船舶柴油机动力装置与环境的研究

金瑞生

（中交天航滨海环保浚航工程有限公司，天津 300450）

随着我国经济发展速度的不断加快，环境污染问题日渐突出，如何在大力发展经济的同时保护我们赖以生存的环境，是当前所有产业需要仔细思考的问题。为了解决经济发展过程中的环境破坏问题，国家提出了“经济发展新常态”发展规划，放慢了经济发展步伐，加强了环境保护力度。以本文研究的船舶采油机动力装置为例，国家提倡选择污染力度较小的柴油机装置，将环保理念落实到实处，实现启用装置低污染革新，遵守以保护环境为前提的经济发展理念，对船舶启动过程中产生的废气垃圾按照相关排放标准进行处理，解决氧化氮等有害气体排放问题，减少船舶柴油机动力装置对环境的污染。

1 柴油机在船舶动力装置中的地位

柴油机是船舶最主要的动力装置，其主要原因是柴油机装置具有以下几种特点：第一，在船舶的热机能制造中，柴油机热效率最高，最大可达到55%，相比其他动力装置，柴油机作为船舶主要动力装置的性价比最高；第二，柴油机作为船舶主要动力装置，具有较高可靠性，柴油机作为船舶主要动力装置已经有百年历史，并且随着科学技术的发展，柴油机设计制造公司一直致力于研究和改善柴油机性能，提升其可靠性，如今已经取得了显著成就；第三，柴油机作为船舶动力装置已经有了百年历史，其性能不仅得到了极大提升，而且在实际使用过程中，与柴油机共同配合的其他装置也随着系统提升而发生改变，其他装置技术和质量得到了很大提升，可以说目前船舶已经形成了比较完善的柴油机动力装置动力系统；第四，随着科学技术和自动化技术的不断发展，部分先进技术已被应用到柴油机设备制造中，促进了柴油机装置智能化与自动化，使船舱动力装置成为集高新技术与自动技术于一体的先进装置；第五，柴油机作为船舶主要的动力装置，相关工作人员已经积累了许多管理经验，形成了较为完善运行体系，可以最大限度地保障船舶运行安全。

2 船舶柴油机与环境

柴油机作为船舶的主要动力装置，具备热效率高，经济性好等特点。随着相关科学技术的发展，柴油机压力不断提高，燃油喷射系统也逐渐完善，热效率进一步提升，相比其他动力装置，柴油机经济性、可靠性表现良好。另外，柴油机作为船舶动力装置，所产生的二氧化碳量也比较少，说明柴油机在工作过程中对自然环境污染最少。但是在柴油机燃烧的过程中，很大一部分能量转化成热能供船舶使用，也有一部分能量转化成了一些有害的物质，从而对环境造成了污染，在很长一段时间中，我国都是以经济发展为主要目的，柴油机较高的经济性和可靠性是船舶选择其作为动力装置的主要原因，但是在目前发展环境下，国家越来越注重环境的可持续发展性，所以如何减少柴油机使用过程中对环境造成的污染，将会是船舶动力装置研究的又一新课题。

3 降低有害物质排放的措施

柴油机在燃烧的过程中不仅会产生二氧化碳，还会产生氧化氮及其他形式的衍生物，如一氧化碳、碳氢化合物等，这些有害物质不仅会对周围环境造成不同程度的污染，而且从长远角度上看，这些有害物质的不断排放是造成全球变暖的元凶，因此国际海事组织针对上述问题提出了相应的法律法规，而船舶厂家也应该采取相应措施，降低有害物质排放，从而保护自然环境。

3.1 降低最高燃烧温度

根据试验数据显示，降低最高燃烧温度可以有效地减少柴油机氧化氮气体排放量，意味着柴油机热效率将会下降，若想达到足够效率，就要增加燃油消耗率，延迟燃油喷射，使发火点和燃烧后移。当采用喷射延迟方法减少氧化氮气体产生时，燃油消耗率会有所上升，为了弥补由于喷射延迟引起热效率降低，可以采用通过以下三种方式进行处理：第一，缩短燃油喷射时间，采用较高喷油压力，改善油头喷孔结构，缩短喷油曲柄转角，改善燃烧混合物，从而使其具备快速、良好燃烧性能；第二，提高压缩比，柴油机目前发展趋势为循环向定压循环，压缩终点压力大大提高，定容燃烧压力得到提升，这种定压循环过程中，柴油机空气喷射定压更加稳定；第三，实现增压空气的冷却，降低空气进机温度，从而降低循环平均温度，采用这种方式虽然能够减少氧化氮气体排放量，但会增加耗油量。

3.2 废气再循环

将柴油机产生废气再次循环之后再排放，有利于降低氧化氮气体排放量，而且这种废气再循环方式也不会影响燃油消耗率，废气再循环方式是从燃烧过程热化学反应来阻止氧化氮气体形成。在柴油机废气中，其主要成分是氮气，但也含有一定量的水蒸气和二氧化碳，水蒸气和二氧化碳的比热都比较大，可以有效地降低火焰温度，从而起到减少氧化氮气体形成的目的。但是利用废气再循环这种方式来降低氧化氮生成量会给柴油机运行带来一定阻碍，废气中含有的颗粒物会引起活塞组件的磨损，由于废弃引入，导致进气温度急剧上升，，减少进气量，有可能引起氧化氮的增加。由于燃烧速度降低，时间延长，废气中的一些杂质容易引起燃烧室、废气锅炉等表面脏污，且硫含量也有可能上升，造成设备腐蚀。

3.3 氧化氮机后处理措施

采用选择催化还原除氧化氮系统，对废弃采用机后处理措施，可以在柴油机本身结构不变且保证其经济性的基础上，起到清除废气中量氧化氮的目的，在进行催化还原反应时必须有氧气存在，而且氧化氮气体处理效果取决于喷入的氨量，因此对喷入氨量进行控制，可以与对应的氧化氮气体进行反应，从而实现对氧化氮气体的有效清除。

4 结语

在未来船舶动力装置的发展中，柴油机作为经济性好、可靠性高的装置，将会继续应用于船舶动力系统之中。但是针对其在燃烧的过程中产生的有害物质，也要加强管控和治理。通过本文研究可知，通过降低最高燃烧温度、进行废气再循环以及氧化氮后处理等方式来能够减少氧化氮产生，总而言之，减少船舶柴油机污染气体排放量，对实现减少环境污染具有重要意义。