船用柴油机排放控制技术.docVIP

PAGE  PAGE 15 船用柴油机排放控制技术 　　摘要：本文结合工作实际，主要介绍目前在市场上应用的船用柴油机高污染排放控制技术。柴油发动机一直以高热效率以及高扭矩的优异性，被广泛应用在船舶推进领域。多年来，船用发动机的发展也一直侧重于强化其经济性、可靠性、机动性等优异性能的表现上，但由于转速较低、燃烧爆压高以及使用劣质燃料等原因也存在着高污染排放（Emissions）、噪声较大等问题。随着全球污染加剧，人们对生活品质和环境要求的不断提高，其中船舶柴油机废气排放已日益引起人们的重视。许多国家和国际组织积极采取各种有效措施， 把限制船舶排放物对大气的污染提到了议事日程。由于使用的燃料以及其自身特性原因，船用发动机在燃烧时产生的氮氧化物（NOX）和硫化物（SOX），是主要高污染排放的根源。 　　不论是发动机性能提升或污染排放成因的探讨，最终还是都得回到对发动机缸内燃烧工况的探讨。污染排放的形成受到许多复杂因素的影响，许多研究都集中在优化喷油嘴设计、调整喷油正时、改变燃烧室形状等方法，根据这些基本思路目前市面上出现的新型升级版发动机基本上能满足IMO排放标准II的要求。然而要达到排放标准III的要求，目前出现的技术主要集中在对排气的净化处理或者是使用新型燃料。 　　关键词：环境污染 船用发动机 SOX NOX 双燃料 SCR 　　1 概述 　　1.1船舶排放污染 　　当今世界，尤其是中国，环境保护已经刻不容缓。近年来， 我国经济持续快速发展，对石油资源的需求不断增长。据统计，2013年我国石油消费量约为4.9亿吨，由此造成的大气污染也越来越显著。主要表现在这几年在中国部分城市冬季出现的严重雾霾现象越来越突出，出现频率也越来越高。近年来已经开始注意的到船用柴油废气排出所造成的污染问题，这些污染物质夹带致癌成份进入人体，而导致呼吸系统的疾病。而传统柴油发动机在压缩行程末了时将柴油喷入，燃烧室中之燃油及空气混合不均匀，因局部缺乏足够氧气燃烧，易形成一氧化碳（CO）以及黑烟，且燃烧不完全的燃料也转化为HC排放至大气中。喷雾中央为油气过浓（Fuel Rich） 区域，使燃烧室的某些区域产生非常高的燃烧温形成氮氧化物（NOX）。同时，船用柴油机大量使用劣质重质柴油，其含有大量硫磺成份，经燃烧后生成硫化物（SOX）排入大气。由于劣质燃料的使用，也产生大量黑烟粒子（Particulate）。它们都具有强烈的腐蚀性，同时对人类生理也有刺激影响，可造成较大危害。由于船用大型柴油技术升级，提高了过量空气系数比，燃烧相对比较完善，因此在其污染排放废气中的一氧化碳和未燃径的数量相对较少。其主要有害排放为成分氮氧化物（NOx）、硫化物（SOx）。因此，对船用柴油排放的限制，主要是对氮氧化物、硫化物以及烟尘颗粒的限制。 　　1.2 IMO MARPOL 排放限制公约 　　船舶污染排放控制为IMO（国际海事组织）制定实施。 　　1990年9月，IMO在《防止船舶的空气污染及燃油品质》文件中提出了船舶污染排放控制指标。 　　1995年9月，IMO第37次海洋环境保护委员会会议提出新增“MARPOL 73/78公约”附则VI。附则分为两章，共计19条和4个附录。IMO防止船舶大气污染的目的是将船舶NOX的排放量削减至现有水平的70%和50%，以及使用优质燃油。 　　1997年 ，IMO第39次海洋环境保护委员会会议通过“MARPOL73/78公约”附则VI，即“防止船舶造成大气污染规则”。其适用于所有除游艇和渔船外，总吨位大于500吨的货轮。同时，会议还通过了“船用柴油机发动机氮氧化物释放控制技术规则”。 　　2000年开始，IMO实施了严格的NOx排放标准。 　　2008年10月，IMO必威体育精装版修正的MARPOL公约附则VI，对NOx排放以及使用燃油的含硫量提出了三个阶段等级的限制要求，及Tier I 至Tier III。 　　IMO 规定， SOx和PM降到等效排放的减排技术均可接受。为满足IMO对船用柴油机有害排放等级的要求， 国内外各大船用柴油机研发制造企业均相应在原有机型上做出了改进，或开发出新的满足排放标准的机型。 　　2 有效较少NOx的解决方案（IMO 排放等级II） 　　现代直喷式柴油发动机在压缩行程末段时，喷入燃油燃烧，造成局部浓油在预混燃烧阶段温度最高造成 NOx 较高。研究NOx的生成原理，得知NOx生成的基本主要因素为瞬时燃烧温度和氧气浓度。温度越高，氧气浓度越大，则NOx生成量越大。控制NOx的生成，也就是最就是要控制燃烧反应瞬时的温度，以及控制氧气过量系数。为达到此目的的方式都通称为缸内处理技术。它们包括采用电子控制喷射技术，改进优化燃烧室结构，改进增压技术以及采用可变喷气/排气定时等，来