浅析现有船舶柴油机的节能措施

李 勇

摘要:本文从管理的角度出发,提出了对现有船舶增效节能的主要途径。轮机管理人员不仅要保证柴油机安全可靠地运行,还应加强维护保养,并合理使用,努力维持其处于良好的工作状态,以提高经济性,降低营运成本。

关键词:节能;船舶柴油机;减速;燃烧;余热

1降低主机转速

由于燃油成本占运输成本的比例由13%增长到45%,甚至超过60%。多数船舶公司出于对航运市场和船舶营运成本的考虑,多采用主机降速运行的节能措施,即所谓的经济航速。在不影响船期的情况下,若主机选用90%的额定转速,则其功率降为额定功率的70%左右,此时航速下降约10%,而主机消耗油量下降约30%[1]。实践证明,主机减速航行是降低船舶营运成本的一项行之有效的措施,但是柴油机长期处于低负荷运行会使燃烧状态恶化,因此应注意燃烧室周围的脏污、磨损的加剧及发生振动等问题。

2确保柴油机的燃烧良好

燃油燃烧的好坏,对柴油机的动力性、经济性和可靠性影响很大。燃烧过程的完善与否主要取决于燃油的品质、正确的喷油定时、良好的油头雾化工况和足够的新鲜空气量。

2.1最大过量空气系数。

柴油机燃烧过量空气系数(α值)与扫气压力、压缩压力和爆发压力成正比,与排气温度和机器热负荷成反比。提高过量空气系数即提高扫气空气总质量,可提高压缩压力并使燃油燃烧完全从而提高爆发压力,改善柴油机工作状态,降低机器热负荷,降低排气温度,最终提高总体热效率[2][3]。应定期清洁增压器压气机进气滤器。经验表明,常温下空冷器清洁剂的清洗效果较差,若将清洗液加温至50~60℃,清洗效率将大大增加。空冷器上有“U”型压差计,航行中应注意其进出口压差,并与试航报告中的数值相比较,以掌握其脏污程度,决定是否冲洗。当压差超过2kPa时,表明空冷器已严重脏污,需解体清洁。此外在管理中对于二冲程机要注意及时清洁进、排气口(阀)和排气通道,四冲程机则还要保证正确的气阀定时,若气口被堵或气阀定时不当都会使扫气效果变差。

2.2保持VIT功能良好。

船用燃油市场广泛使用CCAI(Calculated CarbonAromacity Index,碳芳香烃指数)表示燃油燃烧性能。大多数船用燃油的CCAI值在800～900之间。依据燃油CCAI[4]值,适时适度调整可变喷射时间装置(Variable Injection Timing,VIT),可改善燃烧,节省耗油量。实务经验显示,燃油CCAI值超过870,燃烧延迟加长,必须考虑燃油燃烧情况和爆炸压力,相应调整(提前)燃油喷射定时,否则排气温度上升,燃烧室积碳。在维护保养时,一定要注意检查和调整各缸的供油提前角,使其处于最佳供油位置,此时滞燃时间较短,压力上升适中,最大燃烧压力值适宜,有较高的热效率,且耗油率低,柴油机运转平稳,提前角过大和过小都会引起滞燃期延长,热效率低,油耗增大。当柴油机燃用劣质燃油时,应适当增大喷油提前角1°～1.5°,保证在上死点附近发火。若主机需要长期降速航行,为了有较大的爆发压力,一般也会适当增大喷油提前角。此外,喷油泵的凸轮及其传动部件的磨损,喷油器弹簧疲劳或折断,新弹簧的调整不当等都会影响喷油定时。

2.3改善燃油品质。

近年来,为降低营运成本,提高竞争力,船舶柴油机普遍使用劣质燃油。劣质燃油的使用会引起缸套和活塞环的磨损、排气阀的高温腐蚀、气缸结炭、喷油嘴脏堵、喷孔变形、针阀漏油、腐蚀等。因此,应采取相应的技术措施,改善燃油的性能。管理中除采用碱性气缸油和增大喷油提前角外,还应采取以下措施来改善燃油性能,降低燃油消耗。

2.3.1使用前对燃油进行预热和净化处理。

燃油使用前的加热十分重要,一般要求喷油泵进口处的燃油粘度为12~25m2/s。对于劣质燃油中所含的杂质和水分,可通过净化分离使其降至最小含量。同时应注意燃油的过滤质量,加强对滤器的管理,发现滤网破损应及时修补或换新。

2.3.2保持合适的冷却水温。

柴油机运转时,若水温过高,会使缸壁润滑油膜蒸发,磨损加剧,冷却腔内发生汽化,缸套密封圈迅速老化;水温过低,柴油机的冷却强度大,滞燃期延长,使燃烧效率降低。因此,从保证柴油机可靠运转和节能的观点出发,柴油机的冷却水温应根据说明书的要求调整至正常范围,以保证气缸壁的温度超过硫酸露点,防止形成低温腐蚀,降低燃料消耗率。

2.3.3选择合适的添加剂。

根据燃油品种,选择合适的添加剂,并按要求的比例投放,均匀混合,以改善燃油着火性能,最大程度地利用燃油的热能。

2.4确保燃油雾化质量良好

燃油雾化质量好,燃油细粒与压缩空气充分混合,能使燃烧前的准备时间缩短,即滞燃期短,燃油燃烧完全,柴油机工作平稳。船用柴油机燃油雾化质量的好坏主要取决于喷油器,应根据实际情况对喷油器进行定期的预防性检查和不定期的诊断性检查。若发现针阀锥面密封不良,可用极细的研磨膏研磨,再用柴油或滑油研磨。若喷油孔堵塞,可先用煤油浸泡,然后用略小于喷孔直径的钢针或钻头疏通。但当针阀锥面出现下沉,或喷孔直径增大10%以上时,应换新的喷油器。此外,装喷油器时应注意垫片的厚度,否则油头伸入燃烧室的高度改变,影响雾化角度,使燃油消耗增加。

3节省气缸油消耗

3.1适时、适度调整气缸油供油率。

节约气缸油的前提是保证主机气缸良好润滑,应该以说明书给出的相应负荷的注油率为依据。计算气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。机动航行时气缸油耗油率很难计算,因为主机功率变化大。不少公司要求船舶计算航次平均耗油率,却以柴油机生产厂家提供的全速航行耗油率作为衡量标准。因为低速航行气缸油耗油率高出全速航行耗油率很多,这样做必然迫使船舶降低全速航行气缸油耗油率,很可能有损主机。正确的做法,是计算全速航行主机运转某一段时间的气缸油耗油率(以该时间、该时段的耗油量、该时段的主机功率等计算),并以柴油机生产厂家提供的相应功率的耗油率为衡量标准。

3.2适时检查主机气缸润滑状况。

柴油机生产厂家提供的气缸油耗油率也不是绝对标准,最终还要以气缸润滑效果为标准。所以,应适时检查主机气缸套表面和活塞环有无异状、扫气室清洁程度和污油积存量、排烟总管内部干燥程度等,最终判断气缸油

注油量是否合适。

4充分利用柴油机余热

船舶柴油机燃油燃烧产生的热量中大约40%转化为柴油机的输出功,其余通过排气、冷却水等排放到船外。目前,柴油机排气余热的利用主要是通过废气涡轮增压器将废气能量转换成扫气空气的压力来提高柴油机的功率和效率。利用废气锅炉产生的饱和蒸汽来满足船员的日常杂用及油舱的加热保温,有的大型船舶还将蒸汽过热后驱动透平发电机进行余热发电。冷却水的余热利用主要是作为海水淡化装置的热源。

4.1精心维护废气涡轮增压器。

4.2保持废气锅炉高效工况。作为一种节能装置,废气锅炉不仅节约燃油,还能起到柴油机排气消音器的作用。1艘万t级船舶,利用废气锅炉后每天可节约1t多燃油。若在定期检查锅炉时发现内部结有水垢,应及时清除(及时清除烟侧的积灰)。

4.3保证海水淡化装置正常运行。对海水淡化装置,日常运行中要注意调节给水流量,使给水倍率在3~4左右,同时使蒸发器内水位适宜。调节凝水泵流量,使冷凝器内凝水水位维持在水位计的1/2~1/3高度。调节冷凝器的冷却海水流量(必要时稍开真空破坏阀),控制真空度在合适的范围内。控制加热水流量,维持适当的淡水产量,防止沸腾过于剧烈。

5其他

除了采取上述节能措施之外,还要做好以下工作:

(1)每月计算主机滑油耗量,与主机说明书给出的数据核对,及时发现滑油消耗异常。防止和减少主机及系统滑油外漏。定期清洁、檢查活塞杆填料箱,及时(通常不超过8 000小时)换新其內部的刮油环。定期检查,防止各缸活塞杆直径磨损超限(如MAN B&W LMC90是1.5mm[5])。因为活塞杆直径过度磨损而间隙过大,会增大气密不良,增加滑油泄漏量,且因杂质污染泄漏的滑油而难以回收再使用。

(2)主柴油发电机尽量达到80%～85%负荷。

柴油发电机,热效率与其负荷成正比。负荷低,热效率也低。保持柴油发电机80～85%负荷,可提高热效率。航行时尽量使用轴带发电机,轴带发电机的耗油率,明显低于主(柴油)发电机,还可以减少轻质燃油的消耗。

(3)平时应加强甲板部和轮机部的联系,根据实际负荷并车或解列,避免不必要浪费和节约能耗。在保证必要设备运转情况下,合理分配用电,以减轻发电柴油机的负担。降低轻油耗量、提高经济性。

参考文献:

[1]葛鸿翔主编.船舶柴油机.北京:科学出版社,1996.

[2]张葆华,卢士勋.轮机员实用手册[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.