船舶柴油机废气排放的控制研究.pdfVIP

船舶柴油机废气排放的控制 集美大学 吕江波 I内容摘要1本文阐述了控制论船舶柴油机废气排放的必要性及法规，重点突出了NO,的生 成机理，水重油乳化法及选择还原催化法((SCR)在控制NO、排放上的应用，探讨电子控制 的喷射技术在船舶废气排放控制方面应用的前景。 关键词:船舶柴油机 废气排放 NO、排放控制 Ep子控制喷射 当今世界范围内人们对环境污染问题的关注与日俱增，生态环境的要求日趋严格。控 制发动机有害气体排放的要求日益强烈，对车用发动机各国均制定了自已的限制排放的法 规，并且排放法规日趋严苛。随着船舶航运业的发展，船舶动力废气排放对大气环境污染 越来越严重。据瑞典报导，一台中速大功率柴油机每年运转4000h，约产生1500tNO, 在全球范围内，船舶废气引起的大气污染约占5%-10%，局部地区(如挪威，已达30%一。钩， 尤其船用发动机废气对内河和沿海港口的大气污染和温室效应已引起了世界性的重视。船 舶柴油机废气排放对大气造成的潜在危害已受到IMO,MEPC,WHO及其它机构和各国 政府部门的高度重视。 柴油机排放的有害物质包括:NOSOX,CO,CO2,HC及PM{微粒，碳烟)等.SOX会引起酸 雨。NOX是促成酸雨和雾形成的主要因素，对人体的健康不利，N20则对臭氧层有很强的 破坏作用，CH4,C02等可导致温室效应，而Cc〕的毒性己为人所共知。 柴油机废气中的NO,来自两方面，一是空气中的氧在高温时氧化而成。另一个则是 燃油中氮化合物，全部最终氧化为NO,，它约占废气中NO:的200/,30%e空气中N:生成 的NO、的化学反应过程很复杂，与温度和反应时间等关系很大。温度越高，生成的NOx 越多，通常温度每升1000C,NO、的排放量会增加二倍，化学反应的温度为13000C;反应 时间越长，NO、的含量也不同。试验表明，缸径增大，NO,增加:转速越低，NO,越高。 因此 当缸径增大转速降低时，要减少NO,就越难。而且NOX的降低往往会使柴油机的油 耗增加。因此，如何降低柴油机的NO,排放而又不使油耗增加是今后的研究课题。 废气中so的生成，主要与然油中的含硫量有关。在燃烧过程中燃油中的硫分全部氧 化生成为so,，主要是减少燃油中的含硫量。但降低燃油含油量会使燃油价格提高。另外， 硫分有助于改善气缸润滑，故低硫燃油的使用可能影响气缸的润滑。而降低燃油含油量应 由炼油厂解决。柴油机中燃烧不完全的碳氢化合物的排放渔通常是较低的，有时因喷油系 统设计方面的一些缺陷所致，如喷嘴针阀跳动、喷嘴压力、油腔体积等，但这些缺陷是能 够排除的。 燃油以一定数量燃烧后，产生的Cot量是一定的。故要减少C02量，只能降低油耗， 或是降低燃油中的含碳量，增加含氢量。目前在各类热机中柴油机的热效率是最高的，所 以相对来说，柴油机的油耗是最低的，其废气排放中的C02a1也是最低的。 柴油机废气中微粒物质主要来自嫩油和润滑油。若采用精炼的轻质油来替代重质油， 虽可减少废气中的微粒量，但它有悖于经济性的提高。而提高喷油压力。改进空气与燃油 的混合质量，可以减少微粒的生成，但须确保系统的可靠性。同时降低润滑油的消耗也可 减少废气中的微粒量。 由上可见，柴油机废气中造成大气污染的主要是so、和NO,，而NO、更是主要的控制对 象。 1船用发动机的排放法规 为了限制船用柴油机的废气排放。IMO要求占世界NO,的排放量7%的海船柴油机降 低30%NO,的排放，且对各种机型的废气排放物的具体要求因转速而异，低速机NO二排放 量的要求比中，高速宽松些。工MO/MPECBCH提案中规定N。、的排放量分别为: 17g/(kw.hxn-300r/min),45ng/(kw.h)(130r/minn-2000r/min),9.84g/(kw.h)(n2000r/min). IMO第21次会议提出的99年船用低中，高速柴油机的NO}排放限制更严格，分别为 13g/(kw.h),IIgl(kw.h),9g/(kw.h);美国联邦政府(多项废气排放标准比加州都推迟1年执行) 和欧州对非公路用发动机的排放标准如表一和表二所示。可见，如何控制和减少船舶柴油 机废气排放以适应越来越严格的法规要求，已成为各国柴油机制造厂家和航运公司迫切需 要解决的问题。 表I加利福尼亚州非公路用发动机排放标准 一圭2欧洲非公路用发动机排放标准 类 别