淺析現(xiàn)有船舶柴油機(jī)的節(jié)能措施

李 勇

摘要:本文從管理的角度出發(fā),提出了對(duì)現(xiàn)有船舶增效節(jié)能的主要途徑。輪機(jī)管理人員不僅要保證柴油機(jī)安全可靠地運(yùn)行,還應(yīng)加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng),并合理使用,努力維持其處于良好的工作狀態(tài),以提高經(jīng)濟(jì)性,降低營(yíng)運(yùn)成本。

關(guān)鍵詞:節(jié)能;船舶柴油機(jī);減速;燃燒;余熱

1降低主機(jī)轉(zhuǎn)速

由于燃油成本占運(yùn)輸成本的比例由13%增長(zhǎng)到45%,甚至超過(guò)60%。多數(shù)船舶公司出于對(duì)航運(yùn)市場(chǎng)和船舶營(yíng)運(yùn)成本的考慮,多采用主機(jī)降速運(yùn)行的節(jié)能措施,即所謂的經(jīng)濟(jì)航速。在不影響船期的情況下,若主機(jī)選用90%的額定轉(zhuǎn)速,則其功率降為額定功率的70%左右,此時(shí)航速下降約10%,而主機(jī)消耗油量下降約30%[1]。實(shí)踐證明,主機(jī)減速航行是降低船舶營(yíng)運(yùn)成本的一項(xiàng)行之有效的措施,但是柴油機(jī)長(zhǎng)期處于低負(fù)荷運(yùn)行會(huì)使燃燒狀態(tài)惡化,因此應(yīng)注意燃燒室周?chē)呐K污、磨損的加劇及發(fā)生振動(dòng)等問(wèn)題。

2確保柴油機(jī)的燃燒良好

燃油燃燒的好壞,對(duì)柴油機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性影響很大。燃燒過(guò)程的完善與否主要取決于燃油的品質(zhì)、正確的噴油定時(shí)、良好的油頭霧化工況和足夠的新鮮空氣量。

2.1最大過(guò)量空氣系數(shù)。

柴油機(jī)燃燒過(guò)量空氣系數(shù)(α值)與掃氣壓力、壓縮壓力和爆發(fā)壓力成正比,與排氣溫度和機(jī)器熱負(fù)荷成反比。提高過(guò)量空氣系數(shù)即提高掃氣空氣總質(zhì)量,可提高壓縮壓力并使燃油燃燒完全從而提高爆發(fā)壓力,改善柴油機(jī)工作狀態(tài),降低機(jī)器熱負(fù)荷,降低排氣溫度,最終提高總體熱效率[2][3]。應(yīng)定期清潔增壓器壓氣機(jī)進(jìn)氣濾器。經(jīng)驗(yàn)表明,常溫下空冷器清潔劑的清洗效果較差,若將清洗液加溫至50~60℃,清洗效率將大大增加?？绽淦魃嫌小癠”型壓差計(jì),航行中應(yīng)注意其進(jìn)出口壓差,并與試航報(bào)告中的數(shù)值相比較,以掌握其臟污程度,決定是否沖洗。當(dāng)壓差超過(guò)2kPa時(shí),表明空冷器已嚴(yán)重臟污,需解體清潔。此外在管理中對(duì)于二沖程機(jī)要注意及時(shí)清潔進(jìn)、排氣口(閥)和排氣通道,四沖程機(jī)則還要保證正確的氣閥定時(shí),若氣口被堵或氣閥定時(shí)不當(dāng)都會(huì)使掃氣效果變差。

2.2保持VIT功能良好。

船用燃油市場(chǎng)廣泛使用CCAI(Calculated CarbonAromacity Index,碳芳香烴指數(shù))表示燃油燃燒性能。大多數(shù)船用燃油的CCAI值在800～900之間。依據(jù)燃油CCAI[4]值,適時(shí)適度調(diào)整可變噴射時(shí)間裝置(Variable Injection Timing,VIT),可改善燃燒,節(jié)省耗油量。實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)顯示,燃油CCAI值超過(guò)870,燃燒延遲加長(zhǎng),必須考慮燃油燃燒情況和爆炸壓力,相應(yīng)調(diào)整(提前)燃油噴射定時(shí),否則排氣溫度上升,燃燒室積碳。在維護(hù)保養(yǎng)時(shí),一定要注意檢查和調(diào)整各缸的供油提前角,使其處于最佳供油位置,此時(shí)滯燃時(shí)間較短,壓力上升適中,最大燃燒壓力值適宜,有較高的熱效率,且耗油率低,柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),提前角過(guò)大和過(guò)小都會(huì)引起滯燃期延長(zhǎng),熱效率低,油耗增大。當(dāng)柴油機(jī)燃用劣質(zhì)燃油時(shí),應(yīng)適當(dāng)增大噴油提前角1°～1.5°,保證在上死點(diǎn)附近發(fā)火。若主機(jī)需要長(zhǎng)期降速航行,為了有較大的爆發(fā)壓力,一般也會(huì)適當(dāng)增大噴油提前角。此外,噴油泵的凸輪及其傳動(dòng)部件的磨損,噴油器彈簧疲勞或折斷,新彈簧的調(diào)整不當(dāng)?shù)榷紩?huì)影響噴油定時(shí)。

2.3改善燃油品質(zhì)。

近年來(lái),為降低營(yíng)運(yùn)成本,提高競(jìng)爭(zhēng)力,船舶柴油機(jī)普遍使用劣質(zhì)燃油。劣質(zhì)燃油的使用會(huì)引起缸套和活塞環(huán)的磨損、排氣閥的高溫腐蝕、氣缸結(jié)炭、噴油嘴臟堵、噴孔變形、針閥漏油、腐蝕等。因此,應(yīng)采取相應(yīng)的技術(shù)措施,改善燃油的性能。管理中除采用堿性氣缸油和增大噴油提前角外,還應(yīng)采取以下措施來(lái)改善燃油性能,降低燃油消耗。

2.3.1使用前對(duì)燃油進(jìn)行預(yù)熱和凈化處理。

燃油使用前的加熱十分重要,一般要求噴油泵進(jìn)口處的燃油粘度為12~25m2/s。對(duì)于劣質(zhì)燃油中所含的雜質(zhì)和水分,可通過(guò)凈化分離使其降至最小含量。同時(shí)應(yīng)注意燃油的過(guò)濾質(zhì)量,加強(qiáng)對(duì)濾器的管理,發(fā)現(xiàn)濾網(wǎng)破損應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)或換新。

2.3.2保持合適的冷卻水溫。

柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),若水溫過(guò)高,會(huì)使缸壁潤(rùn)滑油膜蒸發(fā),磨損加劇,冷卻腔內(nèi)發(fā)生汽化,缸套密封圈迅速老化;水溫過(guò)低,柴油機(jī)的冷卻強(qiáng)度大,滯燃期延長(zhǎng),使燃燒效率降低。因此,從保證柴油機(jī)可靠運(yùn)轉(zhuǎn)和節(jié)能的觀點(diǎn)出發(fā),柴油機(jī)的冷卻水溫應(yīng)根據(jù)說(shuō)明書(shū)的要求調(diào)整至正常范圍,以保證氣缸壁的溫度超過(guò)硫酸露點(diǎn),防止形成低溫腐蝕,降低燃料消耗率。

2.3.3選擇合適的添加劑。

根據(jù)燃油品種,選擇合適的添加劑,并按要求的比例投放,均勻混合,以改善燃油著火性能,最大程度地利用燃油的熱能。

2.4確保燃油霧化質(zhì)量良好

燃油霧化質(zhì)量好,燃油細(xì)粒與壓縮空氣充分混合,能使燃燒前的準(zhǔn)備時(shí)間縮短,即滯燃期短,燃油燃燒完全,柴油機(jī)工作平穩(wěn)。船用柴油機(jī)燃油霧化質(zhì)量的好壞主要取決于噴油器,應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)噴油器進(jìn)行定期的預(yù)防性檢查和不定期的診斷性檢查。若發(fā)現(xiàn)針閥錐面密封不良,可用極細(xì)的研磨膏研磨,再用柴油或滑油研磨。若噴油孔堵塞,可先用煤油浸泡,然后用略小于噴孔直徑的鋼針或鉆頭疏通。但當(dāng)針閥錐面出現(xiàn)下沉,或噴孔直徑增大10%以上時(shí),應(yīng)換新的噴油器。此外,裝噴油器時(shí)應(yīng)注意墊片的厚度,否則油頭伸入燃燒室的高度改變,影響霧化角度,使燃油消耗增加。

3節(jié)省氣缸油消耗

3.1適時(shí)、適度調(diào)整氣缸油供油率。

節(jié)約氣缸油的前提是保證主機(jī)氣缸良好潤(rùn)滑,應(yīng)該以說(shuō)明書(shū)給出的相應(yīng)負(fù)荷的注油率為依據(jù)。計(jì)算氣缸油耗油率的方法很多,例如航次平均耗油率和全速航行耗油率等。機(jī)動(dòng)航行時(shí)氣缸油耗油率很難計(jì)算,因?yàn)橹鳈C(jī)功率變化大。不少公司要求船舶計(jì)算航次平均耗油率,卻以柴油機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的全速航行耗油率作為衡量標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)榈退俸叫袣飧子秃挠吐矢叱鋈俸叫泻挠吐屎芏?這樣做必然迫使船舶降低全速航行氣缸油耗油率,很可能有損主機(jī)。正確的做法,是計(jì)算全速航行主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)某一段時(shí)間的氣缸油耗油率(以該時(shí)間、該時(shí)段的耗油量、該時(shí)段的主機(jī)功率等計(jì)算),并以柴油機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的相應(yīng)功率的耗油率為衡量標(biāo)準(zhǔn)。

3.2適時(shí)檢查主機(jī)氣缸潤(rùn)滑狀況。

柴油機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的氣缸油耗油率也不是絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn),最終還要以氣缸潤(rùn)滑效果為標(biāo)準(zhǔn)。所以,應(yīng)適時(shí)檢查主機(jī)氣缸套表面和活塞環(huán)有無(wú)異狀、掃氣室清潔程度和污油積存量、排煙總管內(nèi)部干燥程度等,最終判斷氣缸油

注油量是否合適。

4充分利用柴油機(jī)余熱

船舶柴油機(jī)燃油燃燒產(chǎn)生的熱量中大約40%轉(zhuǎn)化為柴油機(jī)的輸出功,其余通過(guò)排氣、冷卻水等排放到船外。目前,柴油機(jī)排氣余熱的利用主要是通過(guò)廢氣渦輪增壓器將廢氣能量轉(zhuǎn)換成掃氣空氣的壓力來(lái)提高柴油機(jī)的功率和效率。利用廢氣鍋爐產(chǎn)生的飽和蒸汽來(lái)滿(mǎn)足船員的日常雜用及油艙的加熱保溫,有的大型船舶還將蒸汽過(guò)熱后驅(qū)動(dòng)透平發(fā)電機(jī)進(jìn)行余熱發(fā)電。冷卻水的余熱利用主要是作為海水淡化裝置的熱源。

4.1精心維護(hù)廢氣渦輪增壓器。

4.2保持廢氣鍋爐高效工況。作為一種節(jié)能裝置,廢氣鍋爐不僅節(jié)約燃油,還能起到柴油機(jī)排氣消音器的作用。1艘萬(wàn)t級(jí)船舶,利用廢氣鍋爐后每天可節(jié)約1t多燃油。若在定期檢查鍋爐時(shí)發(fā)現(xiàn)內(nèi)部結(jié)有水垢,應(yīng)及時(shí)清除(及時(shí)清除煙側(cè)的積灰)。

4.3保證海水淡化裝置正常運(yùn)行。對(duì)海水淡化裝置,日常運(yùn)行中要注意調(diào)節(jié)給水流量,使給水倍率在3~4左右,同時(shí)使蒸發(fā)器內(nèi)水位適宜。調(diào)節(jié)凝水泵流量,使冷凝器內(nèi)凝水水位維持在水位計(jì)的1/2~1/3高度。調(diào)節(jié)冷凝器的冷卻海水流量(必要時(shí)稍開(kāi)真空破壞閥),控制真空度在合適的范圍內(nèi)?？刂萍訜崴髁?維持適當(dāng)?shù)牡a(chǎn)量,防止沸騰過(guò)于劇烈。

5其他

除了采取上述節(jié)能措施之外,還要做好以下工作:

(1)每月計(jì)算主機(jī)滑油耗量,與主機(jī)說(shuō)明書(shū)給出的數(shù)據(jù)核對(duì),及時(shí)發(fā)現(xiàn)滑油消耗異常。防止和減少主機(jī)及系統(tǒng)滑油外漏。定期清潔、檢查活塞桿填料箱,及時(shí)(通常不超過(guò)8 000小時(shí))換新其內(nèi)部的刮油環(huán)。定期檢查,防止各缸活塞桿直徑磨損超限(如MAN B&W LMC90是1.5mm[5])。因?yàn)榛钊麠U直徑過(guò)度磨損而間隙過(guò)大,會(huì)增大氣密不良,增加滑油泄漏量,且因雜質(zhì)污染泄漏的滑油而難以回收再使用。

(2)主柴油發(fā)電機(jī)盡量達(dá)到80%～85%負(fù)荷。

柴油發(fā)電機(jī),熱效率與其負(fù)荷成正比。負(fù)荷低,熱效率也低。保持柴油發(fā)電機(jī)80～85%負(fù)荷,可提高熱效率。航行時(shí)盡量使用軸帶發(fā)電機(jī),軸帶發(fā)電機(jī)的耗油率,明顯低于主(柴油)發(fā)電機(jī),還可以減少輕質(zhì)燃油的消耗。

(3)平時(shí)應(yīng)加強(qiáng)甲板部和輪機(jī)部的聯(lián)系,根據(jù)實(shí)際負(fù)荷并車(chē)或解列,避免不必要浪費(fèi)和節(jié)約能耗。在保證必要設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況下,合理分配用電,以減輕發(fā)電柴油機(jī)的負(fù)擔(dān)。降低輕油耗量、提高經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn):

[1]葛鴻翔主編.船舶柴油機(jī).北京:科學(xué)出版社,1996.

[2]張葆華,盧士勛.輪機(jī)員實(shí)用手冊(cè)[M].人民交通出版社,1990.

[3]M.David Burghardt.James.A Harbach,Engineering.Harper Collins Colle

ge Publishers,Thermodynamics 4thed 1993.

[4]Neil Cockett.Practical guides on Bunkers[M].LLP London,1997.

[5]Instructions for 50-90MC MCE type engines.operation.MAN B&WDiesel A/S Copenhagen,Denmark 2000.