船用柴油機排放控制技術

馬世學 徐凱峰 于宇

摘 要：現階段，柴油發動機在船舶推進領域得到了較為廣泛的應用，然而由于船用發動機轉速較低、使用的燃料過于劣質，導致高污染排放問題一直得不到有效緩解。對于船用發動機來說，經濟性和機動性一直是其發展的重點方向，同時高污染排放和噪聲問題也已經受到人們越來越多的關注。在此情況下，為減少環境的污染，滿足人們日益提高的環境要求，采取措施對船舶有害物質排放進行限制已經刻不容緩。本文闡述了船用柴油機高污染排放控制技術，以期對船用柴油機排放控制技術的發展有所幫助。

關鍵詞：船用柴油機；排放；控制技術

在船用柴油機的運行過程中，會有大量的污染物排放在空氣中，帶來嚴重的環境污染。大氣污染是全球性問題，需要世界各國及國際組織共同努力降低船舶柴油機排放對環境的影響。據調查可知，歐盟于2010年做出明確要求，在其港口作業超過兩小時以上的船舶不能使用含硫量大于0.1%燃油。我國也在近期提出了相關實施方案，對一些水域船舶排放進行控制，減少NOx、PM2.5和SOx的排放量，改善我國的沿海區域的空氣質量。

1 船用柴油機高污染排放的危害

1.1 船用柴油機的排放污染

隨著經濟的發展，我國對石油的消費量也逐漸增多，導致我國大氣狀況不容樂觀，近幾年我國國內的霧霾現象已經十分嚴重。其中導致我國環境問題突出的主要元兇之一便是船用柴油廢氣，這些污染物對環境造成了嚴重的影響，進而危害到人們的身體健康。船用柴油廢氣不僅含有較多的致癌物質，還對人們的呼吸系統造成極大的壓力。針對于傳統的船舶柴油機，人們一般會在發動機壓縮尾聲噴入柴油，此時燃油和空氣混合極為不均勻并因為局部缺乏氧氣而產生一氧化碳和黑煙，黑煙粒子一般擁有腐蝕性，容易對人體造成嚴重的影響。同時燃料因為燃燒不完全容易轉化為HC，給大氣造成嚴重污染。船用柴油機一般使用含有較多硫磺的劣質重質柴油，一旦燃燒就會生成對大氣環境危害較大的硫化物，危害很大。現階段船舶柴油技術通過升級，已經極大的減少了未燃徑和一氧化碳的排放量，船用柴油廢氣的主要污染物成分已經變成了硫化物和氮氧化物。所以目前船用柴油機排放控制技術主要針對的除了煙塵顆粒以外，就是硫化物和氮氧化物。

1.2 船用柴油機有害排放對生存環境的危害

對船用柴油機的排放氣體氣體進行分析，我們一般將其分成兩種，一種是空氣和汽油不完全燃燒的產物，稱為有害成分，主要包括一氧化碳、硫化物、氮氧化物、HC化合物和碳煙、硫酸鹽、未燃燒燃油、潤滑油等有害物質。有害成分雖然在排放氣體中含量比例很低，一般在1～5%的范圍內，但對大氣環境造成了嚴重的污染。舉例來說，酸雨會給建筑物和植物帶來較為嚴重的破壞，而使酸雨產生的主要因素就是硫化物和氮氧化物。另一種是空氣和汽油的完全產物，成為無害氣體，主要有二氧化碳、氮氣、水蒸氣、過剩氧氣等物質。此外，排放物二氧化氮屬于溫室氣體，可在同溫層進行大氣反應，對環境造成嚴重的影響。同時也會影響人們的身體健康，情況嚴重時會降低人體血液輸氧的能力以及人體呼吸系統的協調能力。

2 船用柴油機有害物排放控制技術

2.1 提高燃油品質

2.1.1使用乳化油

使用乳化油可以有效的減少船用柴油機在燃燒過程中產生的氮氧化物。在解決船舶腐蝕噴射系統的前提下，使用乳化油也能夠有效降低耗油率和煙度。當前船舶推進領域對乳化油技術研究已經較為成熟，乳化油技術已經到了實踐階段，很多船舶在制造過程中已經考慮到了乳化油技術的應用問題。舉例來說，M AN-B&W公司經過深入研究制造了7 L90 GSCA 柴油機，其中在20000kW波多黎發電設備的安裝中就應用了乳化油技術。此外，在上世紀末期，日本在研制“N ippon-Maru”號訓練船的發電設備時也應有了乳化油技術，根據檢測數據，該發電設備處于百分之五十以下的負荷端狀態時，氮氧化物的排放效率沒有明顯降低，但若是該發電設備處于百分之五十以上的負荷端狀態時，氮氧化物的排放會隨著負荷的提高而產生愈加降低的效果。

2.1.2 代用燃料

對于船舶來說，可以適宜的把船用燃料替換成乙醇、甲醇、液化天然氣等新型燃料。但為了提高能源利用率，也要對船用發動機進行必要的改裝。

2.2 缸內處理技術

對缸內處理技術來說，一旦降低氮氧化物的排放量就會嚴重影響到經濟性，所以無法對排放標準進行規范。在此基礎上，優化油煙機的工作特性就成為相關研究人員重點研究的方面。目前相關研究人員主要研究的技術是改進燃燒技術和改進增壓技術。前者指的是對電子控制噴射技術進行合理應用，可以在低負荷狀態時有效的降低黑煙排放，在高負荷狀態時有效的降低氮氧化物排放；后者有效的使空氣中冷卻器冷卻度有所提高，并使高廢氣渦輪增壓器增壓度也有顯著的提高。不但提高了經濟性，也抑制了氮氧化物的生成。

2.3 后處理技術

后處理技術在船舶方面的應用主要有兩種，第一種是廢棄補燃，主要應用方法是把廢氣充入蒸汽鍋爐中，然后通過調節附加油的方式使廢棄能夠充分的燃燒，進而有效的降低氮氧化物的排放量。第二種使選擇性催化還原法，這種方法可以使排放標準的制定更加嚴格規范，合理的采用選擇性催化還原法可以有效地降低氮氧化物的排放，緩解船用柴油機高污染排放的問題。

3 結語

綜上所述，船用柴油機的高污染排放嚴重危害大氣環境，已經引起人們越來越多的關注。在此情況下，很多國家或國際組織已經采取了相關的措施來降低船用柴油機的排放污染。本文從船用柴油機排放的實際情況出發，闡述了船用柴油機高污染排放的危害，并對船用柴油機有害物排放控制技術進行了深入研究，分析了提高燃油品質、缸內處理技術和后處理技術，以期對船用柴油機排放控制的發展提供幫助，改善大氣環境。

參考文獻：

[1]龐海龍，鄧成林，姚廣濤，等.船用柴油機有害物排放控制技術[J].船舶工程，2011（1）.

[2]吉恒松，張程程，張州榕，等.船用柴油機實現低NOx燃燒的數值模擬[J].江蘇大學學報（自然科學版），2013（4）.

[3]呂林，許建華，徐萬毅，等.柴油品質對船用柴油機顆粒與煙度排放的影響[J].內燃機工程，2010（4）.