基于生態(tài)保護視角下的船用雙燃料柴油機發(fā)展研究

摘要：伴隨社會的不斷進步，人類對節(jié)能減排的理念越來越重視。在船用雙燃料柴油機中引用節(jié)能減排技術也非常重要?，F(xiàn)階段，隨著國際燃油價格飛速增長，以及海洋污染現(xiàn)象的日益嚴重，這種背景下船用雙燃料柴油機的節(jié)能減排技術備受世界航運組織與海事組織的關注，文章對節(jié)能減排環(huán)保背景下船用雙燃料柴油機的發(fā)展進行論述。

關鍵詞：節(jié)能減排;船用雙燃料柴油機;環(huán)保

中圖分類號：U664.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）09-0182-02

0 ?引言

自從二十一世紀以來，環(huán)境惡化，全球氣候變暖、資源稀少、生物多樣性不斷減少等環(huán)境問題突出，并引起全球的廣泛關注。通過科學技術將低碳生活引入船舶的發(fā)展，保持經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。航運界人士都非常了解，船用雙燃料柴油機需要依靠大量的不可再生資源——柴油，而在如今資源日益枯竭的環(huán)境下，人類必須追求更加環(huán)保、高效的措施，以解決資源給人類帶來的難題。船用雙燃料柴油機能夠從廢氣余熱利用及柴油燃燒的方式探究運行的科技及可行性方案，打造出節(jié)能減排環(huán)保的船用雙燃料柴油機。

1 ?生態(tài)保護理念對于船用雙燃料柴油機的需求

隨著時代的發(fā)展以及科學技術的進步，越來越多的新生科技手段逐漸出現(xiàn)在人們的生活生產(chǎn)當中，人們也開始更加注重對于生態(tài)環(huán)境的保護，生態(tài)保護理念在各行業(yè)之間開始滲透，其中就包括船舶運輸業(yè)，對于船舶運輸業(yè)而言，其生態(tài)保護理念對于船用雙燃料柴油機的需求如下：

1.1 航運發(fā)展的需要

船舶運輸一直以來的方向就是通過最科學的航速與耗油關系，實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最優(yōu)化，由于我國不斷長期建設并推廣資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，對船舶運輸而言，生態(tài)保護是國家船舶行業(yè)不斷發(fā)展與踐行科學發(fā)展觀的重要戰(zhàn)略，另外也是船舶企業(yè)承擔社會責任的重要內容。船舶運輸過程中，需要根據(jù)船舶運行路線及船舶工況的實際運行情況，科學分析船舶實際運輸過程產(chǎn)生的耗油記錄與修訂系數(shù)差值，方便得出耗油實際的運輸數(shù)據(jù)，分析節(jié)能減排方式，保障其與實際運輸狀況相符。

1.2 國家對于節(jié)能減排的強制性要求

有關部門發(fā)出公告，較于15年前，我國GDP排放的二氧化碳含量整體降低45%左右。交通運輸規(guī)劃與國務院發(fā)布的減排方案明確規(guī)定，到2020年，二氧化碳的排放量為16%，每周船舶運輸單位耗能量達到15%左右，通過船舶運輸環(huán)保戰(zhàn)略能夠在一定程度上符合國家對于生態(tài)保護理念的總體規(guī)劃戰(zhàn)略，也唯有如此，才能夠進一步的實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的發(fā)展理念。

2 ?生態(tài)保護背景下船用雙燃料柴油機的燃燒

船舶工作的主要原理來源于燃料燃燒，燃燒室將燃油通過化學能向熱能、壓力能轉化，船用雙燃料柴油機工作通過一定壓力作用于活塞，使之上下移動，進而實現(xiàn)二次能量的轉化。船舶主要推動力依靠柴油機的工作，因此改善燃燒方式并重視此方面的管理，在低負荷情況下使柴油機充分運行，是實現(xiàn)節(jié)能減排的有效舉措，還能夠充分提升柴油機的應用壽命。

2.1 燃油噴霧的改善策略

燃油噴霧質量對可燃混合氣有著直接影響作用，而可燃混合氣體對于柴油機燃燒質量又存在決定性影響。燃油噴射的工作過程主要包含三個時期：噴射延時時期、主要噴射時期、尾噴時期。不同時期的噴射，都存在一定因素造成燃燒質量低下、燃燒過程不完全等現(xiàn)象的出現(xiàn)，造成油耗增加。異常的燃油噴射如燃油滴漏、斷續(xù)噴射等情況也是增加油耗的原因之一。輪機管理人員對柴油機日常管理與維修過程一定要按時檢查，通過按時檢查，能夠更好地對設備所出現(xiàn)的問題及故障進行排除，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況及時處理。下列是異常噴射情況的防治措施：

第一，二次噴射情況：將造成燃油噴射時長增加，二次噴射燃油情況是在低壓狀態(tài)噴入氣缸，無法完全燃燒，后燃情況嚴重，造成柴油機增加燃料消耗、排煙溫度、排煙量持續(xù)升高，導致發(fā)動機性能降低。燃油噴射過程一定要保證主噴射工作完成后，噴油嘴沒有出現(xiàn)高壓情況才能夠避免二次噴射，主要包含以下措施：①需要對高壓油管的長度與內徑進行科學的改善;②根據(jù)實際需要，選擇適當?shù)膰娪涂?③提高出油閥的卸載能力;④應用剛性較大的出油閥彈簧;⑤科學提高燃油噴射的工作壓力。

第二，連續(xù)噴射情況：連續(xù)式的噴射情況將造成燃料燃燒不全面。隔次噴射與不穩(wěn)定噴射會造成柴油機產(chǎn)生不穩(wěn)定的轉速現(xiàn)象，甚至產(chǎn)生停車情況，同時連續(xù)兩次的供油，極可能出現(xiàn)燃燒粗暴的情況。

2.2 科學治理可燃混合氣

采用結構合理的渦流室式燃燒室，此種方式是應用強壓壓縮空氣推動混合物形成過程，造成渦流的燃燒不依靠過量的空氣，過度提高過量空氣系數(shù)會造成柴油機功率降低。應用混合攪拌推動可燃混合氣質量改善的策略主要有以下幾方面：

①為了保證船用雙燃料柴油機的排氣符合相關的空氣質量的標準，如控制船用雙燃料柴油機工作溫度、進排氣氣管清理、入口壓力、改善排氣、進氣時間，保證其工作定量、準時;②為了保持柴油機氣缸具備穩(wěn)定的熱狀態(tài)，應及時檢查壓縮終點壓力，檢查冷卻狀態(tài)，檢測活塞環(huán)的基本工作狀況等;③保障噴油良好情況，如油品的及時檢查與妥善處理，檢測和改善噴油噴射設施，并確保燃燒室始終保持穩(wěn)定的狀態(tài)并定期檢測與清理，檢測氣缸蓋，及時清理冷卻空間等。

2.3 使用智能型柴油機

和傳統(tǒng)機械式控制的柴油機相對比，現(xiàn)階段船用雙燃料柴油機整體發(fā)展方向需要引用電子控制系統(tǒng)。電子控制技術包括多種優(yōu)勢，比如適應性強、控制功能好、精準度標準、調試簡單等。此種柴油機與傳統(tǒng)柴油機相比，控制系統(tǒng)節(jié)能性更強。當前，電子控制軟件與相應的設施已廣泛應用在船用雙燃料柴油機中，是船用雙燃料柴油機不可或缺的重要部分，全國乃至全世界現(xiàn)今的船用雙燃料柴油機制造廠家在逐漸推出智能型柴油機。在未來幾十年內，相信電子控制的智能柴油機會逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的船用雙燃料柴油機，形成船用雙燃料柴油機主導模式。和傳統(tǒng)機械式船用雙燃料柴油機對比來看，其具備多種優(yōu)勢，具體情況見如下：

①具備較強的運轉適應性能。智能型柴油機燃油噴射系統(tǒng)適應性比較高。主要包含：第一，噴射壓力的選擇。優(yōu)化柴油機性能基礎上，科學選擇柴油機噴射壓力，減少燃油的消耗量。第二，精準控制燃油噴射量。智能柴油機在負荷變化過程噴油量隨之變化、燃油分布的也比較均勻，這種柴油機工作性能更加穩(wěn)定。第三，提升燃料適應性能?，F(xiàn)代船舶應用不同燃料，尤其是為了減少預期成本而使用劣質燃料，智能型柴油機能夠根據(jù)實際情況改變自身噴油定時和噴油規(guī)律，也能夠在不同負載情況下保證使用性能的穩(wěn)定，而且還能夠保證工作過程幾乎無可見的煙霧排放，降低對大氣的污染。相對比來看，傳統(tǒng)凸輪驅動的柴油機很難達到以上功能。另外，對于缸內噴射系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)，智能柴油機也具備較強的適應性。

②可靠性。智能型柴油機能夠創(chuàng)新電子控制技術，實現(xiàn)船用雙燃料柴油機的節(jié)能減排理念，新型柴油發(fā)動機壽命要長于凸輪驅動的傳統(tǒng)柴油機，況且其保養(yǎng)周期也會延長，在使用發(fā)動機過程中，其故障率非常低，維護成本也較低。能夠增加船舶動力裝置的可靠性，減少船舶的營運成本。

③多樣化的操作模式。和以往的柴油機相比較來看，新型柴油機在運行過程能夠依托不同種類的運行方式選擇操作方式，如低負荷運行、排放控制、經(jīng)濟航速等方式，實現(xiàn)船用雙燃料柴油機發(fā)動裝置的最佳運行狀態(tài)。

④控制系統(tǒng)與狀態(tài)檢測的完善工作。智能柴油機狀態(tài)檢測裝置與控制系統(tǒng)及其完整，主要包含柴油機噴油效率的改善、設備集成系統(tǒng)、故障檢測系統(tǒng)的優(yōu)化等等，此系統(tǒng)能夠實時監(jiān)測船用雙燃料柴油機運行情況，在柴油機工作中能夠實現(xiàn)各缸的負載均勻性，避免過載情況的產(chǎn)生，在故障出現(xiàn)前可以報警并啟動相應程序。

從柴油機性能與燃油消耗整體來看，其效能優(yōu)于以往燃油裝置，從節(jié)能減排角度來看，新型智能柴油機是未來發(fā)展的必然趨勢。

2.4 利用動力裝置的余熱

船用雙燃料柴油機動力裝置組成中，其排氣與冷卻腔內的冷卻水的熱量都能夠進一步利用。充分利用柴油機余熱，可以大大提升整體效能。有效利用柴油機余熱，在多個方面都有體現(xiàn)，具體方式如下：

將排氣余熱有效轉化為柴油機加熱系統(tǒng)。利用傳統(tǒng)柴油機廢氣加熱，常見的方法是使用廢氣鍋爐產(chǎn)生的蒸汽，通過蒸汽滿足船舶多個系統(tǒng)的加熱與生活區(qū)的保溫。動力不高的船舶，其柴油機廢氣余熱熱量不高，回收量有限，余熱利用率并不高。近些年，大型船用雙燃料柴油機的應用越來越廣泛，其使用效率也普遍提升，利用主柴油機排氣的余熱進行發(fā)電是一種資源利用的有效路徑，這種方法同時提升了電力的利用率。在近些年的煙管式廢氣鍋爐與循環(huán)廢氣鍋爐都在廣泛應用中。

2.5 使用新型替代清潔燃料、能量綜合應用技術

當前較為成熟的新型替代清潔燃料的船舶發(fā)動機主要有氣體燃料發(fā)動裝置、雙燃料發(fā)動裝置以及生物燃料發(fā)電裝置。但是現(xiàn)階段使用的新型能源類型較少，未來可以嘗試太陽能、風能等再生能源的技術，即使不能以船舶動力燃料應用，也可以嘗試以補充能源應用，最終實現(xiàn)節(jié)能減排的目標。

現(xiàn)階段，船用雙燃料柴油機無法規(guī)避一個問題就是較低的能源利用率，柴油機燃燒過程中產(chǎn)生的熱量僅有一半左右用于做功，其余的熱量大都隨著廢氣與冷卻水流失，不僅降低能源利用率，還可能導致環(huán)境惡化。因此應該進一步提高能量綜合利用技術的研究與開發(fā)。

3 ?結束語

綜上所述，隨著時代的不斷變化和革新，生態(tài)保護方面成為了當下急需解決的問題之一，各行業(yè)需要在生態(tài)保護的前提背景下，對生產(chǎn)、運輸?shù)人枰脑O備進行進一步的改善，唯有如此，才能夠實現(xiàn)真正的可持續(xù)發(fā)展?？偠灾磥磉\輸業(yè)主要節(jié)能主題仍是船舶運輸，作為船用雙燃料柴油機這一主要動力來源，其發(fā)展過程應與運輸業(yè)同步。隨著國際上日益嚴格規(guī)定節(jié)能法、排放法，柴油資源的稀缺，船用雙燃料柴油機仍然需要不斷研發(fā)新技術，不斷提升新能源利用程度，最終實現(xiàn)節(jié)能減排的總體目標。

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作者簡介：張占勇（1973-），男，河南洛陽人，講師，輪機長，本科，研究方向為輪機工程技術。