船舶柴油机的废气排放污染防控研究

张世鸿

（湖南交通职业技术学院，湖南长沙 410100）

船舶柴油机的废气排放污染防控研究

张世鸿

（湖南交通职业技术学院，湖南长沙 410100）

2016 年，国家颁布了《船机标准》，对船舶柴油机废气排放有了新的要求。文章分析了船舶柴油机尾气排放的主要危害物种类、排放法规的实施对船舶柴油机动力装置的影响，以及柴油机有害排放的控制措施。

船舶柴油机；废气；污染控制

为贯彻《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国水污染防治法》和《中华人民共和国大气污染防治法》，防治污染，保护和改善生态环境，保障人体健康，环境保护部公告2016 年第 56 号文颁布了《船舶发动机排气污染物排放限值及测量方法（中国第一、二阶段）》等五项标准为国家污染物排放标准。《船机标准》的实施，将降低船舶氮氧化物和颗粒物等一次污染物的排放，对削减二次颗粒物、臭氧等二次污染物也具有重要作用。新标准还将推进船用燃料品质升级，促使所有在用船舶全面减排，对促进船舶污染防治技术进步，改善沿海、沿江及港口城市环境空气质量具有重要意义。

1 船舶柴油机尾气排放的主要危害物

柴油机燃用 HC 化合物燃料完全燃烧时，只产生 CO2、H2O，没有其它有害产物。由于可燃混合气在燃烧前和燃烧中是在极短时间完成的，混合气不均匀程度较严重。在高温富氧环境下易生成 NOX，在高温缺氧环境下不完全燃烧生成 CO和炭烟粒子，在低温及混合气过稀条件下易生成 HC。燃油中的硫燃烧生成 SO2及 SO3。

2 排放法规的实施对船舶柴油机动力装置的影响

随着排放法规的实施以及排放法规的逐步严格，将对柴油机的研制开发、制造及使用产生巨大的影响，甚至在某种程度上引导着柴油机的发展方向。

（1）对船舶柴油机发展的影响。影响氮氧化物（NOX）生成的主要因素是柴油机气缸中的燃烧过程，它和柴油机的结构、工作过程参数、运行工况、各辅助设备和系统的工作质量都有关系。降低氮氧化物（NOX）排放的方法主要是机内处理和机后净化。机内处理方法的关键是有效控制燃烧过程；采用机后处理方法虽然不会影响柴油机的热效率，但设备的增加必然引起船舶初造价的提高和船员维护管理工作的增加。

（2）对船用柴油机燃油的影响。SOx 排放物的多少主要是由燃油中的硫分所决定的。降低燃料含硫量是减少废气中氧化硫产物的唯一有效方法。脱硫处理后，燃料的价格也会上升，燃料费用增加。另外一种除去废气中氧化硫的方法是水洗。但是在每一条船上装设庞大的氧化硫处理设备，不论从经济角度还是从环保角度都存在一定的问题。

3 柴油机有害排放的控制措施

柴油机排放物控制的重点：NOX与颗粒，其次是 SOx。研究表明，要有效控制柴油机有害物的排放，必须从柴油机的燃烧过程的改进、排气后处理以及改善燃油品质入手。有害排放的控制措施：机前处理、机内处理和机后处理。

3.1 燃烧过程的改进

（1）高压喷射。喷射高压和短喷油持续期，改善雾化质量，加大喷油速率，卷入油束空气量增加，燃油与空气混合和燃烧速度加快，颗粒排放降低。

（2）推迟喷射。增大喷油提前角，发火前喷入气缸的燃油量多，爆燃严重，最高燃烧温度较高，NOX的生成量较多；反之，NOX的生成量较少。因此，推迟喷射可减小缸内 NOX的生成量。

（3）电控喷射及引导喷射。实现高压喷射和引导喷射,根据工况变化对喷油规律最优控制，既保证柴油机性能又抑制NOx 与颗粒。

（4）排气再循环（EGR）。EGR 是使部分排气再次进入气缸进行循环，一般可使约 10%～20%的废气再次进入发动机气缸。采用 EGR 后，由于进气中氧浓度降低和热容量的增加，可获得较低的燃烧速度从而降低 NOX生成（降低 30%～40%）。

（5）喷油器结构的改进。不同的喷油器型式和结构对 NOX形成有着重大的影响，燃油的喷射强度也有影响。现代柴油机平均有效压力的提高要求增加喷油器的流通面积，导致喷油器压力室的容积增加，喷油结束时残存在压力室中的燃油会滴入燃烧室，如果滴油较多，这些油不会完全燃烧，则可能形成碳烟、HC、增大 NOx 排放量并在燃烧室形成沉积。

（6）新型燃烧方式。“两阶段燃烧系统”和“稀薄燃烧系统”等。

3.2 加水处理

加水处理的原理是通过采取措施使一定量的水进入气缸，由于水的汽化潜热很高，可以在燃烧过程吸收大量的热量，从而降低最高燃烧温度，减少 NOX排放量。

（1）燃油乳化。是将燃油掺水形成乳化油在柴油机中进行燃烧，当向柴油机喷入乳化油时，乳化油中的水被蒸发，使燃烧温度峰值下降，能较大幅度地减少 NOX排放。

（2）进气加湿。是将水以高压水雾的形式，在压气机后喷入增压空气中的。为防止水雾凝结，有时要通过加热提高增压空气的温度，加热是利用空气冷却器来完成的。这种方法可使 NOX排放减少 50～60%而不会提高燃油消耗率，同时还可以降低主机的热负荷并改善缸套清洁条件。

（3）废气后处理。对排出的废气在进入大气前进行处理，使废气中有害成分的含量进一步降低。例如：对碳烟等微粒的捕集，如水洗法、催化转化（SCR）法、静电分离法、离心分离、微粒过滤法等。其中，SCR 法是目前大幅降低 NOX排放的最有效方法。

Study on Pollution Control of Exhaust Emission from Marine Diesel Engine

ZHANG Shi-hong
（H unan Communication Polytechnic，Changsha，H unan 410100，China）

In 2016，the state promulgated “Ship Engine Standard”，which stipulates new requirements on the ship diesel engine exhaust emissions.This paper analyzes the main harmful species of marine diesel engine exhaust emissions，the influence of the implementation of emission regulations on marine diesel engine power units，and the control measures of diesel engine harmful emissions.

marine diesel engine；exhaust gas；pollution control

U664.121

A

2095-980X（2016）12-0052-01

2016-11-27

张世鸿（1979-），湖南邵阳人，大学本科，主要研究方向：工科。