船用柴油机有害物排放控制技术的分析

张晓峰

摘 要：船用柴油机运行的时候会向空气排放大量有害物质，严重危害生活环境。依据相关调查表明，到2020年，NOx、SOx、PM2.5分别增长47%、42%、56%，未来发展过程中不可以忽视船舶大气污染，需要重视海峡、港口以及船舶流量大、航线密集的区域，在距离海岸线400km范围之内拥有每年全球三分之二的排放污染量，所以，每年大约有64000人死于传播污染。本文主要分析了船用柴油机有害物排放控制技术。

关键词：船用 柴油机 有害物 排放控制技术

现阶段，世界面临的重要环境问题是大气污染，是二十一世纪全球性现象，受到更多人的关注和重视，热机中热效率最高的就是柴油机，并且相对比较少的排放CO2，但是在发展过程中，不可以忽视船用柴油设备排放的有害物质，经过调查报告可以发现，每年柴油机作为船舶动力设备的船只每年排放在850万吨SOx和1000万吨NOx左右，严重影响大气污染，因此，不少国家已经开始采取一些解决措施降低对环境的影响。从2010年1月1日起，船舶在欧盟所属港口作业（锚泊、系泊、卸货）2小时以上，必须使用含硫量不大于0.1%的燃油。在2016年1月1日及以后航行于北美排放控制区的船舶更需要满足MARPOL公约附则VI中TIER III对NOx的排放要求。而近期我国交通运输部为了控制船舶SOx、NOx和PM2.5的排放，提出珠三角、长三角、环渤海（京津冀）水域船舶排放控制区实施方案，改善我国沿海和沿河区域特别是港口城市的环境空气质量。

1.船用柴油机有害排放对生存环境的危害

船用柴油机排放气体中包括有害成分和无害成分两种，排气基本成分就是无害成分，是空气和汽油完全燃烧的产物，主要包括水蒸气、空气中氮气、CO2、过剩氧气，导致温室效应的是CO2，会促使全球气候变暖现象的发生，也应该控制CO2排放量；不完全燃烧的反应产物是有害成分，主要有HC化合物、SOx、NOx、CO以及润滑油、未燃烧燃油、硫酸盐、碳烟等微粒，占据很小的比例，一般不会多于1～5%，但是会极大程度危害环境。SOx、NOx会导致出现酸雨，严重破坏庄稼和森林，其中非常活跃的就是NO2，可以提升到同温层，参与多种大气反应，导致产生影响环境的化学反应，属于温室气体。危害人们健康，轻则麻痹嗅觉、刺激眼睛，严重的会通过肺和呼吸道进入到血液汇总，然后结合血红蛋白形成高铁血红，降低血液输氧能力，此外，还有可能出现不协调呼吸系统现象，诱发肺水肿疾病。 SOx严重影响呼吸道，甚至导致出现心脏疾病。碳氢化物是混合复杂物质，其中苯并芘和醛类慢性侵入导致人体中毒或者诱发癌症，尤其是大气中NOx受到太阳照射以后，形成浅蓝色光化学烟雾，严重刺激人类呼吸器官和眼睛。CO是有毒气体，会降低血液输氧能力，微粒输氧碳高分子化合物，存在很多致癌物质，因此，危害性最大的就是NOx、SOx和PM2.5，是控制排放的重点。

2.船用柴油机有害物排放控制技术

2. 1提高燃油品质

（1）使用乳化油

乳化油的应用是一种有效降低NOx的措施，大多数条件下，都可以降低耗油率和烟度，但是需要有效解决腐蚀喷射系统问题，经过数据和研究表明，不少制造商在研究制造船舶的时候都分析过上述问题，例如，MAN-B&W公司的7L90GSCA柴油机中安装各一台20000kW波多黎发电设备，主要应用的就是乳化油技术。自从运行以后已经得到良好的应用效果。在1998年的时候，日本海上训练所和船舶研究所共同建立了使用乳化油技术的“NipponMaru”号训练船的发电设备，经过试验证明，在低于50%负荷端的时候，不会明显降低排放NOx效率，在高于50%负荷的基础上，随着负荷的不断提高，会明显降低NOx的排放，掺有40%水乳化油在75%负荷下燃烧可以比原来降低NOx36%的排放 。

（2）代用燃料

船舶运行的时候合理采用代用燃料来适当去掉船用燃料或者混合燃料油和燃料的方式，如液化天然气、乙醇、甲醇等，可以达到降低船用柴油机排放有害物质的目的。但是因为降低设备热效率，需要及时改装船用发动机，不利于能源的合理应用。

2.2缸内处理技术

未来尽管很难对缸内处理技术进行规范排放标准，降低排放NOx的基础就是损害经济性，可以对船用柴油机的工作特性进行优化，目前也是科研人员和船用柴油机厂商重点研究的问题。现阶段，主要都是致力于研究增压技术、改进燃烧过程等方面技术。

（1）改进燃烧技术

合理应用电子控制喷射技术。在对船用柴油机进行改进的时候，未来发展和研究重点方面就是应用电子控制喷射技术，喷油提前角和喷油压力是影响柴油机喷射系统的基本参数，会直接影响形成混合气质量和燃油雾化的质量，最终产生严重影响燃烧燃油的排放性能以及经济性，合理应用电子控制喷射技术系统，可以在存在高负荷的基础上降低NOx的排放量，处于低负荷的情况下，可以达到降低黑烟，提高热效率的目的，从而达到改变排放性能和燃烧经济性的目标。在船用柴油机中已经开始应用智能化新一代电子控制喷射系统，可以起到优化燃烧的目的，能够降低排放有害物质的含量。

（2）改进增压技术

改进增压技术，提高空气中冷却器冷却度以及高废气涡轮增压器增压度，不但能够提高经济性和动力性，还可以对生成NOx起到抑制作用，高的冷却度和增压度，能够增加空气进入的密度，提高空气系数，降低燃气温度，从而起到降低NOx排放和抑制排放的作用。在处于高负荷柴油机的基础上，能够降低NOx，如果处于低负荷，会提高颗粒的排放，所以，低负荷的时候为了降低颗粒排放需要增加空气温度，船舶上已经开始应用电子控制增压系统，可以明显提高柴油机排放性能。

2.3后处理技术

船舶领域应用后处理技术主要就是废弃补燃（MACT）和选择性催化还原法（SCR）。

（1）SCR

为了可以更加规范严格的制定排放标准，最重要的技术就是SCR，经过大量实践表明，合理应用SCR技术可以降低85%的柴油机NOx排放，现阶段，船用柴油机中都开始应用NewSulzer6RTA38、MANB&W6S50MC等设备。

（2）MACT

排气补燃系统MACT可以降低NOx排放，在蒸汽锅炉中导入废气，调节附加油来达到充分燃烧废气的目的，符合排放NOx的标准，蒸汽能够为船舶提供动力。

3.结语

总之，船舶柴油机排放标准会极大程度影响航运产业的发展和进步，未来发展过程中研究降低排放技术的重点是后处理技术，具备应用前景。

参考文献：

[1]庞海龙，邓成林，姚广涛等.船用柴油机有害物排放控制技术[J].船舶工程，2011，33（1）：21-24，32.

[2]吉恒松，张程程，张州榕等.船用柴油机实现低NOx燃烧的数值模拟[J].江苏大学学报（自然科学版），2013，34（4）：384-389.

[3]吕林，许建华，徐万毅等.柴油品质对船用柴油机颗粒与烟度排放的影响[J].内燃机工程，2010，31（4）：44-48.

[4]闫萍，冯明志，平涛等.喷孔参数对高压共轨船用柴油机燃烧与排放影响的仿真研究[J].内燃机工程，2011，32（3）：43-47.

[5]高占斌，王银燕，何清林等.采用相继增压改善船用柴油机排放的数值模拟[J].江苏大学学报（自然科学版），2013，34（6）：631-636.[6]张文春，段树林，张宇等.船用柴油机在台架试验中振动分析与减振优化[J].噪声与振动控制，2015（1）：18-22.

[7]宋恩哲，宋百玲，马修真等.船用柴油机电控系统半物理仿真平台开发研究[J].哈尔滨工程大学学报，2010，31（9）：1153-1160.

[8]袁云飞，郭霆，王玉宝等.基于嵌入式系统的船用柴油机信号模拟器[J].自动化仪表，2015（5）：80-83.