船用低速柴油机节能减排关键技术发表时间：2019-03-14T16:13:17.700Z 来源：《建筑模拟》2018年第34期作者：张成博[导读] 随着我国经济的飞速发展，船舶运输业迎来了大发展的时代。

与传统的蒸汽机相比，船舶所装载的柴油机以其自身效率高、能耗低以及大功率的优势得到广泛应用。

张成博上海中船三井造船柴油机有限公司上海市 201306摘要：随着我国经济的飞速发展，船舶运输业迎来了大发展的时代。

与传统的蒸汽机相比，船舶所装载的柴油机以其自身效率高、能耗低以及大功率的优势得到广泛应用。

但是，由于船舶柴油机的污染随着应用范围的扩大而对环境的破坏愈加严重，与国家提出的“节能减排，推动经济可持续发展”的理念严重不符。

因此，开展船舶柴油机的节能减排技术研究就具有十分现实的意义。

基于此，本文详细探讨了船用低速柴油机节能减排关键技术，旨在促进节能减排目标的实现，以减少对环境的污染，实现船舶行业的可持续发展。

关键词：船用低速柴油机；节能减排；关键技术 1 船用低速柴油机节能减排关键技术 1.1 低速机节油技术1.1.1 滑阀式喷油器滑阀式喷油器的最大特点就是将针阀轴延长至喷油嘴内部，阀轴延长段内部镂空、上部开有小孔，允许燃油通过小孔进入阀轴延长段的内部，再从底部穿出、经喷嘴下部边缘的针孔喷入气缸。

针阀轴延长段的下部外缘与油嘴内缘在针孔上部形成密封，以防止燃油沿延长轴的外缘经喷嘴针孔漏入气缸。

滑阀式喷油器取消了原有的“喷射雾化腔”，这样可以降低油耗，而且也消除了喷油器由于密封不严发生滴漏的问题，从本质上改善了缸内燃烧过程，显著降低了氮氧化物的排放，进而减少了排烟管中的积碳，并且降低了诸如碳氢化合物、氮氧化物及颗粒物的排放。

据实船试验，7S50MC-C 和7S60 MC-C 机型在所有负荷下，其甲烷（CH4）排放量和废气排放量均可比传统机型降低75%左右。

1.1.2 经济喷嘴技术经济喷嘴（EcoNozzle）是一种低成本的喷油器改造设计装置， EcoNozzle 在喷油器本体上的改造仅仅是将原喷油器4 孔结构改造为5孔，虽然只是多开了1 个孔，但是整个燃烧控制已重新设计。

改进的燃料喷射模式优化了火焰形状和燃料输送，从而优化SFOC，燃料可节约2 g/(kW·h)～7g/(kW·h)。

1.1.3 经济凸轮经济凸轮（EcoCam）装置可用于改装配有单涡轮增压器的机械二冲程发动机。

EcoCam 装置采用“虚拟凸轮”原理，凸轮线型通过调节液压推杆油量来液压控制。

EcoCam 装置能利用“虚拟凸轮”调整废气阀的定时，从而增加最大气缸压力，在船舶发动机低速航行时实现燃料节约。

在传统柴油机上，灵活的废气气阀定时只有电控发动机才能实现，而EcoCam 可使凸轮机械控制的发动机也实现灵活定时。

经过2次独立测试，使用EcoCam 可节约燃料2 g/(kW·h)~5 g/(kW·h)，如图2 所示。

当采用低负荷运转方式时，由于发动机低负荷运转会影响扭转振动和NOx 排放水平，为避免伤害发动机，或者使NOx 排放水平与IMO 法规不符，EcoCam 装置能计算新的扭转振动和NOx 排放水平。

1.1.4 iCOlube 智能船舶润滑油系统 iCOlube 智能船用润滑油系统与汽缸油输送泵平行安装，且始终保持发动机在最佳状态。

它从沉淀柜和储油柜中抽取油，并通过集成泵将其输送到2 个日用柜中（1 个用于高硫燃料，另1 个用于低硫燃料）。

该装置易于安装，可根据日用柜内启停油位自动控制启停。

该技术不仅可以使发动机运行更加方便，而且还将为保护环境做出重大贡献。

由于iCOlube 智能船用润滑油系统将使发动机总是以优化的润滑油注油率和最适宜的碱值（BN）运行，因此将减少碳沉积和冷腐蚀风险，反过来，就意味着将延长大修间隔，从而减少对备件的需求。

在校准和调整后，只需要对燃油硫含量进行确认。

该系统自动计算汽缸油的最佳比例，使系统油效率的提高更进一步。

从气候变化方面考虑，iCOlube 智能船舶润滑油系统的生命周期评估结果显示，该系统能够减少13%的二氧化碳排放。

1.1.5 气缸油自动混合系统气缸油自动混合系统（ACOM）对2 种被认可的不同碱值的气缸油进行混合，如低碱值气缸油与高碱值的气缸油混合。

ACOM 单元由3个油柜组成：1 个低碱值的气缸油柜、1 个高碱值的气缸油柜以及1 个混合优化碱值的气缸油柜。

当ACOM 单元安装在船上，气缸油日用柜可以取消不用。

ACOM 单元直接从气缸油储存柜抽取气缸油。

采用ACOM 单元时，事先通过做气缸油扫描试验得出最佳的气缸油注油速率因子（ACC 因子）。

混合后，气缸油碱值范围从BN25 到BN100 或更高，可以确保在任何时候以最小的注油速度供给最佳碱值的气缸油，使气缸油用量显著减少。

1.2 低速机排放控制技术1.2.1 经济增压器经济增压器（EcoCharge）是一种二级涡轮增压器，其涡轮增压效率之所以高于一级涡轮增压器，主要是因为中间冷却器。

中间冷却器位于低压级与高压级涡轮增压之间，能够大幅减少将进气压缩到高压所需的能量。

涡轮增压效率的提高会对发动机产生即时的影响，还有助于减少米勒循环过程中的NOx 排放量。

EcoCharge 系统可提高扫气效率，使发动机的燃油效率更高。

发动机生产商可根据功率输出和发动机尺寸改装二级涡轮增压器。

1.2.2 高压、低压选择性催化还原技术选择性催化还原（SCR）是一种废气处理方法，通过该方法可以将船用柴油机中产生的氮氧化物降低到符合Tier III 要求的水平。

SCR 过程的一个重要参数是进气温度。

最低的温度限制取决于燃料中的硫含量和随后形成的气体中的硫酸含量。

在较低的温度下，硫酸被氨中和，形成一种粘性产物硫酸氢铵（NH4HSO4），它可能在可控硅元件中积累。

这种反应可以通过保持废气的高温来抑制。

当燃料中的硫含量小于或等于0.1%时，大约310℃的温度就足够了。

在较低的排气压力下，所需的最低温度将较低。

为避免硫酸氢铵的形成，进气温度需要有最低值，但另一方面，温度也不能太高，因为温度过高将增加SO3的形成。

高温时，另外一种不太希望发生的反应是NH3的氧化反应，当废气温度超过500°C 时，NH3将氧化，从而使NH3消耗增加。

除此之外，催化剂在500℃~550℃以上时可能会熔融。

SCR 系统可以作为高压装置（SCR-HP）适用于低或高硫燃料，或作为低压装置（SCR-LP）仅适用于低硫燃料。

SCR-HP 通常布置在高压侧，如废气涡轮增压器前，根据负荷情况，高压侧温度比低压侧高50℃~175℃。

但是即使SCR 反应器布置在高压侧，在低负荷时，废气的温度仍然太低。

所以在低负荷下，可将扫气箱的空气旁通，使进入气缸的空气减少但空气压力不降低，从而使得废气温度升高，这种方法可提升SFOC。

SCR-LP 使用在燃油硫含量较低的场合，因而可以布置在低压侧，如涡轮增压器废气端之后。

其同样有低负荷时，废气温度仍然太低的问题，SCR-LP 的应对方法是将增压器高压侧的废气部分旁通至低压侧，这同样会提升SFOC。

1.2.3 废气再循环技术废气再循环（EGR）是降低船用柴油机NOx 生成的一种方法，通过这种方法，可以使排放满足Tier III 要求。

在EGR 系统中，经过冷却和清洗过程后，废气的一部分再循环到扫气箱。

这样，扫气中的一部分氧就被燃烧过程中的CO2所代替。

这种置换降低了氧含量，提高了扫气的热容量，从而降低了燃烧的温度峰值、减少了NOx的生成。

NOx的减少与再循环废气量几乎成线性比例。

有2种不同的匹配方法适用于EGR系统：针对缸径小于或等于70 cm 的柴油机，可配置1 台涡轮增压器，EGR 系统使用旁通的方式调节；缸径大于或等于80 cm 的柴油机，可配置2 台涡轮增压器，EGR系统使用时将涡轮增压器切断，控制工作的涡轮增压器数量。

配置旁路匹配的EGR 系统有2 个回路，即1个主回路和1 个EGR 回路，可用于直接将扫气导入扫气箱，其原理如图5所示。

主回路具有使所有扫气通过涡轮增压器压缩机和扫气冷却器的能力。

EGR 回路让高达40%的废气通过预喷射、EGR 单元（废气再循环冷却器和水雾捕集器）在主回路混合。

带旁通的EGR 系统有2 种工作模式，即Tier II 模式和Tier III 模式。

如此，可满足不同排放要求，避免了经过排放控制区的船舶在非排放控制区持续工作在Tier III 模式下，导致燃油消耗的增加。

增压器切断匹配的EGR 系统中有3 个回路，即1个主回路、1 个切断回路和1 个EGR 回路。

该系统可将扫气直接引导到扫气箱中。

主回路可使70%的扫气通过基本涡轮增压器和扫气冷却器。

切断回路可使40%的扫气通过切断增压器、EGR 单元（EGR 冷却器和水雾捕集器），再通过平衡管进入扫气箱。

废气再循环回路可引导40%的废气通过预喷射器和EGR 单元到主回路中的混合点。

3 结束语综上所述，船舶运输仍然是未来的运输业的主题，作为船舶动力的来源-船舶柴油机，船舶柴油机的发展，应该与运输业的发展同步，伴随着国际上对节能、排放法规日益严格，石油资源的日益少，船舶柴油机需要进行不断的技术研发以及加到新能源的利用率。

参考文献：[1]杨子龙.船舶柴油机节能减排技术发展趋势[J].柴油机，2013，03：21-24.[2]赵春生.船舶柴油机节能减排技术的研究与应用[J].黑龙江科技信息，2014，36：134.。