張世鴻

（湖南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410100）

船舶柴油機(jī)的廢氣排放污染防控研究

張世鴻

（湖南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410100）

2016 年，國(guó)家頒布了《船機(jī)標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)船舶柴油機(jī)廢氣排放有了新的要求。文章分析了船舶柴油機(jī)尾氣排放的主要危害物種類、排放法規(guī)的實(shí)施對(duì)船舶柴油機(jī)動(dòng)力裝置的影響，以及柴油機(jī)有害排放的控制措施。

船舶柴油機(jī)；廢氣；污染控制

為貫徹《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》《中華人民共和國(guó)水污染防治法》和《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》，防治污染，保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境，保障人體健康，環(huán)境保護(hù)部公告2016 年第 56 號(hào)文頒布了《船舶發(fā)動(dòng)機(jī)排氣污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第一、二階段）》等五項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)為國(guó)家污染物排放標(biāo)準(zhǔn)?！洞瑱C(jī)標(biāo)準(zhǔn)》的實(shí)施，將降低船舶氮氧化物和顆粒物等一次污染物的排放，對(duì)削減二次顆粒物、臭氧等二次污染物也具有重要作用。新標(biāo)準(zhǔn)還將推進(jìn)船用燃料品質(zhì)升級(jí)，促使所有在用船舶全面減排，對(duì)促進(jìn)船舶污染防治技術(shù)進(jìn)步，改善沿海、沿江及港口城市環(huán)境空氣質(zhì)量具有重要意義。

1 船舶柴油機(jī)尾氣排放的主要危害物

柴油機(jī)燃用 HC 化合物燃料完全燃燒時(shí)，只產(chǎn)生 CO2、H2O，沒(méi)有其它有害產(chǎn)物。由于可燃混合氣在燃燒前和燃燒中是在極短時(shí)間完成的，混合氣不均勻程度較嚴(yán)重。在高溫富氧環(huán)境下易生成 NOX，在高溫缺氧環(huán)境下不完全燃燒生成 CO和炭煙粒子，在低溫及混合氣過(guò)稀條件下易生成 HC。燃油中的硫燃燒生成 SO2及 SO3。

2 排放法規(guī)的實(shí)施對(duì)船舶柴油機(jī)動(dòng)力裝置的影響

隨著排放法規(guī)的實(shí)施以及排放法規(guī)的逐步嚴(yán)格，將對(duì)柴油機(jī)的研制開發(fā)、制造及使用產(chǎn)生巨大的影響，甚至在某種程度上引導(dǎo)著柴油機(jī)的發(fā)展方向。

（1）對(duì)船舶柴油機(jī)發(fā)展的影響。影響氮氧化物（NOX）生成的主要因素是柴油機(jī)氣缸中的燃燒過(guò)程，它和柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作過(guò)程參數(shù)、運(yùn)行工況、各輔助設(shè)備和系統(tǒng)的工作質(zhì)量都有關(guān)系。降低氮氧化物（NOX）排放的方法主要是機(jī)內(nèi)處理和機(jī)后凈化。機(jī)內(nèi)處理方法的關(guān)鍵是有效控制燃燒過(guò)程；采用機(jī)后處理方法雖然不會(huì)影響柴油機(jī)的熱效率，但設(shè)備的增加必然引起船舶初造價(jià)的提高和船員維護(hù)管理工作的增加。

（2）對(duì)船用柴油機(jī)燃油的影響。SOx 排放物的多少主要是由燃油中的硫分所決定的。降低燃料含硫量是減少?gòu)U氣中氧化硫產(chǎn)物的唯一有效方法。脫硫處理后，燃料的價(jià)格也會(huì)上升，燃料費(fèi)用增加。另外一種除去廢氣中氧化硫的方法是水洗。但是在每一條船上裝設(shè)龐大的氧化硫處理設(shè)備，不論從經(jīng)濟(jì)角度還是從環(huán)保角度都存在一定的問(wèn)題。

3 柴油機(jī)有害排放的控制措施

柴油機(jī)排放物控制的重點(diǎn)：NOX與顆粒，其次是 SOx。研究表明，要有效控制柴油機(jī)有害物的排放，必須從柴油機(jī)的燃燒過(guò)程的改進(jìn)、排氣后處理以及改善燃油品質(zhì)入手。有害排放的控制措施：機(jī)前處理、機(jī)內(nèi)處理和機(jī)后處理。

3.1 燃燒過(guò)程的改進(jìn)

（1）高壓噴射。噴射高壓和短噴油持續(xù)期，改善霧化質(zhì)量，加大噴油速率，卷入油束空氣量增加，燃油與空氣混合和燃燒速度加快，顆粒排放降低。

（2）推遲噴射。增大噴油提前角，發(fā)火前噴入氣缸的燃油量多，爆燃嚴(yán)重，最高燃燒溫度較高，NOX的生成量較多；反之，NOX的生成量較少。因此，推遲噴射可減小缸內(nèi) NOX的生成量。

（3）電控噴射及引導(dǎo)噴射。實(shí)現(xiàn)高壓噴射和引導(dǎo)噴射,根據(jù)工況變化對(duì)噴油規(guī)律最優(yōu)控制，既保證柴油機(jī)性能又抑制NOx 與顆粒。

（4）排氣再循環(huán)（EGR）。EGR 是使部分排氣再次進(jìn)入氣缸進(jìn)行循環(huán)，一般可使約 10%～20%的廢氣再次進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸。采用 EGR 后，由于進(jìn)氣中氧濃度降低和熱容量的增加，可獲得較低的燃燒速度從而降低 NOX生成（降低 30%～40%）。

（5）噴油器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。不同的噴油器型式和結(jié)構(gòu)對(duì) NOX形成有著重大的影響，燃油的噴射強(qiáng)度也有影響?，F(xiàn)代柴油機(jī)平均有效壓力的提高要求增加噴油器的流通面積，導(dǎo)致噴油器壓力室的容積增加，噴油結(jié)束時(shí)殘存在壓力室中的燃油會(huì)滴入燃燒室，如果滴油較多，這些油不會(huì)完全燃燒，則可能形成碳煙、HC、增大 NOx 排放量并在燃燒室形成沉積。

（6）新型燃燒方式?！皟呻A段燃燒系統(tǒng)”和“稀薄燃燒系統(tǒng)”等。

3.2 加水處理

加水處理的原理是通過(guò)采取措施使一定量的水進(jìn)入氣缸，由于水的汽化潛熱很高，可以在燃燒過(guò)程吸收大量的熱量，從而降低最高燃燒溫度，減少 NOX排放量。

（1）燃油乳化。是將燃油摻水形成乳化油在柴油機(jī)中進(jìn)行燃燒，當(dāng)向柴油機(jī)噴入乳化油時(shí)，乳化油中的水被蒸發(fā)，使燃燒溫度峰值下降，能較大幅度地減少 NOX排放。

（2）進(jìn)氣加濕。是將水以高壓水霧的形式，在壓氣機(jī)后噴入增壓空氣中的。為防止水霧凝結(jié)，有時(shí)要通過(guò)加熱提高增壓空氣的溫度，加熱是利用空氣冷卻器來(lái)完成的。這種方法可使 NOX排放減少 50～60%而不會(huì)提高燃油消耗率，同時(shí)還可以降低主機(jī)的熱負(fù)荷并改善缸套清潔條件。

（3）廢氣后處理。對(duì)排出的廢氣在進(jìn)入大氣前進(jìn)行處理，使廢氣中有害成分的含量進(jìn)一步降低。例如：對(duì)碳煙等微粒的捕集，如水洗法、催化轉(zhuǎn)化（SCR）法、靜電分離法、離心分離、微粒過(guò)濾法等。其中，SCR 法是目前大幅降低 NOX排放的最有效方法。

Study on Pollution Control of Exhaust Emission from Marine Diesel Engine

ZHANG Shi-hong
（H unan Communication Polytechnic，Changsha，H unan 410100，China）

In 2016，the state promulgated “Ship Engine Standard”，which stipulates new requirements on the ship diesel engine exhaust emissions.This paper analyzes the main harmful species of marine diesel engine exhaust emissions，the influence of the implementation of emission regulations on marine diesel engine power units，and the control measures of diesel engine harmful emissions.

marine diesel engine；exhaust gas；pollution control

U664.121

A

2095-980X（2016）12-0052-01

2016-11-27

張世鴻（1979-），湖南邵陽(yáng)人，大學(xué)本科，主要研究方向：工科。