式。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

        2.2关于硫氧化合物的处理与控制
        柴油机是燃烧柴油的，在柴油燃烧的过程中，硫会被充分燃烧，形成有毒有害的二氧化硫与三氧化硫。当然硫的氧化物的产生量会与柴油中硫的含量成正比关系。因此，燃料中硫元素的含量直接影响到硫的氧化物的实际产生量与排放量，而减轻有害硫化物排放量的有效方法就是使用含硫量较低的燃料，比如天然气或生物燃料等新型清洁能源。还可以对燃烧后生成的硫的氧化物通过干法处理或湿法处理的方式进行脱硫。而针对船舶柴油机来说，也可以根据具体情况，借助海水的洗涤系统进行后处理，使用海水洗涤系统吸收排放气体中的二氧化硫与三氧化硫。此类后处理技术主要原理是借助海水中含有的大量碳酸根和碳酸氢根离子与二氧化硫与三氧化硫等硫氧化合物发生化学反应，产生对海水无害的硫酸盐，进而达到硫化物净化的目的。
        2.3采用替代燃料
        现在比较常用的替代燃料包括：燃料电池、甲烷、有机类燃料，都属于二次能源，有很高的储量，而且还能减小对环境造成的污染。现在为这项技术开发研制的新机型包括：生物燃料新能源发动机、气体燃料新能源发动机与双燃料新能源发动机。
        其中，双燃料新能源发动机能对柴油与液化天然气进行交替使用，和传统只能使用柴油的发动机相比，能提高燃料混合使用的灵活性，并降低污染物的排放。它在燃料混合使用方面具有的灵活性可以体现在所有输出范围当中，燃油与燃气两种模式随意进行切换。气体燃料新能源发动机的利用能在很大程度上对发动机污染排放进行改善，适应现阶段的法规要求，然而，由于受到燃料运输和补充及安全性等因素的影响，现在常用的机型仍然主要是中速发动机。对于其他种类的新能源，如风能与太阳能等，尽管在短时间内还不能变成船舶首选燃料类型，但是一种很好的补充能源，也能起到理想的减排效果。
        2.4改善进气成分
        柴油机在实际燃烧时会进行气体进气，其中包括氧气、氮氧等。众所周知，氧气含量的高低关乎到燃油机内部燃烧时的速度快慢，而氮气主要起到提高排放气体中氮氧气体含量的作用。改善进气成分主要是进富氧、增加湿入手，富进氧是借助其他科技手段，在改善空气组成结构的过程中增加进气气体的氧气含量，但可应用范围较小。而加湿技术则是通过气水融合的方式来进行汽化操作，进而生产出较多的水蒸气，在吸收热量的同时将其排入燃油机工作缸内，增加工作缸内部温度。而在进气时充分应用EGR技术，能够最大程度的收集排放气体，将其直接运输到进气口，从而得到有效有氧释放，同时排放气体自带大量的热容，释放温度后还可以实现控制烟雾含量的目的。
        2.5 关于颗粒物PM的处理与控制
        PM颗粒物是柴油机运行后产生的废气主要组成部分，对于人体来说存在较大危害。当下对于PM颗粒物的控制处理主要集中于机内控制与机外净化两方面，尽可能地减轻柴油发动机排气时的PM颗粒物含量。机内控制主要是由高压喷射开始，采用高压喷射的方式提高油气混合品质。而机外净化技术内容就丰富的多，主要是由微粒捕捉器、离心分离机、废气反应器与静电沉淀分离机构成。当然，在多个系统、机械中还是微粒捕捉器较为流行且相对普及，可以将微粒捕捉器安装到柴油机排气口内，并通过催化剂、氧化剂、燃烧器等多种操作将PM颗粒物进行捕捉、分离、净化。有研究表明，顺利运行的微粒捕捉器使用后可以阻止净化70%左右的PM颗粒物的排放。但这样一来也会造成柴油机排气口背压过高、功率降低的问题。
        3结束语
        将节能减排技术应用在船舶柴油机中，促使柴油机运行状况变得更为良好，让其运行效果变得更为理想化，有利于充分燃烧燃料，减少氮氧化合物生成量，可以重复利用柴油机运行时形成的热量，提升能源利用率。
参考文献：
[1]张相冰.船舶柴油机节能减排技术分析[J].科技创新与应用,2020(08):151-152.
[2]于景波.船舶柴油机节能减排技术的运用[J].船舶物资与市场,2019(11):55-56.
[3]孙未,罗勇.船舶柴油机的节能减排技术运用[J].化工设计通讯,2019,45(06):220+222.