船舶柴油机节能减排技术分析

张相冰

摘  要：目前我国海洋事业正处于蓬勃发展时期，意味着市面上生产出的船舶数量越来越多，船舶是海洋事业发展的主要推动力，可是其也引起了诸多问题，尤其是海洋生态问题，海洋污染已经成为制约海洋事业发展的一个重要因素。保护海洋生态刻不容缓，换言之，积极发展船舶柴油机节能减排技术符合海洋事业长远发展需求。

关键词：船舶柴油机;节能减排技术;经济性

中图分类号：U676.3         文献标志码：A         文章编号：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

柴油机具有较低能耗、较高效率、较大功率范围、应用维修简洁等特点，所以当前很多船舶都倾向于使用柴油机，柴油机的应用极大程度上推动了航运业发展。可船舶柴油机由于燃烧不充分，也排放出了较多污染气体，例如硫氢化合物、氮氧化合物、碳氢化合物和一氧化碳等，对环境造成了较大污染。船舶柴油机要想实现可持续发展，就要不断降低油耗率与排放，实现绿色发展。因此，對船舶柴油机节能减排技术进行探究必有一定现实价值和必要性。

1 船舶柴油机节能减排技术发展难点分析

硫氢化合物、氮氧化合物、碳氢化合物和一氧化碳等是船舶柴油机燃料燃烧产生的主要有害气体，当前也将二氧化碳纳入控制范畴中[1]。燃油未能实现充分燃烧就会产生硫氧化合物，倘若燃油中硫成分含量降低，那么硫氧化合物的形成量也会减少。氮氧化合物中的氮与氧在大气中也较为常见，其之所以会产生一氧化氮、二氧化氮等有害气体，是因为氮成分处于高温环境中，而且当温度增加时，氧化反应速度增快，氮氧化合物量也随之不断增长。柴油机的燃烧具有周期性特征，燃烧时会不断经历换气与排气等环节，所以燃烧室具备的冷却与传热条件较为良好，相较于持续燃烧模式的燃气轮机温度，柴油机气缸更高。为了对燃烧进行改进、优化，柴油机燃烧皆具有相应的过量空气，柴油机热效率高是由于其具备富氧、高温环境，这也是形成氮氧化合物的主要因素，进而导致该气体排放量较高，难以实现该有害气体的减排。通过氮氧化合物形成原理能够发现，要想实现氮氧化合物的减排，需要对燃烧温度和燃烧速度进行降低，可是这会减小燃油经济性[2]。

当前船舶柴油机通过电控技术可以将工作模式设置为排放优先或经济性优先两种。海洋环境时候选用经济性优先模式，当船舶驶入港口码头航道时采取排放优先模式，此时纵然燃油经济性有所减小，可是由于运行时间并不长，所以影响并不大。可是这种运行管理模式依旧不能完全满足生态发展需求，尤其是需要控制二氧化碳排量后，燃油经济性减小会促使二氧化碳排放量随之增多。因此，要想实现节能减排，还需要对船舶柴油机节能减排技术进行进一步优化。

2 船舶柴油机节能减排技术的实际应用

2.1 柴油机燃油系统节能设计

燃油系统节能减排设计时要根据实际状况采用对应策略，为了减少排放物的碳含量，需要加快燃烧速度，同时要保证燃油和空气能够实现充分混合燃烧，这就需要对喷射压力参数进行调整，同时将喷孔棉结缩小，充分雾化处理燃油。更为充分的燃烧可以促使更多热量产生，此时可以让喷孔减少或喷孔直径尺寸缩小，以此来提高热量利用率，让温度控制在一定范畴内，从而达到控制排放物氮氧化合物含量的目的。当前船舶系统通常皆采用多种喷射系统组合而成，所以应当结合实际需求选择对应的合理设计方案[3]，提高柴油机燃油工作效率，同时可以减少资源耗费，实现节能减排目的。

2.2 采用先进燃烧技术

燃烧温度达到一定时气体会发生不均匀状况，有可能会导致爆炸产生，也可能发生不充分燃烧现象。通常会采用均质预混合燃烧提高燃烧效率，进而减少排放物的氮氧化合物含量。一方面，在均质预混合燃烧中，不能准确识别燃烧形成的火焰，所以没有局部高温现象，内燃气中的混合气体能够实现充分混合，氮氧化合物也不会存在于排放物中。多点喷射后，汽油能充分混合吸收空气，随后进入到缸体内，达到均质燃烧目的[4]。压缩燃烧室柴油机工作机理，因此设计时应当对压缩比参数和最佳发火位置进行控制，在点火前促使均质混合气体形成。此外，为了实现更充分燃烧，可使用双环预混旋流燃烧模式。

2.3 对进气成分进行改进

船舶柴油机燃烧时进气包括了诸多气体，例如氮氧、氧气等，内部燃烧速度受到氧气含量影响，排放物氮氧含量受到氮气影响。目前主要借助加湿、进气富氧等技术优化进气成分，促使进气成分氧含量增加，可是这需要借助其他技术才可以实现，所以运用并不广泛。加湿技术主要将水和气融合在一起，能够实现更好汽化，促使更多量水蒸气形成。水蒸气能将大量热量吸收，同时会进入到缸体内，让内部温度增加。另外还能运用无氮技术对排放物中的氮含量进行控制，无氮技術运用时还应当做好优化配置。

2.4 采取后处理技术

当前船舶柴油机内部结构在很大程度上已被改进，可是和国际排放质量要求依旧有一定差距，所以提高排放质量势在必行，在具体排放实践时应当将后处理技术和其他技术紧密联合。目前，选择催生计划与捕集技术是我国应用较为普遍的后处理技术。选择催生计划主要运用氨气这种还原剂把氮氧化合物直接变为氮。捕集技术主要是利用反应物促使氮氧化合物变成新物体，在特定载体结构中存放氮氧化合物，随后借助催化剂对其进行处理，对氮氧化合物浓度和温度数据进行剖析，可以了解吸附饱和与否，为后期工作提供处理依据。倘若吸附材料温度太高，同时作用时间较长，表面就会发生变化，这时部分材料会出现脱落情况，这时产生的一氧化碳对人体危害极大，这也是限制该技术不能广泛应用的原因之一。后处理技术主要是根据柴油机特征应用，从而将排放物尽可能控制在合理范畴内。

3 船舶柴油机节能减排技术运用实际效果剖析

将节能减排技术应用于船舶柴油机中，符合柴油机燃料燃烧与进气情况，借助先进处理技术，进而达到整体优化柴油机运行目的，促使柴油机运行效率得以提升，减少危害物排放量，更为契合国际船舶废气排放标准。

3.1 压力

节能减排技术的应用让压力调节更为灵活，不需要再统一调节压力，让柴油机管理更为合理化[5]。纵然将高增压涡轮应用在其中，也可以依据燃料燃烧变化状况对压力值大小进行调整，具体操作是对进气压力值进行调整，促使压力压缩后进入气缸，对温度起到间接控制作用，达到充分燃烧燃料目的。换言之，调节压力就是提升压力值适应性，从而将更为充足的压力和气流提供给燃烧，同时能够达到对温度进行控制的目的，在很大程度上对最高温度进行限制。

3.2 气体

倘若船舶柴油机处理时采取传统进气方式，能够进入的气体受到限制，导致气体成分不够均匀。可进气系统进行优化设计后，改变了气体质量不好的现状，采用多种模式对进气系统中的气体进入状态进行调整，让其形成水雾与气态等新形态，水流和气体融合进入气缸后，水雾可以对温度进行吸收，将温度控制在合理范畴内;气态促使燃料和气体接触面积增大，点火后燃料可以燃烧的更加充分。节能减排技术应用在船舶柴油机中促使气体中氮气占比降低同时，氧气占比增大，燃料与含氧量大、含氮量小的气体融合后，生成排放物的氮氧化合物含量也会随之减少。

3.3 燃烧质量

压力值和气体都和相关标准要求相符之后，就可以为燃料燃烧创造较好环境，在此环境中，气体和燃料能够混合的更为充分，燃烧质量和效率都会大大提升。换言之，过去燃料燃烧时由于压力不充足或气体质不均导致未能实现充分燃烧，很多燃料都被耗费，可在船舶柴油机燃料燃烧时运用先进技术和系统，可以提高船舶柴油机燃料燃烧质量和效率，同时促使有害气体生成量大大减少。

4 结束语

船舶柴油机实现节能减排符合生态环保趋势和需求，为了达到该目标，可以对燃烧燃料进行改进、优化，提升燃烧效率和柴油机工作效率，还能够使用新引擎，借助诸多节能清洁的替代设备，同时尽可能使用质量较高的新能源，较少柴油的使用量，以此降低污染物排放量，实现保护环境的目标。将节能减排技术应用在船舶柴油机中，促使柴油机运行状况变得更为良好，让其运行效果变得更为理想化，有利于充分燃烧燃料，减少氮氧化合物生成量，可以重复利用柴油机运行时形成的热量，提升能源利用率。

参考文献：

[1]王琦.船舶柴油机节能减排技术探讨[J].科技风，2017（11）：142.

[2]史伟欣.船舶节能减排实际应用[J].现代经济信息，2017（24）：362.

[3]洪腾飞，张千朋，陈龙.工程船舶节能减排技术应用和探索[J].节能，2019（5）：47-49.

[4]沈葳.试论船舶设计中的节能减排策略[J].军民两用技术与产品，2018（18）：87.

[5]马化铮，郭文菁.船舶设计中的节能减排技术应用研究[J].时代农机，2017，44（7）：116.