现代船舶柴油机节能减排技术研究

现阶段，我国面临的不仅仅是扩大出口，还需要进行分析全球分工体系以及快速投资等方面带来的挑战和机遇，应该不断增加船舶行业自身创新能力，以便于加快经济发展速度，为船舶运输行业提供发展机遇，此外，也能在发展全面建设小康社会的一定程度上促进运输船舶行业的发展。提高船舶运输总体运行需求，对于船舶柴油机节能减排具备更高的水平和要求。基于此，本文就现代船舶柴油机节能减排技术进行分析与研究。船舶；柴油机；节能减排

船舶节能减排的内涵

船舶节能实际上就是利用最小消耗能量来达到最大运输效益的目的，也可以说是利用相对比较小的燃料费用来得到最合理、最大的运输量。

燃料费用运行指标=运输量（吨/千米）/油量的价格*消耗燃油量

通过上述可以发现想要能够达到节能的目的，需要适当降低消耗燃油量、提高运输量以及使用廉价燃料等。

船舶柴油机节能减排的需求

a发展航运的需要

船舶运输行业一直努力的方向就是利用最合理的耗油和航速关系，来得到最优化的经济效益，由于不断建设和推广环境友好型、资源节约型社会，对于船舶运输行业来说，节能减排逐渐成为国家船舶企业不断发展和落实科学发展观的关键，同时也是履行社会责任的主要内容。在运输船舶的时候，需要依据船舶工况和船舶运行航线的实际变化情况，合理分析船舶实际运行过程中出现的耗油记录以及修订系数偏差值，以便于得到实际的耗油信息数据，分析实际节能方式，保证能够完全符合实际运输需求。

b国家法律法规强制性要求

相关部门已经发出宣告，相比较2005年，等到2020年的时候，国家GDP排放二氧化碳下降40～50%。交通运输十二五规划、国务院通过的《十二五节能减排综合性工作方案》都明确规定了，等到2020年的时候，会降低排放二氧化碳的量到16%，船舶运输单位运输周转耗能量到15%，实施船舶运输节能减排工作战略可以在一定程度上完全符合国家实施的节能减排总体战略。

船舶柴油机节能减排技术

近年来，船用柴油机随着人类对环保意识对增强，得到了飞跃性的发展。未来船舶用柴油机节能减排技术政府应该加强行业管理，在我国认真研究国际船舶节能减排相关方面的法规的变化情况，同时在引进国外先进技术的同时应该加快已有技术消化吸收和升级，在此基础上加强新技术的研发，不要一味抄袭，紧随行业发展动态和先进技术方向通过对国内外发展现状的阐述，建议采用几方面措施来达到节能减排的目的。

a燃料预先处理

由于成本因素的原因，目前多数船用柴油机使用的燃料为高硫、高粘度的劣质重油。为降低其中较高的杂质含量，在使用前必须采取沉淀、添加化学剂等方式对燃料进行预先处理，从而提高柴油机性能、降低尾气中NOx和SO2的排放。

b控制燃烧条件

柴油的烃类性质决定了柴油在富氧快速燃烧时瞬时释放出大量的热，导致热聚集而产生高温，在富氧的高温区就会生成大量的NOx。向燃烧室中注入液态水，可降低燃烧温度并促进碳烟完全燃烧，从而减少颗粒物的产生。其中，气缸喷水法是在适当的时间（通常在喷油开始之前）将水喷入燃烧室；燃油喷水乳化法则是将一定比例的燃油和水混合后喷入燃烧室，两者可减少约50%的NOx排放量。而进气加湿法则是通过空气加湿马达，以淡水蒸汽冷却的方式将增压空气加湿，可减少70%的NOx排放量。

c提升雾化质量

柴油机燃油雾化效果越好，燃烧就越充分，产生的NOx和颗粒物就越少。共轨燃油喷射技术（CRI）采用电子控制系统，允许燃油喷射压力随实际工况改变，使得燃油燃烧更充分、机械效率更高、尾气更清洁。

d废气再循环系统

废气再循环系统（exhaust gas recirculation，EGR）的工作原理为：将定量废气与新鲜空气共同引入燃烧室参与燃烧反应；废气的引入增加了反应所需的热容量，同时由于废气造成氧气浓度起到稀释降低的作用，从而降低最高燃烧温度，从而抑制了NOx的产生。

有研究表明，大部分的NOx在高负荷时产生，引入废气可有效减少NOx的产生，EGR率越高，NOx降低越明显。但过高的EGR率会使燃油的燃烧速度变慢，燃烧不充分，会产生黑烟并导致油耗增加，甚至会污染和腐蚀进气系统。因此，EGR率应控制在一定的范围内，在降低NOx排放的同时，又能控制黑烟的排放，是废气再循环系统（EGR）的关键技术。

目前EGR的控制方法有前馈控制、反馈控制等。前馈控制一般是基于MAP的控制，即在典型工况（负荷和转速）下通过试验确定满足排放要求的最佳EGR率。采用该方法要考虑到对混合气的成分，并结合不同负荷条件进气和排气中的氧气浓度来确定最佳的EGR率。对于反馈控制，可以选择基于排气背压的反馈控制，也可选择基于排气氧气传感器的反馈控制。

以过量空气系数作为EGR控制的反馈信号，是通过过量空气系数来间接测量NOx的排放量，该系数受EGR率的影响大。EGR系统的实质是通过改变混和气的成分及含量来实现NOx排放量的降低，基于其动力性、经济性以及排放污染3个方面考虑，混和气的过量空气系数应该在一定范围内，研究表明最佳范围是0.6～0.9。这种反馈控制在稳定运行的状态下可有效降低NOx的排放量，但在瞬态工况时，效果较差。因此在瞬态工况时，为了在减少NOx排放量的同时尽量减少碳烟的生成量，采用计算机控制的EGR阀来优化EGR率很有必要。

e新型替代清洁燃料技术

目前比较成熟的新型替代清洁燃料的发动机有生物燃料发动机、双燃料发动机、气体燃料发动机等。但是现在应用的新能源类型较少，未来应该尝试发展太阳能和风能等储量丰富的能源，即使不能作为船舶动力的主体动力燃料，可以尝试作为补充能源，来达到节能减排的目的。

f能量综合利用技术

目前所有船舶用柴油机都无法回避的问题就是能源利用率低，在柴油机燃烧的过程中仅有一半左右作为的动力，其他部分的能力被排出的废气和冷却水带走，这不仅能源不仅降低能源利用率，还会造成环境污染。为此未来应该加强能量的综合利用技术的研发。

综上所述，船舶运输仍然是未来的运输业的主题，作为船舶动力的来源-船舶柴油机，船舶柴油机的发展，应该与运输业的发展同步，伴随着国际上对节能、排放法规日益严格，石油资源的日益少，船舶柴油机需要进行不断的技术研发以及加到新能源的利用率。

参考：

[1]杨子龙.船舶柴油机节能减排技术发展趋势[J].柴油机，2013，03：21-24.

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[5]龙景良.基于大型柴油机废热梯级利用的船舶总能研究[D].武汉理工大学，2012.

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