探析船用柴油機排放后處理技術

陳周君

摘 要：本文從船用柴油機排放后處理技術應用重要性分析入手，對當前船用柴油機排放后處理技術進行了總結，重點介紹了電控單體泵技術、選擇性催化還原技術、廢氣再循環技術等應用，并就船用柴油機排放后處理技術發展趨勢進行了分析，明確技術創新與聯合應用是船用柴油機實現節能減排與可持續競爭發展的關鍵所在。

關鍵詞：船用柴油機;排放處理技術;節能減排

引言：基于能源危機與環境污染問題的嚴峻化發展以及海上事業的迅速發展，世界對船舶廢氣排放給予了明顯確定。加強船用柴油機排放后處理技術研究，提升船用柴油機節能減排效益成為新時期相關企業以及工作人員關注與研究的重點所在，是實現船用動力柴油機可持續競爭發展的前提基礎。以下是筆者對船用柴油機排放后處理技術的幾點認識，意在拋磚引玉。

1、船用柴油機排放后處理技術應用重要性分析

船用柴油機是船舶動力系統重要設備，其性能、質量的高低對船舶行業發展存在重要影響。隨著近些年柴油機設計與研發技術的不斷提升，柴油機性能得到大幅度改善，具備了節能、減排、降耗等特征，利于船舶行業綠色化發展。但從整體層面來看，我國船用柴油機廢氣排放處理能力仍與國外存在較大差異，需要在不斷研究中得到強化與改進。通常情況下，船用柴油機運行過程所排放的CO2、SOx、NOx、硫酸鹽顆粒、碳煙顆粒、未燃盡柴油等均會在不同程度上污染環境，為人類生存與發展帶來嚴重危害[1]。加之，隨著近些年海洋事業的高速發展，船舶數量增多，船舶柴油機排放物對環境的影響加大。因此，面對日漸嚴峻的環境污染問題，有必要加強船用柴油機排放控制力度，降低排放物質對環境的損害與影響。與此同時，隨著世界對能源問題、環境問題、生命健康問題關注度的不斷提升，關于船舶廢氣排放國際海事組織給予了明確規定，船用法規日益嚴格。因此，加強船用柴油機排放后處理技術研究，提升船用柴油機節能減排效益，成為柴油機生產及其應用行業，可持續競爭發展的客觀要求與必然趨勢。

2、幾種船用柴油機排放后處理技術及應用分析

分析國內外船用柴油機排放后處理技術研究現狀，發現技術存在多樣性特征，且不同技術所具有的工作原理、應用優勢也不同。以下是較為先進的幾種技術。

2.1電控單體泵技術

在船用動力柴油機系統中，單體泵的作用在于促進噴射壓力的產生。通常情況下，燃油供給系統主要由單體泵、供給泵、燃油噴注器等構成[2]。運行時，供給泵將燃油送入單體泵內腔，并形成高壓。當單體泵中的電磁控制閥通電后，燃油進入供油管路，當其中的燃油壓力超過噴嘴動作壓力后將噴油;當電磁控制閥斷電后，燃油壓力下降，噴油停止。多數實踐證明噴油量、噴油時間等控制對船用柴油機排放后處理存在重要影響。提高噴油控制質量，利于船用柴油機節能減排效益提升。而電控電梯泵技術的科學運用，將傳統機械控制轉變為電磁控制，可提高控制靈敏度，滿足船舶柴油機運行燃油噴射實時控制要求，使船用柴油機排放滿足相關規定與要求。

2.2選擇性催化還原技術

選擇性催化還原技術是目前應用較為廣泛的后排放處理技術。通常情況下，船用柴油機選擇性催化還原系統由還原劑存儲系統、控制系統、選擇性催化還原反應器、混合裝置等構成。其中還原劑存儲系統主要由尿素泵、噴嘴、供應管等共同組成，在部件結合應用下能夠根據系統運行狀況進行尿素供給以及流量調整。控制系統通常由還原劑噴射控制單元、吹灰控制單元以及廢氣旁通控制單元等構成，承擔著還原劑控制、壓縮空氣量控制以及系統整體運行狀態監控重要職責。選擇性催化還原反應器是廢氣發生選擇性催化還原反應的重要場所，也是船用柴油機選擇性催化還原系統應用作用有效發揮的核心所在。在對其進行設計時，需要從多層面分析，確保催化劑活性參數與反應器結構參數科學、合理，以最大程度實現船用柴油機排氣有害物質的轉化與處理。混合裝置應用的目的在于使廢氣進入反應器之前能夠與尿素還原劑混合，便于反應質量與效率提升。船用柴油機選擇性催化還原系統應用過程中，涉及到的反應重要有“4HO+4NH3+O2=4H2+6H2O;6NO2+8NH3=7N2+12H2O”。選擇性催化還原技術應用的優勢在于脫硝效果好能夠降低NOx排放。但由于所使用的催化劑具有一定毒性，且對氨氣噴入量的控制要求較高，仍需要在不斷研究中進行改進與完善。

2.3廢氣再循環技術

船用柴油機廢氣再循環技術能夠在降低NOx排放量的同時，提高廢氣再利用率，讓船用柴油機具備更高燃燒效率，達到節能減排雙重目的。由船用柴油機燃燒特性可知，氮氧化合物是船用柴油機主要排放物質，包括一氧化氮、二氧化氮、四氧化二氮、一氧化二氮、三氧化二氮、五氧化二氮等，其中一氧化氮所占比例最高。要想降低氮氧化合物排放量，除從源頭處進行控制外，也可以排放后處理。而廢氣再循環技術，則是通過構建往復循環系統，適當增加柴油機氣缸中的惰性氣體，降低混合氣中的氧濃度，從而破壞高壓、高溫環境下氮氧化合物的生成條件，達到廢氣減排目的。在應用廢氣再循環技術時，為確保其作用有效發揮，需要根據船舶柴油機運行工況確定廢氣再循環技術介入時機。通常情況下，船用柴油機處于低負荷運行狀態時，所排放的氮氧化合物較少，故可不介入廢氣再循環系統;船用柴油機處于暖機狀態時，氣缸溫度不高，介入廢氣再循環系統后可能對柴油燃燒產生不利影響，降低船用柴油機運行綜合效益，故不需要介入該技術。

2.4其他排放處理技術

除電控單體泵技術、選擇性催化還原技術、廢氣再循環技術外，噴水技術、船用柴油機燃燒優化技術、DOC聯合PDF技術等科學運用，會在不同程度上降低NOx排放，使船用柴油機滿足MOTierIII限。與此同時，既有研究發現，多技術結合應用所獲取的節能減排效果要好于單技術應用。例如，將廢氣再循環技術與柴油機微粒捕集器相結合，能夠實現船用柴油機廢氣中氮氧化合物與有害顆粒的有效處理，降低柴油機排氣對環境的污染;將柴油機燃燒優化技術與選擇性催化還原技術有機結合，可提高柴油機燃燒效率，避免燃燒不充分增加排氣有害物質，達到PM與NOx共同降低目的。

3、船用柴油機排放后處理技術的發展趨勢分析

隨著科學技術的不斷發展，船用柴油機排氣后處理技術將得到不斷完善，并涌現出其他新技術，以獲取更好污染物凈化、清除效果。與此同時，效益協同提升將成為船用柴油機排放控制技術研究的主流方向。在此過程中，可通過污染物源頭處理技術、后排放處理技術等結合應用進行具體體現。此外，柴油機自身性能的提升，也是降低船用柴油機PM、NOx等排放的重要手段。對此，可加強柴油機設計單位、生產企業與使用單位合作力度，能夠根據產品應用要求，進行柴油機針對性設計。另外，在信息技術、自動化控制技術等高速發展下，可提高柴油機電控水平，讓柴油機控制系統更智慧、更靈活。

4、結論

我國船用柴油機節能減排水平在近些年發展中雖然得到提升，但與國外相比仍存在一定差異。因此，面對船用柴油機廢氣排放的標準化發展，有必要加強柴油機節能減排技術研究力度，促進后排放處理水平不斷提升。在此過程中，應堅持技術創新，善于后排放處理技術靈活與聯合運行進行性能強化，以滿足排放要求。

參考文獻：

[1]楊林勇.基于SCR技術提升船用柴油機技術及應用控制措施[J].中國水運（下半月），2020，20（08）：55-57.

[2]閆安，富文軍.高壓共軌柴油機DOC/POC/SCR后處理系統的開發研究[J].內燃機與配件，2020（03）：24-26.

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