船舶柴油機(jī)節(jié)能減排技術(shù)分析

張相冰

摘? 要：目前我國(guó)海洋事業(yè)正處于蓬勃發(fā)展時(shí)期，意味著市面上生產(chǎn)出的船舶數(shù)量越來(lái)越多，船舶是海洋事業(yè)發(fā)展的主要推動(dòng)力，可是其也引起了諸多問(wèn)題，尤其是海洋生態(tài)問(wèn)題，海洋污染已經(jīng)成為制約海洋事業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要因素。保護(hù)海洋生態(tài)刻不容緩，換言之，積極發(fā)展船舶柴油機(jī)節(jié)能減排技術(shù)符合海洋事業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展需求。

關(guān)鍵詞：船舶柴油機(jī);節(jié)能減排技術(shù);經(jīng)濟(jì)性

中圖分類(lèi)號(hào)：U676.3? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：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(jī)具有較低能耗、較高效率、較大功率范圍、應(yīng)用維修簡(jiǎn)潔等特點(diǎn)，所以當(dāng)前很多船舶都傾向于使用柴油機(jī)，柴油機(jī)的應(yīng)用極大程度上推動(dòng)了航運(yùn)業(yè)發(fā)展。可船舶柴油機(jī)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?xì)浠衔锖鸵谎趸嫉?，?duì)環(huán)境造成了較大污染。船舶柴油機(jī)要想實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，就要不斷降低油耗率與排放，實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展。因此，對(duì)船舶柴油機(jī)節(jié)能減排技術(shù)進(jìn)行探究必有一定現(xiàn)實(shí)價(jià)值和必要性。

1 船舶柴油機(jī)節(jié)能減排技術(shù)發(fā)展難點(diǎn)分析

硫氫化合物、氮氧化合物、碳?xì)浠衔锖鸵谎趸嫉仁谴安裼蜋C(jī)燃料燃燒產(chǎn)生的主要有害氣體，當(dāng)前也將二氧化碳納入控制范疇中[1]。燃油未能實(shí)現(xiàn)充分燃燒就會(huì)產(chǎn)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(huì)減少。氮氧化合物中的氮與氧在大氣中也較為常見(jiàn)，其之所以會(huì)產(chǎn)生一氧化氮、二氧化氮等有害氣體，是因?yàn)榈煞痔幱诟邷丨h(huán)境中，而且當(dāng)溫度增加時(shí)，氧化反應(yīng)速度增快，氮氧化合物量也隨之不斷增長(zhǎng)。柴油機(jī)的燃燒具有周期性特征，燃燒時(shí)會(huì)不斷經(jīng)歷換氣與排氣等環(huán)節(jié)，所以燃燒室具備的冷卻與傳熱條件較為良好，相較于持續(xù)燃燒模式的燃?xì)廨啓C(jī)溫度，柴油機(jī)氣缸更高。為了對(duì)燃燒進(jìn)行改進(jìn)、優(yōu)化，柴油機(jī)燃燒皆具有相應(yīng)的過(guò)量空氣，柴油機(jī)熱效率高是由于其具備富氧、高溫環(huán)境，這也是形成氮氧化合物的主要因素，進(jìn)而導(dǎo)致該氣體排放量較高，難以實(shí)現(xiàn)該有害氣體的減排。通過(guò)氮氧化合物形成原理能夠發(fā)現(xiàn)，要想實(shí)現(xiàn)氮氧化合物的減排，需要對(duì)燃燒溫度和燃燒速度進(jìn)行降低，可是這會(huì)減小燃油經(jīng)濟(jì)性[2]。

當(dāng)前船舶柴油機(jī)通過(guò)電控技術(shù)可以將工作模式設(shè)置為排放優(yōu)先或經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)先兩種。海洋環(huán)境時(shí)候選用經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)先模式，當(dāng)船舶駛?cè)敫劭诖a頭航道時(shí)采取排放優(yōu)先模式，此時(shí)縱然燃油經(jīng)濟(jì)性有所減小，可是由于運(yùn)行時(shí)間并不長(zhǎng)，所以影響并不大?？墒沁@種運(yùn)行管理模式依舊不能完全滿(mǎn)足生態(tài)發(fā)展需求，尤其是需要控制二氧化碳排量后，燃油經(jīng)濟(jì)性減小會(huì)促使二氧化碳排放量隨之增多。因此，要想實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，還需要對(duì)船舶柴油機(jī)節(jié)能減排技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

2 船舶柴油機(jī)節(jié)能減排技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

2.1 柴油機(jī)燃油系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

燃油系統(tǒng)節(jié)能減排設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)實(shí)際狀況采用對(duì)應(yīng)策略，為了減少排放物的碳含量，需要加快燃燒速度，同時(shí)要保證燃油和空氣能夠?qū)崿F(xiàn)充分混合燃燒，這就需要對(duì)噴射壓力參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)將噴孔棉結(jié)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(chǎn)生，此時(shí)可以讓噴孔減少或噴孔直徑尺寸縮小，以此來(lái)提高熱量利用率，讓溫度控制在一定范疇內(nèi)，從而達(dá)到控制排放物氮氧化合物含量的目的。當(dāng)前船舶系統(tǒng)通常皆采用多種噴射系統(tǒng)組合而成，所以應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際需求選擇對(duì)應(yīng)的合理設(shè)計(jì)方案[3]，提高柴油機(jī)燃油工作效率，同時(shí)可以減少資源耗費(fèi)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目的。

2.2 采用先進(jìn)燃燒技術(shù)

燃燒溫度達(dá)到一定時(shí)氣體會(huì)發(fā)生不均勻狀況，有可能會(huì)導(dǎo)致爆炸產(chǎn)生，也可能發(fā)生不充分燃燒現(xiàn)象。通常會(huì)采用均質(zhì)預(yù)混合燃燒提高燃燒效率，進(jìn)而減少排放物的氮氧化合物含量。一方面，在均質(zhì)預(yù)混合燃燒中，不能準(zhǔn)確識(shí)別燃燒形成的火焰，所以沒(méi)有局部高溫現(xiàn)象，內(nèi)燃?xì)庵械幕旌蠚怏w能夠?qū)崿F(xiàn)充分混合，氮氧化合物也不會(huì)存在于排放物中。多點(diǎn)噴射后，汽油能充分混合吸收空氣，隨后進(jìn)入到缸體內(nèi)，達(dá)到均質(zhì)燃燒目的[4]。壓縮燃燒室柴油機(jī)工作機(jī)理，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)壓縮比參數(shù)和最佳發(fā)火位置進(jìn)行控制，在點(diǎn)火前促使均質(zhì)混合氣體形成。此外，為了實(shí)現(xiàn)更充分燃燒，可使用雙環(huán)預(yù)混旋流燃燒模式。

2.3 對(duì)進(jìn)氣成分進(jìn)行改進(jìn)

船舶柴油機(jī)燃燒時(shí)進(jìn)氣包括了諸多氣體，例如氮氧、氧氣等，內(nèi)部燃燒速度受到氧氣含量影響，排放物氮氧含量受到氮?dú)庥绊?。目前主要借助加濕、進(jìn)氣富氧等技術(shù)優(yōu)化進(jìn)氣成分，促使進(jìn)氣成分氧含量增加，可是這需要借助其他技術(shù)才可以實(shí)現(xiàn)，所以運(yùn)用并不廣泛。加濕技術(shù)主要將水和氣融合在一起，能夠?qū)崿F(xiàn)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(shí)會(huì)進(jìn)入到缸體內(nèi)，讓內(nèi)部溫度增加。另外還能運(yùn)用無(wú)氮技術(shù)對(duì)排放物中的氮含量進(jìn)行控制，無(wú)氮技術(shù)運(yùn)用時(shí)還應(yīng)當(dāng)做好優(yōu)化配置。

2.4 采取后處理技術(shù)

當(dāng)前船舶柴油機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)在很大程度上已被改進(jìn)，可是和國(guó)際排放質(zhì)量要求依舊有一定差距，所以提高排放質(zhì)量勢(shì)在必行，在具體排放實(shí)踐時(shí)應(yīng)當(dāng)將后處理技術(shù)和其他技術(shù)緊密聯(lián)合。目前，選擇催生計(jì)劃與捕集技術(shù)是我國(guó)應(yīng)用較為普遍的后處理技術(shù)。選擇催生計(jì)劃主要運(yùn)用氨氣這種還原劑把氮氧化合物直接變?yōu)榈?。捕集技術(shù)主要是利用反應(yīng)物促使氮氧化合物變成新物體，在特定載體結(jié)構(gòu)中存放氮氧化合物，隨后借助催化劑對(duì)其進(jìn)行處理，對(duì)氮氧化合物濃度和溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行剖析，可以了解吸附飽和與否，為后期工作提供處理依據(jù)。倘若吸附材料溫度太高，同時(shí)作用時(shí)間較長(zhǎng)，表面就會(huì)發(fā)生變化，這時(shí)部分材料會(huì)出現(xiàn)脫落情況，這時(shí)產(chǎn)生的一氧化碳對(duì)人體危害極大，這也是限制該技術(shù)不能廣泛應(yīng)用的原因之一。后處理技術(shù)主要是根據(jù)柴油機(jī)特征應(yīng)用，從而將排放物盡可能控制在合理范疇內(nèi)。

3 船舶柴油機(jī)節(jié)能減排技術(shù)運(yùn)用實(shí)際效果剖析

將節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用于船舶柴油機(jī)中，符合柴油機(jī)燃料燃燒與進(jìn)氣情況，借助先進(jìn)處理技術(shù)，進(jìn)而達(dá)到整體優(yōu)化柴油機(jī)運(yùn)行目的，促使柴油機(jī)運(yùn)行效率得以提升，減少危害物排放量，更為契合國(guó)際船舶廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 壓力

節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用讓壓力調(diào)節(jié)更為靈活，不需要再統(tǒng)一調(diào)節(jié)壓力，讓柴油機(jī)管理更為合理化[5]?？v然將高增壓渦輪應(yīng)用在其中，也可以依據(jù)燃料燃燒變化狀況對(duì)壓力值大小進(jìn)行調(diào)整，具體操作是對(duì)進(jìn)氣壓力值進(jìn)行調(diào)整，促使壓力壓縮后進(jìn)入氣缸，對(duì)溫度起到間接控制作用，達(dá)到充分燃燒燃料目的。換言之，調(diào)節(jié)壓力就是提升壓力值適應(yīng)性，從而將更為充足的壓力和氣流提供給燃燒，同時(shí)能夠達(dá)到對(duì)溫度進(jìn)行控制的目的，在很大程度上對(duì)最高溫度進(jìn)行限制。

3.2 氣體

倘若船舶柴油機(jī)處理時(shí)采取傳統(tǒng)進(jìn)氣方式，能夠進(jìn)入的氣體受到限制，導(dǎo)致氣體成分不夠均勻?？蛇M(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后，改變了氣體質(zhì)量不好的現(xiàn)狀，采用多種模式對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)中的氣體進(jìn)入狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，讓其形成水霧與氣態(tài)等新形態(tài)，水流和氣體融合進(jìn)入氣缸后，水霧可以對(duì)溫度進(jìn)行吸收，將溫度控制在合理范疇內(nèi);氣態(tài)促使燃料和氣體接觸面積增大，點(diǎn)火后燃料可以燃燒的更加充分。節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用在船舶柴油機(jī)中促使氣體中氮?dú)庹急冉档屯瑫r(shí)，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(huì)隨之減少。

3.3 燃燒質(zhì)量

壓力值和氣體都和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求相符之后，就可以為燃料燃燒創(chuàng)造較好環(huán)境，在此環(huán)境中，氣體和燃料能夠混合的更為充分，燃燒質(zhì)量和效率都會(huì)大大提升。換言之，過(guò)去燃料燃燒時(shí)由于壓力不充足或氣體質(zhì)不均導(dǎo)致未能實(shí)現(xiàn)充分燃燒，很多燃料都被耗費(fèi)，可在船舶柴油機(jī)燃料燃燒時(shí)運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)和系統(tǒng)，可以提高船舶柴油機(jī)燃料燃燒質(zhì)量和效率，同時(shí)促使有害氣體生成量大大減少。

4 結(jié)束語(yǔ)

船舶柴油機(jī)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排符合生態(tài)環(huán)保趨勢(shì)和需求，為了達(dá)到該目標(biāo)，可以對(duì)燃燒燃料進(jìn)行改進(jìn)、優(yōu)化，提升燃燒效率和柴油機(jī)工作效率，還能夠使用新引擎，借助諸多節(jié)能清潔的替代設(shè)備，同時(shí)盡可能使用質(zhì)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(shí)現(xiàn)保護(hù)環(huán)境的目標(biāo)。將節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用在船舶柴油機(jī)中，促使柴油機(jī)運(yùn)行狀況變得更為良好，讓其運(yùn)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(fù)利用柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)形成的熱量，提升能源利用率。

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