节能减排背景下的新型船舶技术浅析

刘书宁

随着我国社会经济的飞速发展，我国的船舶行业也取得了较为显著的发展成效，在船舶的正常运行过程中，柴油机起到了不可或缺的重要作用。柴油机的使用过程中，燃料的燃烧、尾气排放等都涉及到能源消耗问题。在节能发展背景下，船舶柴油机为了更好地适应节能发展，应该不断研究新型船舶推进节能技术并投入使用，只有这样才能有效推动我国节能工作的顺利落实。

船舶柴油机 ;新型船舶;节能技术

全球经济的飞速发展背后是全球生存环境的一再恶化，在破坏环境的因素中，船舶柴油机也占据了一定的比例。船舶柴油机的排泄费用也面临着较大的要求，为此，相关工作人员需要在确保柴油机正常工作的前提下日益降低碳排放。所以在实践中需要达到节能减排的要求，积极的研发新技术，以有效的控制污染物的产生，保证船舶在航行中所产生的废弃物质量达标，对于环境的改善起到积极的影响作用。

1 通过不断改进燃料的燃烧流程达到节能目的

1.1充分发挥以电控制为中心的高压共轨喷油技术作用

这种技术的落实主要是以电控制为中心的，充分发挥高压油泵的作用提升燃油压力，然后通过共轨管对燃油进行增压，利用电磁阀实现对喷油的控制。通过对这项技术的应用，能使喷油时的压力不会受到以往脉动式特性的制约与影响，使供油与喷油真正实现独立，保证喷油准确性，完成对燃烧过程的改善，保证燃烧效率，减少污染及噪音的产生与排放。近几年，共轨技术发展迅速，相应的系统结构越来越完善，共轨管正被蓄压器取代，实现蓄压功能。

1.2 充分发挥高增压技术的作用提升节能水平

要想从根本上提升柴油机的自身压力，并在确保柴油机正常运行的基础上降低油耗，增压器需要不断提升高增压技术水平。就目前来看，在国际上比较主流的产品，其增压比已经可以达到5.2。然而，提高压比在改善机组性能上的贡献并不大，所以要对增压系统实施进一步改善。现阶段可在性能改进上发挥作用的增压系统包括废气旁通、可变截面等 。

1.3 充分发挥新燃气技术的作用提升节能水平

柴油燃烧过程中，产生的一些有害物质含量大都达到了相关的临界值，从这个角度来看，通过控制新燃气技术的边界，能够达到超低排放的目标。对此，很多地区都相继开展了新理论及新技术的开发研究，产生了很多诸如均质压燃与低温燃烧等新技术。其中，均质压燃主要采用低火焰温度和压缩自燃着火等方式，在提高热效率的同时，降低氮氧化物等物质的排放。然而，因柴油有很高的黏度，但自燃温度与挥发性都很低，所以对空气和燃油之间的混合进行改善，并减慢燃烧反应速度成为专项新技术的关键所在。基于此，产生了很多新的燃烧模式，如 MK 燃烧和 PCCI 等 。

2 通过运用替代燃料达到节能目的

为了降低环境污染力度，我们可以选择一些替代燃料把柴油燃料替换下来，常见的燃料有：燃料电池、甲烷、有机类燃料，都属于二次能源，有很高的储量，而且还能减小对环境造成的污染。现在为这项技术开发研制的新机型包括 ：生物燃料新能源发动机、气体燃料新能源发动机与双燃料新能源发动机。其中，双燃料新能源发动机能对柴油与液化天然气进行交替使用，和传统只能使用柴油的发动机相比，能提高燃料混合使用的灵活性，并降低污染物的排放。它在燃料混合使用方面具有的灵活性可以体现在所有输出范围当中，燃油与燃气两种模式随意进行切换。气体燃料新能源发动机的利用能在很大程度上对发动机污染排放进行改善，适应现阶段的法规要求，然而，由于受到燃料运输和补充及安全性等因素的影响，现在常用的机型仍然主要是中速发动机。对于其他种类的新能源，如风能与太阳能等，尽管在短时间内还不能变成船舶首选燃料类型，但是一种很好的补充能源，也能起到理想的减排效果 。

3 通过合理控制尾气排放和科学处理达到节能目的

3.1 通过合理控制硫氧化合物的排放达到节能目的

通过调查可以看出，柴油机燃料中，硫能够完全燃烧，生成硫氧化合物，并且燃料中的硫含量与生成物的含量息息相关，为了降低硫氧化合物的排放，我们可以使用含硫量相对较低的燃料，如天然气和生物燃料等，也可对燃烧产生的硫氧化合物进行后处理，如干法、半干法与湿法脱硫。对于在船舶中使用的柴油机，可借助海水洗涤系统对硫氧化合物进行处理。该系统海水吸收烟气当中的硫氧化合物，原理为海水中的碳酸根和碳酸氢根离子会与硫氧化合物发生反应。整个处理过程无需添加其他化学试剂，而且操作成本很低，产物主要为硫酸盐，对海水不会造成污染，本身就是海水的组成部分之一。

3.2 合理控制氮氧化合物的排放达到节能目的

通常情况下，合理控制氮氧化合物的排放能够有效提升节能水平，具体做法如下：首先，提前处理好燃油。比如使用氮含量较低的燃料或者对其进行乳化处理;其次，对柴油机结构进行适当的改进或改造，如采用缸内喷水技术、废气再循环技术、扫气空气加湿技术等 ;再次，对燃烧后产生的废气进行后处理，可采用 SCR 技术和AR 技术等实现。当采用燃油乳化技术时，能减少15%～20% 的氮氧化合物排放;当采用 DWI 技术时，能减少50%～60% 的氮氧化合物排放;当采用SCR技术时，能减少85%～90% 的氮氧化合物排放;当采用湿空气动力技术时，能减少70% 左右的氮氧化合物排放;当采用 CASS 技术时，能减少50%～60% 的氮氧化合物排放。

对燃油进行提前乳化处理能够达到节能目的，主要是通过超声波和機械的搅拌让燃油呈现出乳化状态，能够促进燃油的完全燃烧，同时因水具有吸热与稀释作用，所以还能降低燃烧温度，起到减少氮氧化合物排放的作用。SCR属于剂量系统，当温度在290～350℃时，把尿素或氨气等具有还原作用的溶液导入到排气当中，和氮氧化合物基于催化剂的作用发生催化还原，最终使氮氧化合物变成水和氮气。EGR的原理为将部分废气冷却与过滤后，重新引入到进气管当中，降低燃烧之前缸内总含氧量，此时因废气当中有二氧化碳和水，因其比热容很大，所以能降低燃烧温度，实现对氮氧化合物产生的有效控制。对于湿空气动力技术，它主要采用加湿进气的方法来降低燃烧温度，控制氮氧化合物的产生及排放。同时，它还能彻底取代冷却器，对进气口处的空气进行有效的冷却处理。实践表明，通过对这项技术的引入，能减少近3/4氮氧化合物的排放。另外，它还支持将海水作为气源，利用废气对锅炉进行加热，在目前的船舶中极为适用。

3.3 通过合理控制PM的排放达到节能目的

在传播柴油机的尾气排放过程中，PM占据较大的比例，PM的过量排放将会危害人体健康，当前可以通过机内控制和机外的净化完成对其控制。对于机内控制，是指通过喷油压力的改善等来提高油气混合质量 ;而机外净化是指采用 DPF、IESI等装置对废气中的 PM 进行净化。其中，DPF，即微粒捕集器，它的使用最为普遍，将其安装于排气部位后，能通过对燃烧器、催化剂与氧化器等的综合利用实现 PM 的氧化分解及燃烧。它的应用能减少70%～80% 的 PM 排放量，但会使排气背压有所升高，导致功率降低。另外，排气背压还会随着装置上微粒数量的增多而提高，因此，当采用这项技术时，应重视并做好沉积微粒的处理 。

4 提升能量综合利用有效性

在燃料燃烧过程中产生大量的热量，其中，水和废气将会带走一半的热量，如果把剩余的热量回收利用，能够有效降低能耗。基于此，就出现了能量综合利用设想，即通过对能源回收与综合利用技术的应用，提高所有能量的实际利用率，将船舶动力系統产生的排放降到最低水平。

5 结束语

在船舶的正常运行过程中，柴油机是一种必不可少的动力来源，节能发展背景下，我国的石油资源供不应求，作为船舶系统中主要耗能与排放设备，必须通过技术开发和研究来有效降低能耗及排放。现代传播柴油机采用的节能减排技术能够彻底的提升燃料的利用率，并且能够改善气体的排放，在实践中需要根据实际情况采取技术的优化，全面的提升燃烧工作效率，为改善大气环境做出必要的贡献，也能够促进我国机械技术的提升。

参考文献

[1]庄国生，任多.船舶柴油机节能减排技术及其应用探讨[J].内燃机与配件，2018（18）：36-37.

[2]鲁悦.现代船舶柴油机节能减排技术研究[J].科技展望，2016，26（20）：178.

[3]李伟楠，郑卫刚.浅谈船舶柴油机节能减排技术[J].变频器世界，2016（07）：53-54+67.