淺析現有船舶柴油機的節能措施

李 勇

摘要:本文從管理的角度出發,提出了對現有船舶增效節能的主要途徑。輪機管理人員不僅要保證柴油機安全可靠地運行,還應加強維護保養,并合理使用,努力維持其處于良好的工作狀態,以提高經濟性,降低營運成本。

關鍵詞:節能;船舶柴油機;減速;燃燒;余熱

1降低主機轉速

由于燃油成本占運輸成本的比例由13%增長到45%,甚至超過60%。多數船舶公司出于對航運市場和船舶營運成本的考慮,多采用主機降速運行的節能措施,即所謂的經濟航速。在不影響船期的情況下,若主機選用90%的額定轉速,則其功率降為額定功率的70%左右,此時航速下降約10%,而主機消耗油量下降約30%[1]。實踐證明,主機減速航行是降低船舶營運成本的一項行之有效的措施,但是柴油機長期處于低負荷運行會使燃燒狀態惡化,因此應注意燃燒室周圍的臟污、磨損的加劇及發生振動等問題。

2確保柴油機的燃燒良好

燃油燃燒的好壞,對柴油機的動力性、經濟性和可靠性影響很大。燃燒過程的完善與否主要取決于燃油的品質、正確的噴油定時、良好的油頭霧化工況和足夠的新鮮空氣量。

2.1最大過量空氣系數。

柴油機燃燒過量空氣系數(α值)與掃氣壓力、壓縮壓力和爆發壓力成正比,與排氣溫度和機器熱負荷成反比。提高過量空氣系數即提高掃氣空氣總質量,可提高壓縮壓力并使燃油燃燒完全從而提高爆發壓力,改善柴油機工作狀態,降低機器熱負荷,降低排氣溫度,最終提高總體熱效率[2][3]。應定期清潔增壓器壓氣機進氣濾器。經驗表明,常溫下空冷器清潔劑的清洗效果較差,若將清洗液加溫至50~60℃,清洗效率將大大增加。空冷器上有“U”型壓差計,航行中應注意其進出口壓差,并與試航報告中的數值相比較,以掌握其臟污程度,決定是否沖洗。當壓差超過2kPa時,表明空冷器已嚴重臟污,需解體清潔。此外在管理中對于二沖程機要注意及時清潔進、排氣口(閥)和排氣通道,四沖程機則還要保證正確的氣閥定時,若氣口被堵或氣閥定時不當都會使掃氣效果變差。

2.2保持VIT功能良好。

船用燃油市場廣泛使用CCAI(Calculated CarbonAromacity Index,碳芳香烴指數)表示燃油燃燒性能。大多數船用燃油的CCAI值在800～900之間。依據燃油CCAI[4]值,適時適度調整可變噴射時間裝置(Variable Injection Timing,VIT),可改善燃燒,節省耗油量。實務經驗顯示,燃油CCAI值超過870,燃燒延遲加長,必須考慮燃油燃燒情況和爆炸壓力,相應調整(提前)燃油噴射定時,否則排氣溫度上升,燃燒室積碳。在維護保養時,一定要注意檢查和調整各缸的供油提前角,使其處于最佳供油位置,此時滯燃時間較短,壓力上升適中,最大燃燒壓力值適宜,有較高的熱效率,且耗油率低,柴油機運轉平穩,提前角過大和過小都會引起滯燃期延長,熱效率低,油耗增大。當柴油機燃用劣質燃油時,應適當增大噴油提前角1°～1.5°,保證在上死點附近發火。若主機需要長期降速航行,為了有較大的爆發壓力,一般也會適當增大噴油提前角。此外,噴油泵的凸輪及其傳動部件的磨損,噴油器彈簧疲勞或折斷,新彈簧的調整不當等都會影響噴油定時。

2.3改善燃油品質。

近年來,為降低營運成本,提高競爭力,船舶柴油機普遍使用劣質燃油。劣質燃油的使用會引起缸套和活塞環的磨損、排氣閥的高溫腐蝕、氣缸結炭、噴油嘴臟堵、噴孔變形、針閥漏油、腐蝕等。因此,應采取相應的技術措施,改善燃油的性能。管理中除采用堿性氣缸油和增大噴油提前角外,還應采取以下措施來改善燃油性能,降低燃油消耗。

2.3.1使用前對燃油進行預熱和凈化處理。

燃油使用前的加熱十分重要,一般要求噴油泵進口處的燃油粘度為12~25m2/s。對于劣質燃油中所含的雜質和水分,可通過凈化分離使其降至最小含量。同時應注意燃油的過濾質量,加強對濾器的管理,發現濾網破損應及時修補或換新。

2.3.2保持合適的冷卻水溫。

柴油機運轉時,若水溫過高,會使缸壁潤滑油膜蒸發,磨損加劇,冷卻腔內發生汽化,缸套密封圈迅速老化;水溫過低,柴油機的冷卻強度大,滯燃期延長,使燃燒效率降低。因此,從保證柴油機可靠運轉和節能的觀點出發,柴油機的冷卻水溫應根據說明書的要求調整至正常范圍,以保證氣缸壁的溫度超過硫酸露點,防止形成低溫腐蝕,降低燃料消耗率。

2.3.3選擇合適的添加劑。

根據燃油品種,選擇合適的添加劑,并按要求的比例投放,均勻混合,以改善燃油著火性能,最大程度地利用燃油的熱能。

2.4確保燃油霧化質量良好

燃油霧化質量好,燃油細粒與壓縮空氣充分混合,能使燃燒前的準備時間縮短,即滯燃期短,燃油燃燒完全,柴油機工作平穩。船用柴油機燃油霧化質量的好壞主要取決于噴油器,應根據實際情況對噴油器進行定期的預防性檢查和不定期的診斷性檢查。若發現針閥錐面密封不良,可用極細的研磨膏研磨,再用柴油或滑油研磨。若噴油孔堵塞,可先用煤油浸泡,然后用略小于噴孔直徑的鋼針或鉆頭疏通。但當針閥錐面出現下沉,或噴孔直徑增大10%以上時,應換新的噴油器。此外,裝噴油器時應注意墊片的厚度,否則油頭伸入燃燒室的高度改變,影響霧化角度,使燃油消耗增加。

3節省氣缸油消耗

3.1適時、適度調整氣缸油供油率。

節約氣缸油的前提是保證主機氣缸良好潤滑,應該以說明書給出的相應負荷的注油率為依據。計算氣缸油耗油率的方法很多,例如航次平均耗油率和全速航行耗油率等。機動航行時氣缸油耗油率很難計算,因為主機功率變化大。不少公司要求船舶計算航次平均耗油率,卻以柴油機生產廠家提供的全速航行耗油率作為衡量標準。因為低速航行氣缸油耗油率高出全速航行耗油率很多,這樣做必然迫使船舶降低全速航行氣缸油耗油率,很可能有損主機。正確的做法,是計算全速航行主機運轉某一段時間的氣缸油耗油率(以該時間、該時段的耗油量、該時段的主機功率等計算),并以柴油機生產廠家提供的相應功率的耗油率為衡量標準。

3.2適時檢查主機氣缸潤滑狀況。

柴油機生產廠家提供的氣缸油耗油率也不是絕對標準,最終還要以氣缸潤滑效果為標準。所以,應適時檢查主機氣缸套表面和活塞環有無異狀、掃氣室清潔程度和污油積存量、排煙總管內部干燥程度等,最終判斷氣缸油

注油量是否合適。

4充分利用柴油機余熱

船舶柴油機燃油燃燒產生的熱量中大約40%轉化為柴油機的輸出功,其余通過排氣、冷卻水等排放到船外。目前,柴油機排氣余熱的利用主要是通過廢氣渦輪增壓器將廢氣能量轉換成掃氣空氣的壓力來提高柴油機的功率和效率。利用廢氣鍋爐產生的飽和蒸汽來滿足船員的日常雜用及油艙的加熱保溫,有的大型船舶還將蒸汽過熱后驅動透平發電機進行余熱發電。冷卻水的余熱利用主要是作為海水淡化裝置的熱源。

4.1精心維護廢氣渦輪增壓器。

4.2保持廢氣鍋爐高效工況。作為一種節能裝置,廢氣鍋爐不僅節約燃油,還能起到柴油機排氣消音器的作用。1艘萬t級船舶,利用廢氣鍋爐后每天可節約1t多燃油。若在定期檢查鍋爐時發現內部結有水垢,應及時清除(及時清除煙側的積灰)。

4.3保證海水淡化裝置正常運行。對海水淡化裝置,日常運行中要注意調節給水流量,使給水倍率在3~4左右,同時使蒸發器內水位適宜。調節凝水泵流量,使冷凝器內凝水水位維持在水位計的1/2~1/3高度。調節冷凝器的冷卻海水流量(必要時稍開真空破壞閥),控制真空度在合適的范圍內。控制加熱水流量,維持適當的淡水產量,防止沸騰過于劇烈。

5其他

除了采取上述節能措施之外,還要做好以下工作:

(1)每月計算主機滑油耗量,與主機說明書給出的數據核對,及時發現滑油消耗異常。防止和減少主機及系統滑油外漏。定期清潔、檢查活塞桿填料箱,及時(通常不超過8 000小時)換新其內部的刮油環。定期檢查,防止各缸活塞桿直徑磨損超限(如MAN B&W LMC90是1.5mm[5])。因為活塞桿直徑過度磨損而間隙過大,會增大氣密不良,增加滑油泄漏量,且因雜質污染泄漏的滑油而難以回收再使用。

(2)主柴油發電機盡量達到80%～85%負荷。

柴油發電機,熱效率與其負荷成正比。負荷低,熱效率也低。保持柴油發電機80～85%負荷,可提高熱效率。航行時盡量使用軸帶發電機,軸帶發電機的耗油率,明顯低于主(柴油)發電機,還可以減少輕質燃油的消耗。

(3)平時應加強甲板部和輪機部的聯系,根據實際負荷并車或解列,避免不必要浪費和節約能耗。在保證必要設備運轉情況下,合理分配用電,以減輕發電柴油機的負擔。降低輕油耗量、提高經濟性。

參考文獻:

[1]葛鴻翔主編.船舶柴油機.北京:科學出版社,1996.

[2]張葆華,盧士勛.輪機員實用手冊[M].人民交通出版社,1990.

[3]M.David Burghardt.James.A Harbach,Engineering.Harper Collins Colle

ge Publishers,Thermodynamics 4thed 1993.

[4]Neil Cockett.Practical guides on Bunkers[M].LLP London,1997.

[5]Instructions for 50-90MC MCE type engines.operation.MAN B&WDiesel A/S Copenhagen,Denmark 2000.