船舶柴油機(jī)動力裝置與環(huán)境的研究

金瑞生

（中交天航濱海環(huán)保浚航工程有限公司，天津 300450）

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的不斷加快，環(huán)境污染問題日漸突出，如何在大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)保護(hù)我們賴以生存的環(huán)境，是當(dāng)前所有產(chǎn)業(yè)需要仔細(xì)思考的問題。為了解決經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中的環(huán)境破壞問題，國家提出了“經(jīng)濟(jì)發(fā)展新常態(tài)”發(fā)展規(guī)劃，放慢了經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐，加強(qiáng)了環(huán)境保護(hù)力度。以本文研究的船舶采油機(jī)動力裝置為例，國家提倡選擇污染力度較小的柴油機(jī)裝置，將環(huán)保理念落實(shí)到實(shí)處，實(shí)現(xiàn)啟用裝置低污染革新，遵守以保護(hù)環(huán)境為前提的經(jīng)濟(jì)發(fā)展理念，對船舶啟動過程中產(chǎn)生的廢氣垃圾按照相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理，解決氧化氮等有害氣體排放問題，減少船舶柴油機(jī)動力裝置對環(huán)境的污染。

1 柴油機(jī)在船舶動力裝置中的地位

柴油機(jī)是船舶最主要的動力裝置，其主要原因是柴油機(jī)裝置具有以下幾種特點(diǎn)：第一，在船舶的熱機(jī)能制造中，柴油機(jī)熱效率最高，最大可達(dá)到55%，相比其他動力裝置，柴油機(jī)作為船舶主要動力裝置的性價(jià)比最高；第二，柴油機(jī)作為船舶主要動力裝置，具有較高可靠性，柴油機(jī)作為船舶主要動力裝置已經(jīng)有百年歷史，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，柴油機(jī)設(shè)計(jì)制造公司一直致力于研究和改善柴油機(jī)性能，提升其可靠性，如今已經(jīng)取得了顯著成就；第三，柴油機(jī)作為船舶動力裝置已經(jīng)有了百年歷史，其性能不僅得到了極大提升，而且在實(shí)際使用過程中，與柴油機(jī)共同配合的其他裝置也隨著系統(tǒng)提升而發(fā)生改變，其他裝置技術(shù)和質(zhì)量得到了很大提升，可以說目前船舶已經(jīng)形成了比較完善的柴油機(jī)動力裝置動力系統(tǒng)；第四，隨著科學(xué)技術(shù)和自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，部分先進(jìn)技術(shù)已被應(yīng)用到柴油機(jī)設(shè)備制造中，促進(jìn)了柴油機(jī)裝置智能化與自動化，使船艙動力裝置成為集高新技術(shù)與自動技術(shù)于一體的先進(jìn)裝置；第五，柴油機(jī)作為船舶主要的動力裝置，相關(guān)工作人員已經(jīng)積累了許多管理經(jīng)驗(yàn)，形成了較為完善運(yùn)行體系，可以最大限度地保障船舶運(yùn)行安全。

2 船舶柴油機(jī)與環(huán)境

柴油機(jī)作為船舶的主要動力裝置，具備熱效率高，經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)。隨著相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，柴油機(jī)壓力不斷提高，燃油噴射系統(tǒng)也逐漸完善，熱效率進(jìn)一步提升，相比其他動力裝置，柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性、可靠性表現(xiàn)良好。另外，柴油機(jī)作為船舶動力裝置，所產(chǎn)生的二氧化碳量也比較少，說明柴油機(jī)在工作過程中對自然環(huán)境污染最少。但是在柴油機(jī)燃燒的過程中，很大一部分能量轉(zhuǎn)化成熱能供船舶使用，也有一部分能量轉(zhuǎn)化成了一些有害的物質(zhì)，從而對環(huán)境造成了污染，在很長一段時(shí)間中，我國都是以經(jīng)濟(jì)發(fā)展為主要目的，柴油機(jī)較高的經(jīng)濟(jì)性和可靠性是船舶選擇其作為動力裝置的主要原因，但是在目前發(fā)展環(huán)境下，國家越來越注重環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展性，所以如何減少柴油機(jī)使用過程中對環(huán)境造成的污染，將會是船舶動力裝置研究的又一新課題。

3 降低有害物質(zhì)排放的措施

柴油機(jī)在燃燒的過程中不僅會產(chǎn)生二氧化碳，還會產(chǎn)生氧化氮及其他形式的衍生物，如一氧化碳、碳?xì)浠衔锏龋@些有害物質(zhì)不僅會對周圍環(huán)境造成不同程度的污染，而且從長遠(yuǎn)角度上看，這些有害物質(zhì)的不斷排放是造成全球變暖的元兇，因此國際海事組織針對上述問題提出了相應(yīng)的法律法規(guī)，而船舶廠家也應(yīng)該采取相應(yīng)措施，降低有害物質(zhì)排放，從而保護(hù)自然環(huán)境。

3.1 降低最高燃燒溫度

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，降低最高燃燒溫度可以有效地減少柴油機(jī)氧化氮?dú)怏w排放量，意味著柴油機(jī)熱效率將會下降，若想達(dá)到足夠效率，就要增加燃油消耗率，延遲燃油噴射，使發(fā)火點(diǎn)和燃燒后移。當(dāng)采用噴射延遲方法減少氧化氮?dú)怏w產(chǎn)生時(shí)，燃油消耗率會有所上升，為了彌補(bǔ)由于噴射延遲引起熱效率降低，可以采用通過以下三種方式進(jìn)行處理：第一，縮短燃油噴射時(shí)間，采用較高噴油壓力，改善油頭噴孔結(jié)構(gòu)，縮短噴油曲柄轉(zhuǎn)角，改善燃燒混合物，從而使其具備快速、良好燃燒性能；第二，提高壓縮比，柴油機(jī)目前發(fā)展趨勢為循環(huán)向定壓循環(huán)，壓縮終點(diǎn)壓力大大提高，定容燃燒壓力得到提升，這種定壓循環(huán)過程中，柴油機(jī)空氣噴射定壓更加穩(wěn)定；第三，實(shí)現(xiàn)增壓空氣的冷卻，降低空氣進(jìn)機(jī)溫度，從而降低循環(huán)平均溫度，采用這種方式雖然能夠減少氧化氮?dú)怏w排放量，但會增加耗油量。

3.2 廢氣再循環(huán)

將柴油機(jī)產(chǎn)生廢氣再次循環(huán)之后再排放，有利于降低氧化氮?dú)怏w排放量，而且這種廢氣再循環(huán)方式也不會影響燃油消耗率，廢氣再循環(huán)方式是從燃燒過程熱化學(xué)反應(yīng)來阻止氧化氮?dú)怏w形成。在柴油機(jī)廢氣中，其主要成分是氮?dú)猓埠幸欢康乃魵夂投趸迹魵夂投趸嫉谋葻岫急容^大，可以有效地降低火焰溫度，從而起到減少氧化氮?dú)怏w形成的目的。但是利用廢氣再循環(huán)這種方式來降低氧化氮生成量會給柴油機(jī)運(yùn)行帶來一定阻礙，廢氣中含有的顆粒物會引起活塞組件的磨損，由于廢棄引入，導(dǎo)致進(jìn)氣溫度急劇上升，，減少進(jìn)氣量，有可能引起氧化氮的增加。由于燃燒速度降低，時(shí)間延長，廢氣中的一些雜質(zhì)容易引起燃燒室、廢氣鍋爐等表面臟污，且硫含量也有可能上升，造成設(shè)備腐蝕。

3.3 氧化氮機(jī)后處理措施

采用選擇催化還原除氧化氮系統(tǒng)，對廢棄采用機(jī)后處理措施，可以在柴油機(jī)本身結(jié)構(gòu)不變且保證其經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，起到清除廢氣中量氧化氮的目的，在進(jìn)行催化還原反應(yīng)時(shí)必須有氧氣存在，而且氧化氮?dú)怏w處理效果取決于噴入的氨量，因此對噴入氨量進(jìn)行控制，可以與對應(yīng)的氧化氮?dú)怏w進(jìn)行反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)對氧化氮?dú)怏w的有效清除。

4 結(jié)語

在未來船舶動力裝置的發(fā)展中，柴油機(jī)作為經(jīng)濟(jì)性好、可靠性高的裝置，將會繼續(xù)應(yīng)用于船舶動力系統(tǒng)之中。但是針對其在燃燒的過程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)，也要加強(qiáng)管控和治理。通過本文研究可知，通過降低最高燃燒溫度、進(jìn)行廢氣再循環(huán)以及氧化氮后處理等方式來能夠減少氧化氮產(chǎn)生，總而言之，減少船舶柴油機(jī)污染氣體排放量，對實(shí)現(xiàn)減少環(huán)境污染具有重要意義。