探析船用柴油機排放后處理技術(shù)

陳周君

摘 要：本文從船用柴油機排放后處理技術(shù)應(yīng)用重要性分析入手，對當(dāng)前船用柴油機排放后處理技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，重點介紹了電控單體泵技術(shù)、選擇性催化還原技術(shù)、廢氣再循環(huán)技術(shù)等應(yīng)用，并就船用柴油機排放后處理技術(shù)發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析，明確技術(shù)創(chuàng)新與聯(lián)合應(yīng)用是船用柴油機實現(xiàn)節(jié)能減排與可持續(xù)競爭發(fā)展的關(guān)鍵所在。

關(guān)鍵詞：船用柴油機;排放處理技術(shù);節(jié)能減排

引言：基于能源危機與環(huán)境污染問題的嚴(yán)峻化發(fā)展以及海上事業(yè)的迅速發(fā)展，世界對船舶廢氣排放給予了明顯確定。加強船用柴油機排放后處理技術(shù)研究，提升船用柴油機節(jié)能減排效益成為新時期相關(guān)企業(yè)以及工作人員關(guān)注與研究的重點所在，是實現(xiàn)船用動力柴油機可持續(xù)競爭發(fā)展的前提基礎(chǔ)。以下是筆者對船用柴油機排放后處理技術(shù)的幾點認(rèn)識，意在拋磚引玉。

1、船用柴油機排放后處理技術(shù)應(yīng)用重要性分析

船用柴油機是船舶動力系統(tǒng)重要設(shè)備，其性能、質(zhì)量的高低對船舶行業(yè)發(fā)展存在重要影響。隨著近些年柴油機設(shè)計與研發(fā)技術(shù)的不斷提升，柴油機性能得到大幅度改善，具備了節(jié)能、減排、降耗等特征，利于船舶行業(yè)綠色化發(fā)展。但從整體層面來看，我國船用柴油機廢氣排放處理能力仍與國外存在較大差異，需要在不斷研究中得到強化與改進(jìn)。通常情況下，船用柴油機運行過程所排放的CO2、SOx、NOx、硫酸鹽顆粒、碳煙顆粒、未燃盡柴油等均會在不同程度上污染環(huán)境，為人類生存與發(fā)展帶來嚴(yán)重危害[1]。加之，隨著近些年海洋事業(yè)的高速發(fā)展，船舶數(shù)量增多，船舶柴油機排放物對環(huán)境的影響加大。因此，面對日漸嚴(yán)峻的環(huán)境污染問題，有必要加強船用柴油機排放控制力度，降低排放物質(zhì)對環(huán)境的損害與影響。與此同時，隨著世界對能源問題、環(huán)境問題、生命健康問題關(guān)注度的不斷提升，關(guān)于船舶廢氣排放國際海事組織給予了明確規(guī)定，船用法規(guī)日益嚴(yán)格。因此，加強船用柴油機排放后處理技術(shù)研究，提升船用柴油機節(jié)能減排效益，成為柴油機生產(chǎn)及其應(yīng)用行業(yè)，可持續(xù)競爭發(fā)展的客觀要求與必然趨勢。

2、幾種船用柴油機排放后處理技術(shù)及應(yīng)用分析

分析國內(nèi)外船用柴油機排放后處理技術(shù)研究現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)技術(shù)存在多樣性特征，且不同技術(shù)所具有的工作原理、應(yīng)用優(yōu)勢也不同。以下是較為先進(jìn)的幾種技術(shù)。

2.1電控單體泵技術(shù)

在船用動力柴油機系統(tǒng)中，單體泵的作用在于促進(jìn)噴射壓力的產(chǎn)生。通常情況下，燃油供給系統(tǒng)主要由單體泵、供給泵、燃油噴注器等構(gòu)成[2]。運行時，供給泵將燃油送入單體泵內(nèi)腔，并形成高壓。當(dāng)單體泵中的電磁控制閥通電后，燃油進(jìn)入供油管路，當(dāng)其中的燃油壓力超過噴嘴動作壓力后將噴油;當(dāng)電磁控制閥斷電后，燃油壓力下降，噴油停止。多數(shù)實踐證明噴油量、噴油時間等控制對船用柴油機排放后處理存在重要影響。提高噴油控制質(zhì)量，利于船用柴油機節(jié)能減排效益提升。而電控電梯泵技術(shù)的科學(xué)運用，將傳統(tǒng)機械控制轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶趴刂疲商岣呖刂旗`敏度，滿足船舶柴油機運行燃油噴射實時控制要求，使船用柴油機排放滿足相關(guān)規(guī)定與要求。

2.2選擇性催化還原技術(shù)

選擇性催化還原技術(shù)是目前應(yīng)用較為廣泛的后排放處理技術(shù)。通常情況下，船用柴油機選擇性催化還原系統(tǒng)由還原劑存儲系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、選擇性催化還原反應(yīng)器、混合裝置等構(gòu)成。其中還原劑存儲系統(tǒng)主要由尿素泵、噴嘴、供應(yīng)管等共同組成，在部件結(jié)合應(yīng)用下能夠根據(jù)系統(tǒng)運行狀況進(jìn)行尿素供給以及流量調(diào)整?？刂葡到y(tǒng)通常由還原劑噴射控制單元、吹灰控制單元以及廢氣旁通控制單元等構(gòu)成，承擔(dān)著還原劑控制、壓縮空氣量控制以及系統(tǒng)整體運行狀態(tài)監(jiān)控重要職責(zé)。選擇性催化還原反應(yīng)器是廢氣發(fā)生選擇性催化還原反應(yīng)的重要場所，也是船用柴油機選擇性催化還原系統(tǒng)應(yīng)用作用有效發(fā)揮的核心所在。在對其進(jìn)行設(shè)計時，需要從多層面分析，確保催化劑活性參數(shù)與反應(yīng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)科學(xué)、合理，以最大程度實現(xiàn)船用柴油機排氣有害物質(zhì)的轉(zhuǎn)化與處理?；旌涎b置應(yīng)用的目的在于使廢氣進(jìn)入反應(yīng)器之前能夠與尿素還原劑混合，便于反應(yīng)質(zhì)量與效率提升。船用柴油機選擇性催化還原系統(tǒng)應(yīng)用過程中，涉及到的反應(yīng)重要有“4HO+4NH3+O2=4H2+6H2O;6NO2+8NH3=7N2+12H2O”。選擇性催化還原技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢在于脫硝效果好能夠降低NOx排放。但由于所使用的催化劑具有一定毒性，且對氨氣噴入量的控制要求較高，仍需要在不斷研究中進(jìn)行改進(jìn)與完善。

2.3廢氣再循環(huán)技術(shù)

船用柴油機廢氣再循環(huán)技術(shù)能夠在降低NOx排放量的同時，提高廢氣再利用率，讓船用柴油機具備更高燃燒效率，達(dá)到節(jié)能減排雙重目的。由船用柴油機燃燒特性可知，氮氧化合物是船用柴油機主要排放物質(zhì)，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，除從源頭處進(jìn)行控制外，也可以排放后處理。而廢氣再循環(huán)技術(shù)，則是通過構(gòu)建往復(fù)循環(huán)系統(tǒng)，適當(dāng)增加柴油機氣缸中的惰性氣體，降低混合氣中的氧濃度，從而破壞高壓、高溫環(huán)境下氮氧化合物的生成條件，達(dá)到廢氣減排目的。在應(yīng)用廢氣再循環(huán)技術(shù)時，為確保其作用有效發(fā)揮，需要根據(jù)船舶柴油機運行工況確定廢氣再循環(huán)技術(shù)介入時機。通常情況下，船用柴油機處于低負(fù)荷運行狀態(tài)時，所排放的氮氧化合物較少，故可不介入廢氣再循環(huán)系統(tǒng);船用柴油機處于暖機狀態(tài)時，氣缸溫度不高，介入廢氣再循環(huán)系統(tǒng)后可能對柴油燃燒產(chǎn)生不利影響，降低船用柴油機運行綜合效益，故不需要介入該技術(shù)。

2.4其他排放處理技術(shù)

除電控單體泵技術(shù)、選擇性催化還原技術(shù)、廢氣再循環(huán)技術(shù)外，噴水技術(shù)、船用柴油機燃燒優(yōu)化技術(shù)、DOC聯(lián)合PDF技術(shù)等科學(xué)運用，會在不同程度上降低NOx排放，使船用柴油機滿足MOTierIII限。與此同時，既有研究發(fā)現(xiàn)，多技術(shù)結(jié)合應(yīng)用所獲取的節(jié)能減排效果要好于單技術(shù)應(yīng)用。例如，將廢氣再循環(huán)技術(shù)與柴油機微粒捕集器相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)船用柴油機廢氣中氮氧化合物與有害顆粒的有效處理，降低柴油機排氣對環(huán)境的污染;將柴油機燃燒優(yōu)化技術(shù)與選擇性催化還原技術(shù)有機結(jié)合，可提高柴油機燃燒效率，避免燃燒不充分增加排氣有害物質(zhì)，達(dá)到PM與NOx共同降低目的。

3、船用柴油機排放后處理技術(shù)的發(fā)展趨勢分析

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，船用柴油機排氣后處理技術(shù)將得到不斷完善，并涌現(xiàn)出其他新技術(shù)，以獲取更好污染物凈化、清除效果。與此同時，效益協(xié)同提升將成為船用柴油機排放控制技術(shù)研究的主流方向。在此過程中，可通過污染物源頭處理技術(shù)、后排放處理技術(shù)等結(jié)合應(yīng)用進(jìn)行具體體現(xiàn)。此外，柴油機自身性能的提升，也是降低船用柴油機PM、NOx等排放的重要手段。對此，可加強柴油機設(shè)計單位、生產(chǎn)企業(yè)與使用單位合作力度，能夠根據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用要求，進(jìn)行柴油機針對性設(shè)計。另外，在信息技術(shù)、自動化控制技術(shù)等高速發(fā)展下，可提高柴油機電控水平，讓柴油機控制系統(tǒng)更智慧、更靈活。

4、結(jié)論

我國船用柴油機節(jié)能減排水平在近些年發(fā)展中雖然得到提升，但與國外相比仍存在一定差異。因此，面對船用柴油機廢氣排放的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，有必要加強柴油機節(jié)能減排技術(shù)研究力度，促進(jìn)后排放處理水平不斷提升。在此過程中，應(yīng)堅持技術(shù)創(chuàng)新，善于后排放處理技術(shù)靈活與聯(lián)合運行進(jìn)行性能強化，以滿足排放要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊林勇.基于SCR技術(shù)提升船用柴油機技術(shù)及應(yīng)用控制措施[J].中國水運（下半月），2020，20（08）：55-57.

[2]閆安，富文軍.高壓共軌柴油機DOC/POC/SCR后處理系統(tǒng)的開發(fā)研究[J].內(nèi)燃機與配件，2020（03）：24-26.

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