基于IMO附則VI的船舶柴油機(jī)NOx排放研究.pdf

1、隨著全球環(huán)境的日益惡化和人們環(huán)保意識(shí)的逐漸加強(qiáng)，控制發(fā)動(dòng)機(jī)有害氣體排放的要求日益強(qiáng)烈，船舶柴油機(jī)排放廢氣中的SO<,x>和NO<,x>等對(duì)大氣環(huán)境造成的污染己引起國(guó)際社會(huì)廣泛的關(guān)注。基于此，IMO的MARPOL73／78公約在1997年新增了附則VI《防止船舶造成空氣污染規(guī)則》，以加強(qiáng)對(duì)大氣污染的法律控制，并從2005年5月19日起，附則VI已正式開(kāi)始實(shí)施。這就對(duì)我國(guó)的船舶工業(yè)提出了更高的要求，本論文通過(guò)對(duì)船用柴油機(jī)排放的國(guó)際公約、國(guó)內(nèi)

2、外船用柴油機(jī)排放的研究現(xiàn)狀進(jìn)行研究，針對(duì)NOx排放在單缸機(jī)上進(jìn)行了噴油正時(shí)和外部EGR的試驗(yàn)研究，并結(jié)合某船舶柴油機(jī)的實(shí)際NOx排放測(cè)試結(jié)果進(jìn)行實(shí)例分析，得出適合我國(guó)國(guó)情的降低排放措施。 一、綜述了船舶柴油機(jī)排放的IMO國(guó)際公約及地方性法規(guī)，并對(duì)我國(guó)的船舶柴油機(jī)排放現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，同時(shí)綜述了國(guó)內(nèi)外降低船舶柴油機(jī)排放的幾種常用的解決措施。通過(guò)比較分析，采用噴油正時(shí)優(yōu)化、外部EGR兩種方案是凈化效果較好且具有經(jīng)濟(jì)性好和技術(shù)實(shí)現(xiàn)容易的

3、特點(diǎn)，今后可以率先在我國(guó)現(xiàn)有船舶上進(jìn)行改造。SCR方法雖然對(duì)降低NOx最有效，但是初次投資費(fèi)用最貴，且今后還原劑(尿素)的費(fèi)用比重油高6倍，如果經(jīng)常去排放控制區(qū)域，通過(guò)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)可考慮采用此方案。 二、噴油提前角對(duì)柴油機(jī)的排放特性有決定性影響，這種影響主要通過(guò)改變滯燃期、燃燒溫度和燃燒產(chǎn)物的溫度變化歷程不同而改變了有害排放物的生成量。通過(guò)延遲噴油，可顯著改善NOx的排放量，但過(guò)多延遲會(huì)使柴油機(jī)的排溫和油耗顯著增加。本論文在研究了

4、噴油正時(shí)對(duì)NOx排放影響的同時(shí)，進(jìn)一步闡述延遲噴油對(duì)降低NOx排放的影響： 1．一定程度的噴油延遲可明顯改善NOx排放，并不導(dǎo)致油耗的顯著上升，這是今后在船舶實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該采用的點(diǎn)； 2．如果噴油延遲過(guò)大，雖然顯著改善NOx排放，但導(dǎo)致了CO和HC排放的上升的同時(shí)，增大了燃油消耗，這是今后在船舶實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該避免的。 3．要解決降低污染物排放與保證發(fā)動(dòng)機(jī)性能之間的矛盾，較好的辦法是采用柴油機(jī)電子控制技術(shù)或智

5、能噴油系統(tǒng)。智能噴油系統(tǒng)可以綜合考慮影響燃油霧化和混合氣形成質(zhì)量的各種因素，如噴油壓力， 噴油提前角等，進(jìn)而實(shí)施優(yōu)化控制，優(yōu)化燃油經(jīng)濟(jì)性，降低排放。 三、采用外部EGR可以顯著降低NOx排放，但是若匹配不當(dāng)，會(huì)對(duì)柴油機(jī)性能以及其他排放產(chǎn)物產(chǎn)生負(fù)面影響，如顆粒排放上升、功率下降、燃燒不穩(wěn)定等。本論文以單缸柴油機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)外部EGR進(jìn)行了研究，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論： 1.當(dāng)采用冷卻外部EGR時(shí)，在進(jìn)氣CO<,2>濃度小于某

6、一域值時(shí)(本次試驗(yàn)為2.5％左右)，能夠顯著降低NOx排放，并且保持原機(jī)的性能和其他排放產(chǎn)物水平。當(dāng)進(jìn)氣CO<,2>濃度大于2.5％時(shí)，性能和煙度、HC排放顯著惡化。 2.在低負(fù)荷時(shí)EGR率大于40％，也能保持發(fā)動(dòng)機(jī)的性能不惡化。而隨著負(fù)荷的升高，可運(yùn)行的EGR率范圍逐步減小。 3.采用中冷外部EGR后，滯燃期明顯增加，而放熱率峰值有所降低，燃燒持續(xù)期稍有增加。 船舶柴油機(jī)采用中冷外部EGR后，可以明顯

7、改善NOx排放，這為國(guó)內(nèi)超限的又無(wú)EGR系統(tǒng)的船舶主機(jī)提供了一個(gè)很好的解決方案。所得出的優(yōu)化的EGR率可為改裝或設(shè)計(jì)提供試驗(yàn)依據(jù)。 四、本論文在介紹了IMO有關(guān)船用柴油機(jī)排放測(cè)試規(guī)定的同時(shí)，結(jié)合國(guó)內(nèi)某船舶主機(jī)的NOx排放測(cè)試結(jié)果，按照IMO附則Ⅵ中對(duì)于排放的測(cè)試、計(jì)算要求，得出了“恒速主推進(jìn)”E2型、E3型試驗(yàn)循環(huán)下NOx的比排放，并提出了此船舶主機(jī)的兩種改進(jìn)方案，即噴油延遲和外部EGR的方法，為今后國(guó)內(nèi)船舶柴油機(jī)提供了改講方向