探析船用柴油机排放后处理技术

陈周君

摘 要：本文从船用柴油机排放后处理技术应用重要性分析入手，对当前船用柴油机排放后处理技术进行了总结，重点介绍了电控单体泵技术、选择性催化還原技术、废气再循环技术等应用，并就船用柴油机排放后处理技术发展趋势进行了分析，明确技术创新与联合应用是船用柴油机实现节能减排与可持续竞争发展的关键所在。

关键词：船用柴油机;排放处理技术;节能减排

引言：基于能源危机与环境污染问题的严峻化发展以及海上事业的迅速发展，世界对船舶废气排放给予了明显确定。加强船用柴油机排放后处理技术研究，提升船用柴油机节能减排效益成为新时期相关企业以及工作人员关注与研究的重点所在，是实现船用动力柴油机可持续竞争发展的前提基础。以下是笔者对船用柴油机排放后处理技术的几点认识，意在抛砖引玉。

1、船用柴油机排放后处理技术应用重要性分析

船用柴油机是船舶动力系统重要设备，其性能、质量的高低对船舶行业发展存在重要影响。随着近些年柴油机设计与研发技术的不断提升，柴油机性能得到大幅度改善，具备了节能、减排、降耗等特征，利于船舶行业绿色化发展。但从整体层面来看，我国船用柴油机废气排放处理能力仍与国外存在较大差异，需要在不断研究中得到强化与改进。通常情况下，船用柴油机运行过程所排放的CO2、SOx、NOx、硫酸盐颗粒、碳烟颗粒、未燃尽柴油等均会在不同程度上污染环境，为人类生存与发展带来严重危害[1]。加之，随着近些年海洋事业的高速发展，船舶数量增多，船舶柴油机排放物对环境的影响加大。因此，面对日渐严峻的环境污染问题，有必要加强船用柴油机排放控制力度，降低排放物质对环境的损害与影响。与此同时，随着世界对能源问题、环境问题、生命健康问题关注度的不断提升，关于船舶废气排放国际海事组织给予了明确规定，船用法规日益严格。因此，加强船用柴油机排放后处理技术研究，提升船用柴油机节能减排效益，成为柴油机生产及其应用行业，可持续竞争发展的客观要求与必然趋势。

2、几种船用柴油机排放后处理技术及应用分析

分析国内外船用柴油机排放后处理技术研究现状，发现技术存在多样性特征，且不同技术所具有的工作原理、应用优势也不同。以下是较为先进的几种技术。

2.1电控单体泵技术

在船用动力柴油机系统中，单体泵的作用在于促进喷射压力的产生。通常情况下，燃油供给系统主要由单体泵、供给泵、燃油喷注器等构成[2]。运行时，供给泵将燃油送入单体泵内腔，并形成高压。当单体泵中的电磁控制阀通电后，燃油进入供油管路，当其中的燃油压力超过喷嘴动作压力后将喷油;当电磁控制阀断电后，燃油压力下降，喷油停止。多数实践证明喷油量、喷油时间等控制对船用柴油机排放后处理存在重要影响。提高喷油控制质量，利于船用柴油机节能减排效益提升。而电控电梯泵技术的科学运用，将传统机械控制转变为电磁控制，可提高控制灵敏度，满足船舶柴油机运行燃油喷射实时控制要求，使船用柴油机排放满足相关规定与要求。

2.2选择性催化还原技术

选择性催化还原技术是目前应用较为广泛的后排放处理技术。通常情况下，船用柴油机选择性催化还原系统由还原剂存储系统、控制系统、选择性催化还原反应器、混合装置等构成。其中还原剂存储系统主要由尿素泵、喷嘴、供应管等共同组成，在部件结合应用下能够根据系统运行状况进行尿素供给以及流量调整。控制系统通常由还原剂喷射控制单元、吹灰控制单元以及废气旁通控制单元等构成，承担着还原剂控制、压缩空气量控制以及系统整体运行状态监控重要职责。选择性催化还原反应器是废气发生选择性催化还原反应的重要场所，也是船用柴油机选择性催化还原系统应用作用有效发挥的核心所在。在对其进行设计时，需要从多层面分析，确保催化剂活性参数与反应器结构参数科学、合理，以最大程度实现船用柴油机排气有害物质的转化与处理。混合装置应用的目的在于使废气进入反应器之前能够与尿素还原剂混合，便于反应质量与效率提升。船用柴油机选择性催化还原系统应用过程中，涉及到的反应重要有“4HO+4NH3+O2=4H2+6H2O;6NO2+8NH3=7N2+12H2O”。选择性催化还原技术应用的优势在于脱硝效果好能够降低NOx排放。但由于所使用的催化剂具有一定毒性，且对氨气喷入量的控制要求较高，仍需要在不断研究中进行改进与完善。

2.3废气再循环技术

船用柴油机废气再循环技术能够在降低NOx排放量的同时，提高废气再利用率，让船用柴油机具备更高燃烧效率，达到节能减排双重目的。由船用柴油机燃烧特性可知，氮氧化合物是船用柴油机主要排放物质，包括一氧化氮、二氧化氮、四氧化二氮、一氧化二氮、三氧化二氮、五氧化二氮等，其中一氧化氮所占比例最高。要想降低氮氧化合物排放量，除从源头处进行控制外，也可以排放后处理。而废气再循环技术，则是通过构建往复循环系统，适当增加柴油机气缸中的惰性气体，降低混合气中的氧浓度，从而破坏高压、高温环境下氮氧化合物的生成条件，达到废气减排目的。在应用废气再循环技术时，为确保其作用有效发挥，需要根据船舶柴油机运行工况确定废气再循环技术介入时机。通常情况下，船用柴油机处于低负荷运行状态时，所排放的氮氧化合物较少，故可不介入废气再循环系统;船用柴油机处于暖机状态时，气缸温度不高，介入废气再循环系统后可能对柴油燃烧产生不利影响，降低船用柴油机运行综合效益，故不需要介入该技术。

2.4其他排放处理技术

除电控单体泵技术、选择性催化还原技术、废气再循环技术外，喷水技术、船用柴油机燃烧优化技术、DOC联合PDF技术等科学运用，会在不同程度上降低NOx排放，使船用柴油机满足MOTierIII限。与此同时，既有研究发现，多技术结合应用所获取的节能减排效果要好于单技术应用。例如，将废气再循环技术与柴油机微粒捕集器相结合，能够实现船用柴油机废气中氮氧化合物与有害颗粒的有效处理，降低柴油机排气对环境的污染;将柴油机燃烧优化技术与选择性催化还原技术有机结合，可提高柴油机燃烧效率，避免燃烧不充分增加排气有害物质，达到PM与NOx共同降低目的。

3、船用柴油机排放后处理技术的发展趋势分析

随着科学技术的不断发展，船用柴油机排气后处理技术将得到不断完善，并涌现出其他新技术，以获取更好污染物净化、清除效果。与此同时，效益协同提升将成为船用柴油机排放控制技术研究的主流方向。在此过程中，可通过污染物源头处理技术、后排放处理技术等结合应用进行具体体现。此外，柴油机自身性能的提升，也是降低船用柴油机PM、NOx等排放的重要手段。对此，可加强柴油机设计单位、生产企业与使用单位合作力度，能够根据产品应用要求，进行柴油机针对性设计。另外，在信息技术、自动化控制技术等高速发展下，可提高柴油机电控水平，让柴油机控制系统更智慧、更灵活。

4、结论

我国船用柴油机节能减排水平在近些年发展中虽然得到提升，但与国外相比仍存在一定差异。因此，面对船用柴油机废气排放的标准化发展，有必要加强柴油机节能减排技术研究力度，促进后排放处理水平不断提升。在此过程中，应坚持技术创新，善于后排放处理技术灵活与联合运行进行性能强化，以满足排放要求。

参考文献：

[1]杨林勇.基于SCR技术提升船用柴油机技术及应用控制措施[J].中国水运（下半月），2020，20（08）：55-57.

[2]闫安，富文军.高压共轨柴油机DOC/POC/SCR后处理系统的开发研究[J].内燃机与配件，2020（03）：24-26.

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