節(jié)能減排背景下的新型船舶技術(shù)淺析

劉書寧

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國的船舶行業(yè)也取得了較為顯著的發(fā)展成效，在船舶的正常運(yùn)行過程中，柴油機(jī)起到了不可或缺的重要作用。柴油機(jī)的使用過程中，燃料的燃燒、尾氣排放等都涉及到能源消耗問題。在節(jié)能發(fā)展背景下，船舶柴油機(jī)為了更好地適應(yīng)節(jié)能發(fā)展，應(yīng)該不斷研究新型船舶推進(jìn)節(jié)能技術(shù)并投入使用，只有這樣才能有效推動(dòng)我國節(jié)能工作的順利落實(shí)。

船舶柴油機(jī) ;新型船舶;節(jié)能技術(shù)

全球經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展背后是全球生存環(huán)境的一再惡化，在破壞環(huán)境的因素中，船舶柴油機(jī)也占據(jù)了一定的比例。船舶柴油機(jī)的排泄費(fèi)用也面臨著較大的要求，為此，相關(guān)工作人員需要在確保柴油機(jī)正常工作的前提下日益降低碳排放。所以在實(shí)踐中需要達(dá)到節(jié)能減排的要求，積極的研發(fā)新技術(shù)，以有效的控制污染物的產(chǎn)生，保證船舶在航行中所產(chǎn)生的廢棄物質(zhì)量達(dá)標(biāo)，對(duì)于環(huán)境的改善起到積極的影響作用。

1 通過不斷改進(jìn)燃料的燃燒流程達(dá)到節(jié)能目的

1.1充分發(fā)揮以電控制為中心的高壓共軌噴油技術(shù)作用

這種技術(shù)的落實(shí)主要是以電控制為中心的，充分發(fā)揮高壓油泵的作用提升燃油壓力，然后通過共軌管對(duì)燃油進(jìn)行增壓，利用電磁閥實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油的控制。通過對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，能使噴油時(shí)的壓力不會(huì)受到以往脈動(dòng)式特性的制約與影響，使供油與噴油真正實(shí)現(xiàn)獨(dú)立，保證噴油準(zhǔn)確性，完成對(duì)燃燒過程的改善，保證燃燒效率，減少污染及噪音的產(chǎn)生與排放。近幾年，共軌技術(shù)發(fā)展迅速，相應(yīng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)越來越完善，共軌管正被蓄壓器取代，實(shí)現(xiàn)蓄壓功能。

1.2 充分發(fā)揮高增壓技術(shù)的作用提升節(jié)能水平

要想從根本上提升柴油機(jī)的自身壓力，并在確保柴油機(jī)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上降低油耗，增壓器需要不斷提升高增壓技術(shù)水平。就目前來看，在國際上比較主流的產(chǎn)品，其增壓比已經(jīng)可以達(dá)到5.2。然而，提高壓比在改善機(jī)組性能上的貢獻(xiàn)并不大，所以要對(duì)增壓系統(tǒng)實(shí)施進(jìn)一步改善?，F(xiàn)階段可在性能改進(jìn)上發(fā)揮作用的增壓系統(tǒng)包括廢氣旁通、可變截面等 。

1.3 充分發(fā)揮新燃?xì)饧夹g(shù)的作用提升節(jié)能水平

柴油燃燒過程中，產(chǎn)生的一些有害物質(zhì)含量大都達(dá)到了相關(guān)的臨界值，從這個(gè)角度來看，通過控制新燃?xì)饧夹g(shù)的邊界，能夠達(dá)到超低排放的目標(biāo)。對(duì)此，很多地區(qū)都相繼開展了新理論及新技術(shù)的開發(fā)研究，產(chǎn)生了很多諸如均質(zhì)壓燃與低溫燃燒等新技術(shù)。其中，均質(zhì)壓燃主要采用低火焰溫度和壓縮自燃著火等方式，在提高熱效率的同時(shí)，降低氮氧化物等物質(zhì)的排放。然而，因柴油有很高的黏度，但自燃溫度與揮發(fā)性都很低，所以對(duì)空氣和燃油之間的混合進(jìn)行改善，并減慢燃燒反應(yīng)速度成為專項(xiàng)新技術(shù)的關(guān)鍵所在?；诖耍a(chǎn)生了很多新的燃燒模式，如 MK 燃燒和 PCCI 等 。

2 通過運(yùn)用替代燃料達(dá)到節(jié)能目的

為了降低環(huán)境污染力度，我們可以選擇一些替代燃料把柴油燃料替換下來，常見的燃料有：燃料電池、甲烷、有機(jī)類燃料，都屬于二次能源，有很高的儲(chǔ)量，而且還能減小對(duì)環(huán)境造成的污染?，F(xiàn)在為這項(xiàng)技術(shù)開發(fā)研制的新機(jī)型包括 ：生物燃料新能源發(fā)動(dòng)機(jī)、氣體燃料新能源發(fā)動(dòng)機(jī)與雙燃料新能源發(fā)動(dòng)機(jī)。其中，雙燃料新能源發(fā)動(dòng)機(jī)能對(duì)柴油與液化天然氣進(jìn)行交替使用，和傳統(tǒng)只能使用柴油的發(fā)動(dòng)機(jī)相比，能提高燃料混合使用的靈活性，并降低污染物的排放。它在燃料混合使用方面具有的靈活性可以體現(xiàn)在所有輸出范圍當(dāng)中，燃油與燃?xì)鈨煞N模式隨意進(jìn)行切換。氣體燃料新能源發(fā)動(dòng)機(jī)的利用能在很大程度上對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)污染排放進(jìn)行改善，適應(yīng)現(xiàn)階段的法規(guī)要求，然而，由于受到燃料運(yùn)輸和補(bǔ)充及安全性等因素的影響，現(xiàn)在常用的機(jī)型仍然主要是中速發(fā)動(dòng)機(jī)。對(duì)于其他種類的新能源，如風(fēng)能與太陽能等，盡管在短時(shí)間內(nèi)還不能變成船舶首選燃料類型，但是一種很好的補(bǔ)充能源，也能起到理想的減排效果 。

3 通過合理控制尾氣排放和科學(xué)處理達(dá)到節(jié)能目的

3.1 通過合理控制硫氧化合物的排放達(dá)到節(jié)能目的

通過調(diào)查可以看出，柴油機(jī)燃料中，硫能夠完全燃燒，生成硫氧化合物，并且燃料中的硫含量與生成物的含量息息相關(guān)，為了降低硫氧化合物的排放，我們可以使用含硫量相對(duì)較低的燃料，如天然氣和生物燃料等，也可對(duì)燃燒產(chǎn)生的硫氧化合物進(jìn)行后處理，如干法、半干法與濕法脫硫。對(duì)于在船舶中使用的柴油機(jī)，可借助海水洗滌系統(tǒng)對(duì)硫氧化合物進(jìn)行處理。該系統(tǒng)海水吸收煙氣當(dāng)中的硫氧化合物，原理為海水中的碳酸根和碳酸氫根離子會(huì)與硫氧化合物發(fā)生反應(yīng)。整個(gè)處理過程無需添加其他化學(xué)試劑，而且操作成本很低，產(chǎn)物主要為硫酸鹽，對(duì)海水不會(huì)造成污染，本身就是海水的組成部分之一。

3.2 合理控制氮氧化合物的排放達(dá)到節(jié)能目的

通常情況下，合理控制氮氧化合物的排放能夠有效提升節(jié)能水平，具體做法如下：首先，提前處理好燃油。比如使用氮含量較低的燃料或者對(duì)其進(jìn)行乳化處理;其次，對(duì)柴油機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)或改造，如采用缸內(nèi)噴水技術(shù)、廢氣再循環(huán)技術(shù)、掃氣空氣加濕技術(shù)等 ;再次，對(duì)燃燒后產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行后處理，可采用 SCR 技術(shù)和AR 技術(shù)等實(shí)現(xiàn)。當(dāng)采用燃油乳化技術(shù)時(shí)，能減少15%～20% 的氮氧化合物排放;當(dāng)采用 DWI 技術(shù)時(shí)，能減少50%～60% 的氮氧化合物排放;當(dāng)采用SCR技術(shù)時(shí)，能減少85%～90% 的氮氧化合物排放;當(dāng)采用濕空氣動(dòng)力技術(shù)時(shí)，能減少70% 左右的氮氧化合物排放;當(dāng)采用 CASS 技術(shù)時(shí)，能減少50%～60% 的氮氧化合物排放。

對(duì)燃油進(jìn)行提前乳化處理能夠達(dá)到節(jié)能目的，主要是通過超聲波和機(jī)械的攪拌讓燃油呈現(xiàn)出乳化狀態(tài)，能夠促進(jìn)燃油的完全燃燒，同時(shí)因水具有吸熱與稀釋作用，所以還能降低燃燒溫度，起到減少氮氧化合物排放的作用。SCR屬于劑量系統(tǒng)，當(dāng)溫度在290～350℃時(shí)，把尿素或氨氣等具有還原作用的溶液導(dǎo)入到排氣當(dāng)中，和氮氧化合物基于催化劑的作用發(fā)生催化還原，最終使氮氧化合物變成水和氮?dú)?。EGR的原理為將部分廢氣冷卻與過濾后，重新引入到進(jìn)氣管當(dāng)中，降低燃燒之前缸內(nèi)總含氧量，此時(shí)因廢氣當(dāng)中有二氧化碳和水，因其比熱容很大，所以能降低燃燒溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)氮氧化合物產(chǎn)生的有效控制。對(duì)于濕空氣動(dòng)力技術(shù)，它主要采用加濕進(jìn)氣的方法來降低燃燒溫度，控制氮氧化合物的產(chǎn)生及排放。同時(shí)，它還能徹底取代冷卻器，對(duì)進(jìn)氣口處的空氣進(jìn)行有效的冷卻處理。實(shí)踐表明，通過對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的引入，能減少近3/4氮氧化合物的排放。另外，它還支持將海水作為氣源，利用廢氣對(duì)鍋爐進(jìn)行加熱，在目前的船舶中極為適用。

3.3 通過合理控制PM的排放達(dá)到節(jié)能目的

在傳播柴油機(jī)的尾氣排放過程中，PM占據(jù)較大的比例，PM的過量排放將會(huì)危害人體健康，當(dāng)前可以通過機(jī)內(nèi)控制和機(jī)外的凈化完成對(duì)其控制。對(duì)于機(jī)內(nèi)控制，是指通過噴油壓力的改善等來提高油氣混合質(zhì)量 ;而機(jī)外凈化是指采用 DPF、IESI等裝置對(duì)廢氣中的 PM 進(jìn)行凈化。其中，DPF，即微粒捕集器，它的使用最為普遍，將其安裝于排氣部位后，能通過對(duì)燃燒器、催化劑與氧化器等的綜合利用實(shí)現(xiàn) PM 的氧化分解及燃燒。它的應(yīng)用能減少70%～80% 的 PM 排放量，但會(huì)使排氣背壓有所升高，導(dǎo)致功率降低。另外，排氣背壓還會(huì)隨著裝置上微粒數(shù)量的增多而提高，因此，當(dāng)采用這項(xiàng)技術(shù)時(shí)，應(yīng)重視并做好沉積微粒的處理 。

4 提升能量綜合利用有效性

在燃料燃燒過程中產(chǎn)生大量的熱量，其中，水和廢氣將會(huì)帶走一半的熱量，如果把剩余的熱量回收利用，能夠有效降低能耗?；诖?，就出現(xiàn)了能量綜合利用設(shè)想，即通過對(duì)能源回收與綜合利用技術(shù)的應(yīng)用，提高所有能量的實(shí)際利用率，將船舶動(dòng)力系統(tǒng)產(chǎn)生的排放降到最低水平。

5 結(jié)束語

在船舶的正常運(yùn)行過程中，柴油機(jī)是一種必不可少的動(dòng)力來源，節(jié)能發(fā)展背景下，我國的石油資源供不應(yīng)求，作為船舶系統(tǒng)中主要耗能與排放設(shè)備，必須通過技術(shù)開發(fā)和研究來有效降低能耗及排放?，F(xiàn)代傳播柴油機(jī)采用的節(jié)能減排技術(shù)能夠徹底的提升燃料的利用率，并且能夠改善氣體的排放，在實(shí)踐中需要根據(jù)實(shí)際情況采取技術(shù)的優(yōu)化，全面的提升燃燒工作效率，為改善大氣環(huán)境做出必要的貢獻(xiàn)，也能夠促進(jìn)我國機(jī)械技術(shù)的提升。

參考文獻(xiàn)

[1]莊國生，任多.船舶柴油機(jī)節(jié)能減排技術(shù)及其應(yīng)用探討[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2018（18）：36-37.

[2]魯悅.現(xiàn)代船舶柴油機(jī)節(jié)能減排技術(shù)研究[J].科技展望，2016，26（20）：178.

[3]李偉楠，鄭衛(wèi)剛.淺談船舶柴油機(jī)節(jié)能減排技術(shù)[J].變頻器世界，2016（07）：53-54+67.