船舶動力節(jié)能減排技術(shù)分析

鄭宇恒

摘 要：隨著全球能源不斷萎縮，原油和人工成本不斷上漲，加上近期航運業(yè)的低迷， 研究節(jié)能技術(shù)，減少能源消耗，直接關(guān)系到我國乃至于世界航運公司的成本效益，還能減少對環(huán)境的污染。加強船舶的船舶管理、設(shè)備的維護保養(yǎng)和應(yīng)用節(jié)能減排技術(shù)，是經(jīng)濟和環(huán)境的雙重效益，是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分，對未來的船舶運輸發(fā)展顯得尤其重要。本文主要介紹了傳統(tǒng)船舶行業(yè)節(jié)能減排現(xiàn)狀，并對當前采用的節(jié)能減排進行整理、分析、并提出建議及措施。

關(guān)鍵詞：船舶動力裝置；節(jié)能；減排

1 前言

隨著全球化進程加快，物流業(yè)、漁業(yè)、大型海上工程的不斷發(fā)展，船舶作為海上運輸工具其數(shù)量也在逐步增加，其節(jié)能效果的好壞直接對經(jīng)濟、社會、環(huán)境有著重大影響。船舶燃油費占船舶航運運營支出比例比較大，據(jù)統(tǒng)計，油船約占60%，散貨船約占50%，客貨船占約35%，小型運輸船占30%。而高耗的能源則是伴隨著大量的溫室氣體排放，國際航運業(yè)所排放的二氧化碳其總量大約相當于全世界二氧化碳的排放總量的3%，而且船舶柴油機還會排放一氧化碳、氮氫化合物、硫化物、微粒等有害物質(zhì)[1]。因此，加強船舶管理和設(shè)備維護保養(yǎng)及節(jié)能減排的基礎(chǔ)性管理，研究和應(yīng)用節(jié)能技術(shù)降低船舶能耗，不僅可以為航運企業(yè)節(jié)省燃油費用，同時減少船舶造成環(huán)境污染，獲得經(jīng)濟和環(huán)保雙重效益。

2 船舶節(jié)能的原則

船舶節(jié)能總的含義是以最小的能量消耗取得最大的運輸效益，或者說就是以最小的燃料費用取得最大的運輸量。

燃料費用營運指標=運輸量（噸×千米或海里）/（燃油消耗量（千克） ×燃料的價格（元/千克））

上式的燃料費用營運指標是表示單位燃料費用所完成的運輸量，從式中可以看出，船舶節(jié)能的努力方向是增大運輸量，降低燃料消耗量和采用廉價的燃料[2]。

3傳統(tǒng)動力系統(tǒng)的類型及特點

現(xiàn)代船舶動力系統(tǒng)主要有柴油機動力系統(tǒng)、燃汽輪機動力系統(tǒng)和電力推動系統(tǒng)。

對于柴油動力系統(tǒng)主要的性能特點有以下幾點：柴油機作為內(nèi)燃機在啟動時能夠比較迅速，而且它的負荷運轉(zhuǎn)性能好，安全可靠技術(shù)成熟。按照轉(zhuǎn)速的高低分為二沖程柴油機和四沖程柴油機。二沖程柴油機主要應(yīng)用在大中型遠洋運輸船舶上，具有轉(zhuǎn)速低動力持久等特點，四沖程柴油機主要應(yīng)用在中小型船舶（客船、豪華游船以及軍船等）上。

對于燃氣輪機動力系統(tǒng)的特點有以下幾點：燃氣輪機相比柴油機在質(zhì)量和尺寸方面占有絕對的優(yōu)勢，它具有良好的加速性能和很低的污染氣體排放，被很多高速客船艦艇等所采用。它的缺點主要在于燃油經(jīng)濟性上不能夠做到充分燃油，尤其在部分工況的情況下此現(xiàn)象更為嚴重。而且燃汽輪機需要燃用干凈清潔、價格昂貴的蒸餾油，價格比較昂貴。

在船舶航行過程中可以合理地選擇柴油機、柴油機發(fā)電機和電動機的數(shù)量來實現(xiàn)節(jié)能、減排的目的，更加有效地提高整個船舶航行的經(jīng)濟性。在電推進動力系統(tǒng)中吊艙式電力推進系統(tǒng)是當今備受關(guān)注和重視的推進方式。吊艙式電力推進是一種全方位轉(zhuǎn)動的裝置，電動機直接驅(qū)動螺旋槳，具有良好的操作性能和很高的推進效率。

4在船舶傳統(tǒng)動力系統(tǒng)中的節(jié)能減排

4.1柴油機廢氣與冷卻水余熱再利用

燃油在氣缸內(nèi)燃燒后的熱量大部分被排氣和冷卻水帶走，只有小部分熱量得以充分利用。對這些可用熱量的有效利用，現(xiàn)在最為普遍的就是廢氣鍋爐以及主機暖缸利用冷卻水熱量。

1）設(shè)熱管鍋爐對主機廢氣進行二次回收。柴油機排氣余熱的溫度在吸收利用時其溫度可降低到環(huán)境溫度。主機排氣通過廢氣鍋爐后，排氣溫度由原來的360～380℃下降到260～280℃，這個溫度離露點（假如為180℃，有時還要低）還有100℃左右溫度可利用?，F(xiàn)在假設(shè)在遠洋船舶的每個廢氣鍋爐之后增設(shè)一熱管鍋爐，對柴油機的排氣余熱進行二次回收，使排氣溫度降到180℃左右。用這些回收的熱量供船員日常生活用氣是非常富裕的，并可避免冬季單靠廢氣鍋爐供熱有時不能滿足船舶正常需要的供熱量。

熱管鍋爐由氣水管及煙道箱組成。它是利用熱管作為傳熱元件來回收船舶主機排氣余熱的。由于熱管的傳熱效率高，熱敏度高，又結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠，使其具有重量輕、體積小、蒸發(fā)量大等特點。這是其它型式的廢氣鍋爐無法比擬的。

2）采用主機冷卻水熱損失來加熱日用油柜的燃油。主機冷卻水溫度一般都在60～75 ℃，屬于低品熱能。一般的遠洋船舶都是利用各種型式的冷卻器對主機冷卻，進行熱量交換，把其熱量帶走，白白的浪費掉這部分熱能。這樣既增加了船用設(shè)備，又增加了海水泵的功率消耗。假如采用主機冷卻淡水加熱日用油柜，使燃油吸收冷卻水的熱量而進行預(yù)熱，這不僅可減少加熱主機日用燃油的蒸汽耗量，而且通過這個所謂的燃油—淡水熱交換器后，使淡水溫度先行下降，再通過淡水冷卻器對其進一步冷卻，可提高其冷卻效果[3]。

4.2優(yōu)化螺旋槳的設(shè)計

整個推進系統(tǒng)的效率，不僅與推進裝置的傳動效率、船身有關(guān)，更與螺旋槳的敞水效率及裝船后的小隊旋轉(zhuǎn)效率有關(guān)。一般來水，當傳動設(shè)備及軸系確定后，傳動效率不同的船型變化不大，但船身效率，螺旋槳敞水與船型密切相關(guān)。因此，為使船舶具有較大推力、較高的船速，改善螺旋槳設(shè)計，提高推進系統(tǒng)效率十分重要。根據(jù)螺旋槳理論，螺旋槳功率系數(shù)計算公式如下：

在螺旋槳設(shè)計時，首先可以考慮采用低速大直徑螺旋槳，螺旋槳推力T與速度V取決于船體尺寸和航速的初始設(shè)計，在船舶營運要求下，T與V已定，要提高螺旋槳效率Y，由公式可見，唯一途徑就采用大直徑漿并同時降低尾軸轉(zhuǎn)速，漿速與漿徑應(yīng)處于最佳對應(yīng)位置。

4.3優(yōu)選主機

在選擇主機時都盡量采用“減額輸出”匹配方法，即標定功率的85%左右，并以此作為向主機生產(chǎn)廠家訂貨的依據(jù)目前柴油機主機趨向低轉(zhuǎn)速、長沖程，其目的是降低油耗率，同時該類主機與低速大直徑螺旋槳匹配效果很好，節(jié)能型大功率主機主要是降低油耗，燒重質(zhì)燃油或代用燃料，提高船舶運營經(jīng)濟性。

4.4優(yōu)化機艙布置及改善主機進氣環(huán)境

機艙布置應(yīng)首先滿足總體布局，機電及其輔機布置合理，既便于操縱，又易于維修；同時，機艙周圍環(huán)境應(yīng)滿足柴油機進氣的需求，可及時進氣擾動，以使主機進氣充足，燃燒良好，排氣順暢。換氣良好，燃料燃燒充分，從而達到節(jié)能減排的目的。

5結(jié)論

我國資源總量稀缺、消耗大，利用率低，節(jié)能減排工作面臨巨大壓力，節(jié)能減排是國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分，是我國的一項基本國策，在世界資源緊缺的今天，迫切需要加強政策力度，加大節(jié)能減排技術(shù)的研究和推廣，調(diào)動各方積極性。除了在新技術(shù)上要不斷創(chuàng)新，同時還要通過開發(fā)先進的適合全球標準的信息管理網(wǎng)絡(luò)，對整個船舶進行綜合系統(tǒng)、智能管理，從而使我們國家航運業(yè)更具競爭力。

參考文獻

[1]程楠，李軍，船舶減排的標準之困[J]，中國船檢，2009，（6）.

[2]彭斌，船舶節(jié)能技術(shù)應(yīng)用綜述[J]，艦船科學技術(shù)，2005.

[3]丁曉映，船舶主機余熱利用與節(jié)能新途徑[J]，福建能源開發(fā)與節(jié)約，2001，（4）.

[4]中國船級社，鋼質(zhì)海船入級規(guī)范（第3分冊），人民交通出版社，2015，（3-245）.