船舶柴油機節(jié)能減排技術(shù)及其應(yīng)用探討

戴 武

葫蘆島市渤海船舶職業(yè)學(xué)院 遼寧葫蘆島 125005

隨著船舶航運業(yè)的不斷發(fā)展，95%以上世界貿(mào)易運輸總量都是由船舶航運業(yè)承擔(dān)的，其能源消耗總量占到總能源的3%。船舶柴油機是船舶工作的心臟，也是能源消耗和污染物產(chǎn)生的主要場所，所以，對船舶柴油機節(jié)能減排技術(shù)進行簡要的探討是非常必要的行為。

一、節(jié)能技術(shù)的具體應(yīng)用

（一）燃油系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計

對于燃油系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計，是優(yōu)化噴射系統(tǒng)的操作，保證燃油的品質(zhì)。對于前者，是根據(jù)具體情況的變化，調(diào)整噴射的壓力值，縮小噴孔的截面積，實現(xiàn)燃油的霧化，并保證其霧化的效果，這一方式下，燃?xì)馀c空氣會充分融合，加快了燃油燃燒的速度，控制碳排放。高質(zhì)量的燃油完全燃燒后，可釋放出大量熱量，此時為收集熱量，需縮短噴孔的直徑，或是減少噴孔的數(shù)量，控制燃油的噴出，把溫度控制在一定范圍，抑制氮氧化物的生成。現(xiàn)代船舶會使用多種噴射系統(tǒng)，包括傳統(tǒng)的噴射系統(tǒng)、電噴的噴射系統(tǒng)等，其中，電噴的噴射系統(tǒng)具有的優(yōu)勢是靈活選擇使用的個數(shù)、控制時間的長短、優(yōu)化對噴射正時與容量的控制。按照該方式進行節(jié)能設(shè)計后，可在較高的噴射壓力、直徑較小的噴頭使用中，用多種不同的噴射方式，把燃油噴射量控制在一定范圍內(nèi)。比如單缸噴油嘴，它是根據(jù)時間的設(shè)計，逐一噴口的噴油，雖然開始時間不同，但終點一致，或是前期噴油后關(guān)閉，待需要時開啟，做到多次噴油。由此，可提高燃油燃燒的效率，控制溫度變化。對于后者，是保證燃油品質(zhì)。判斷燃油質(zhì)量的高低，是查看其十六烷值的變化，這是判定燃油是否具有良好發(fā)火性的主要標(biāo)準(zhǔn)。柴油在機械內(nèi)燃燒的過程中，為讓其充分燃燒，可在燃油內(nèi)加入適量的硝酸鹽等化學(xué)物質(zhì)，把延遲時間縮短，由此，可在基本參數(shù)統(tǒng)一的情況下，增加燃油放出的熱量，把溫度升高。但這一方式的不足是，破壞燃油的穩(wěn)定性，燃燒中發(fā)出碳煙，給環(huán)境帶來二次污染。由此，對燃油品質(zhì)的優(yōu)化是根據(jù)柴油機的操作情況選擇適合的燃油。

（二）進氣優(yōu)化

1.溫度優(yōu)化以及進氣壓力。我們從實踐中知道，內(nèi)燃機的過剩系數(shù)能夠使燃燒更加充分，過剩系數(shù)和入口壓力兩者之間的正比關(guān)系，如果入口壓力增加，會隨之造成過剩系數(shù)會相應(yīng)增加，這就是完全燃燒的效果所在。而矛盾的是，壓力和能量消耗也是成正比關(guān)系，如果壓力大，那么壓縮消耗也會變大，使得最高溫度升高，這個時候很難將氮氧化物的排放。但是，如果進氣溫度較低，這個時候可以吸收一定程壓縮熱，這樣也可以有效控制最高溫度，減少NO2的排放。然而，入口溫度是不可能一直降低的，有底線值。從目前的發(fā)展水平來看，許多研究機構(gòu)正在進一步研究如何調(diào)節(jié)進氣溫度和壓力，改善燃燒。

2.進氣方式優(yōu)化。眾所周知，柴油機換氣的時間一般來講都是比較相對短暫的、換氣效果也不能嗯好的滿足實際工作要求，倘若這個時候進氣渦流比較大的話，那么就很好的改善了燃燒火焰的傳播效果。多氣門技術(shù)就是根據(jù)這個原理，合理的加大了換氣面積通道，氣門圍繞氣缸中央位置的噴油嘴與活塞凹坑呈現(xiàn)周向分布，進氣渦流就會與油霧之間隨著不同的旋轉(zhuǎn)速度有著不同的渦流比例，控制好噴油量，一個方面有效控制了最高溫度，另一方面又滿足了經(jīng)濟型要求。這種多氣門技術(shù)就夠復(fù)雜、所需的成本比較高，在汽車領(lǐng)域里的應(yīng)用比較廣泛。

（三）后處理技術(shù)

目前柴油機無論是機內(nèi)還是機前的優(yōu)化措施，這些應(yīng)用都還沒有非常嚴(yán)格的滿足國家規(guī)定的相關(guān)要求，必須要與后處理技術(shù)相互結(jié)合，才能夠?qū)崿F(xiàn)國家污染氣體排放標(biāo)準(zhǔn)。這種技術(shù)目前應(yīng)用比較普遍的有兩種，一種是選擇性催化還原技術(shù)。另一種是捕集技術(shù)。前者預(yù)氧化、反應(yīng)溫度降低、藥劑廢料處理等是當(dāng)前研究的熱點問題。捕集技術(shù)通過ECU根據(jù)前后溫度以及NO2的濃度來確定載體是否已經(jīng)到了飽和狀態(tài)，然后再決定是否應(yīng)該繼續(xù)吸附，最終達到降低NO2排放的目的。

二、未來的發(fā)展方向

近年來，世界的主流方向是節(jié)能減排方向，中國的國民綜合素質(zhì)的提高，對于環(huán)保意識的也不斷加強，強烈呼吁中國的可持續(xù)發(fā)展。中國發(fā)展海洋事業(yè)，加之對船舶的事業(yè)的刺激，柴油機作為最重要的零部件之一，未來船舶柴油機技術(shù)應(yīng)當(dāng)在政府的監(jiān)管下，進行節(jié)能減排發(fā)展，一定要符合國際船舶節(jié)能減排有關(guān)規(guī)定，同時引進國外先進技術(shù)的同時應(yīng)該加速消化、吸收和升級現(xiàn)有技術(shù)，取其精華去其糟粕，在此基礎(chǔ)上，加強新技術(shù)的研發(fā)，這不是盲目抄襲，必須根據(jù)中國現(xiàn)在的基本國情，捉住現(xiàn)在國內(nèi)外行業(yè)發(fā)展方向和先進技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)的重要措施。

現(xiàn)代船舶柴油機的節(jié)能減排技術(shù)，是明確節(jié)能減排的途徑，技術(shù)的具體使用是進行燃油系統(tǒng)與進氣系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計，使用先進的燃燒技術(shù)與后處理技術(shù)，用這些技術(shù)處理后，可優(yōu)化船舶柴油機的運行效果，控制能源、燃料的使用，提高燃燒效率，保證了燃料的燃燒質(zhì)量。但這些技術(shù)的使用還有進一步研究的空間，有很多不足需要完善。