王博(天津?yàn)I海博泰海事工程技術(shù)有限公司 天津 300451)

一、前言

在柴油機(jī)的排放過程中，氮氧化物無疑是占據(jù)主體地位的污染物。隨著人們對(duì)環(huán)境問題的關(guān)注，人們加大了對(duì)該問題的研究力度。而生物柴油作為一種良好的替代品，在使用后，氮氧化物的排放量會(huì)大幅度提高。因此筆者對(duì)這個(gè)問題展開研究。

二、生物柴油的特點(diǎn)分析

1.生物柴油具有良好的環(huán)保性能

環(huán)境保護(hù)是我國的基本國策之一，生物柴油的良好環(huán)保性能滿足我國可持續(xù)發(fā)展的大方向。生物柴油與其他的柴油相比，其中的硫的成份較少?，F(xiàn)階段在石油能源的使用過程中，脫硫問題是一個(gè)十分重要的難題，與此同時(shí)石油能源的使用會(huì)產(chǎn)生酸雨，酸雨對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了巨大傷害。所以，生物柴油的使用可以減少酸雨，創(chuàng)造良好的環(huán)境，為人類提供良好的居住環(huán)境。

2.生物柴油具有良好的可再生性

生物柴油是一種可再生資源，并且來源于植物，通過光合作用而生成這種化學(xué)能源，所以是一種可再生能源，供應(yīng)量能夠得到很好的保障。

三、船舶柴油機(jī)NOx的生成機(jī)理

在船舶柴油機(jī)燃燒的整個(gè)過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的化合物，其中氮氧化合物被稱為氮氧化合物，主要包括NO、N2O4、N2O、NO2等，在這些氣體中，所占比例最大的為NO，其次是NO2，剩余氣體的所占比例相對(duì)較少。NO2是NO中部分地再與剩余的氧氣反應(yīng)后生成的。通常認(rèn)為NO是在火焰前鋒和火焰后的已燃區(qū)產(chǎn)生的?，F(xiàn)常用擴(kuò)展的捷爾杜維奇鏈反應(yīng)機(jī)理來解釋NO生成:

氧的高溫離解:O2—2O(1)

NO生成開始:O+N2—NO+N(2)

N+O2—NO+O(3)

N+OH—NO+H（4）

當(dāng)溫度很高時(shí)，O2受高溫的作用分解，發(fā)生直鏈反應(yīng)，從分子結(jié)構(gòu)的角度來說，O2分子與N2分子相比，O2分子比較容易，但是N2分子的分解就比較困難。在上述的幾個(gè)反應(yīng)式中，（2）、（3）反應(yīng)式對(duì)溫度的要求很高，所以NO很大程度上受到溫度的影響。其中（4）受到反應(yīng)物濃度的影響，在筆者的論述中暫時(shí)不考慮此反映。

筆者結(jié)合自己的經(jīng)驗(yàn)和一些柴油機(jī)的燃燒情況，得出了如下結(jié)論，氮氧化物的生成受很多因素影響，在以往的氮氧化物生成控制過程中，主要考慮從溫度，噴油提前角等角度出發(fā)，下圖為與噴油提前角有關(guān)的變化曲線。

圖1、不同噴油提前角時(shí)NOx隨負(fù)荷變化曲線

四、影響NOx排放的主要因素分析

對(duì)于柴油機(jī)的燃燒過程而言，NOX的生成和排放量受到了多種因素的影響，其中包括氧氣的濃度，燃燒的時(shí)間、燃燒的溫度、噴油提前角等幾個(gè)主要的因素。而對(duì)于不同的柴油機(jī)而言，這些因素又存在差異，這主要是由于不同柴油機(jī)的參數(shù)不同，例如排氣系統(tǒng)的具體參數(shù)，柴油機(jī)的工作狀況，系統(tǒng)的參數(shù)等等。簡(jiǎn)單而言，柴油機(jī)的整體構(gòu)造，使用狀況，具體的功能，工作的具體環(huán)境等都會(huì)對(duì)NOX的排放產(chǎn)生影響。下面筆者就幾個(gè)因素簡(jiǎn)單分析。

1.進(jìn)氣溫度

進(jìn)氣溫度的高低一方面取決于環(huán)境溫度，另一方面也取決于增壓空氣中間冷卻器的冷卻度。降低進(jìn)氣溫度，意味著壓縮終了時(shí)的溫度的降低，從而也抑制了燃燒溫度的升高，有利于抑制NOx的生成率。因此采用高換熱性能中冷器，增大冷卻度，對(duì)減少NOx的排放有益。船用柴油機(jī)，由于其燃油在氣缸內(nèi)的燃燒主要是非均相擴(kuò)散燃燒，為了保證完全燃燒和降低氣缸熱負(fù)荷的目的，通常其過量空氣系數(shù)均很大，一般在1.1～.23之間，從而空燃比較大，燃燒室內(nèi)富余的氧量大，有促進(jìn)NOx生成的趨勢(shì)，但這又與柴油機(jī)的負(fù)荷有關(guān)。

取不同負(fù)荷下（100%，75%，50%，25%），100%轉(zhuǎn)速時(shí)，溫度從0℃到35℃變化時(shí)的柴油機(jī)NOx排放結(jié)果進(jìn)行分析。得出以下結(jié)論：

柴油機(jī)的NOx排放負(fù)荷有關(guān)，在高負(fù)荷時(shí)，NOx的排放與溫度成正關(guān)系，溫度升高則排放量升高。而在低負(fù)荷下，進(jìn)氣溫度的改變基本對(duì)NOx的排放無明顯影響。

2.供油提前角影響

供油提前角是指在壓縮行程中，噴油泵開始供油的瞬時(shí)到活塞上止點(diǎn)的曲柄轉(zhuǎn)角;噴油提前角是指在壓縮行程中，噴油器開始噴油的瞬時(shí)一到活塞上止點(diǎn)的曲柄轉(zhuǎn)角。

在柴油機(jī)的實(shí)際工作過程中，可以把上述兩種情況下的曲柄的轉(zhuǎn)角都?xì)w結(jié)為噴油提前角。噴油的時(shí)間和噴油提前角有很大關(guān)系，并且會(huì)影響預(yù)混合油量，例如，當(dāng)噴油提前角較大時(shí)，柴油機(jī)汽缸內(nèi)的混合油量較大，在燃燒過程中，溫度會(huì)急速加大，氮氧化物的生成會(huì)增大，排放會(huì)增多。

五、控制船舶柴油機(jī)NOx排放技術(shù)

綜合上文筆者對(duì)船舶柴油機(jī)氮氧生成的過程以及排放影響因素的分析，筆者做出如下總結(jié)：對(duì)于船舶柴油機(jī)來說，影響其氮氧排放的主要因素有進(jìn)氣溫度，空氣與燃油的混合情況，燃燒整個(gè)過程的時(shí)間長(zhǎng)短等。要想做好對(duì)氮氧化物排放的控制，可以從氮氧化物本身的化學(xué)性質(zhì)以及其生成原理這兩個(gè)方面入手，下面筆者進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹說明。

通常情況下，我們把船舶柴油機(jī)的氮氧化物排放的控制方式非為機(jī)外凈化技術(shù)和機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)兩種。而結(jié)合筆者多年的工作經(jīng)驗(yàn)可知，其中SCR是一種現(xiàn)階段運(yùn)用比較廣泛并且相對(duì)而言比較成熟的技術(shù)。

首先，對(duì)其中的摻水技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。摻水技術(shù)的主要原理是通過摻水來降低燃燒過程中的溫度，通過改變環(huán)境溫度來減少氮氧化物的生成量，效果比較顯著。但是摻水方法有一個(gè)比較大的劣勢(shì)，在這個(gè)技術(shù)使用的過程中，需要對(duì)船舶柴油機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)做出比較大的改動(dòng)，對(duì)資金的需求比較大，需要的輔助設(shè)備比較多。相對(duì)而言，很多企業(yè)比較愿意采用控制燃燒法。通常而言，燃燒的整個(gè)過程是決定氮氧化合物生成的關(guān)鍵所在，一般可以通過改進(jìn)燃燒室等技術(shù)來對(duì)該過程進(jìn)行控制，從而減少氮氧化合物的排放。

采用新型燃燒室可使得進(jìn)氣形成渦流或強(qiáng)渦流，邊、角等部位組織形成微渦流，促進(jìn)燃油與空氣均勻迅速的混合，燃燒更充分且燃燒持續(xù)期短。因此可適當(dāng)調(diào)整延遲噴油，縮短燃燒過程的時(shí)間，可以在保證燃油消耗量變化不大的情況下，降低最高燃燒溫度，從而降低NOX的排放。

為了保證在燃燒過程中燃油能夠與空氣進(jìn)行最大程度的混合和接觸，可以改變噴嘴的結(jié)構(gòu)，改變噴射壓力。通過上述方法能夠確保噴霧的細(xì)度，以此來促進(jìn)燃燒的速度。通過提高混合的均勻程度以及提高噴霧的細(xì)度可以確保燃油的充分壓縮，當(dāng)溫度不斷增高時(shí)，可以減少滯燃期，這樣比較容易燃燒，當(dāng)燃油的噴入量很少時(shí)，燃燒溫度也會(huì)隨之降低，以此來降低氮氧化物的生成。

結(jié)束語

使用生物柴油除了可以達(dá)到環(huán)境保護(hù)的效果之外，其經(jīng)濟(jì)性也非常好。通過筆者的分析研究可知，可以使用生物柴油和普通柴油進(jìn)行合理配比，但是要明確的是，雖然可以通過改變配合比改變氮氧化物的排放量，但是并不能影響排放的規(guī)律。

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