船用柴油机有害物排放控制技术分析

船用柴油机有害物排放控制技术分析

孙豪杰

交通运输部烟台打捞局   山东省    烟台市    264000

摘要：大气污染已成为全球关注的重大环境问题之一。环境污染已经成为21世纪人类面临的一个全球性难题。其重要性日益引起人们的重视。柴油发动机的热效率最高，CO排放低，因而成为船用动力的首选，在船舶用轮胎动力方面，有着无可比拟的优势。但是，船用柴油机动力装置废气排放中所含的有害污染物质是不容忽视的污染源，对环境造成了严重的危害。美国科学家的调查发现，在海上行驶的柴油船，每年向大气层排放大量的二氧化碳。大约一千万的氨气和八百五十万吨的硫化物被释放出来，对海洋的大气层造成的污染远远超出了我们的预期。针对这一现状，世界各国纷纷出台了相应的法律法规，对柴油发动机进行了有害气体排放的治理。

关键词：船用柴油机；有害物排放；控制技术

1.船用柴油机有害排放对生存环境的危害

船用柴油发动机排放气体中由有害物质和无害物质组成。排气的主要成份是一种无害的成份，它是由空气与汽油充分燃烧后所产生的，主要由水蒸汽、氮气、钴以及过量的氧组成。由于CO所产生的温室效应，将加速全球气候变暖，因此，CO的排放量也应受到限制，不完全燃烧的反应生成的是以HC化合物为主的有害成分，因此，NO,Co，硫酸盐，碳烟等颗粒物，只占很少的一部分，通常不到1-5%，但是却给环境带来了巨大的威胁。SO、NO会造成酸雨，对庄稼和树林造成巨大的损害。NO是最活跃的一种，它能进入同温层，参加不同的大气化学反应，这些化学反应会对周围的环境产生影响。二氧化碳是导致全球变暖的气体。它对人体的危害很大，能使人的嗅觉变得迟钝，还能刺激眼睛。如果病情较重，则可经肺部及呼吸系统进入血流，并与血红蛋白结合生成高铁血红素，从而影响血液的输氧量。另外，也有可能是呼吸道功能失调，导致肺水肿。对呼吸系统有较大危害，可引起心脏疾病。碳水化合物是一类多环芳烃、醛类化合物，长期存在于生物体内，会对人类造成毒害甚至致癌，特别是在空气中。当接触到太阳时，会生成一种蓝光的烟内酰胺，它会对身体的各个器官及眼睛造成极大的伤害。一氧化碳是一种能够减少血液供氧的毒性气体。携带微粒氧气的碳质聚合物中含有多种致癌物质，因此危害性最大的就是NO、SO。同时，PM2.5也是减排的首要目标。

2船用发动机排放污染现状

在我国经济快速发展的同时，环保问题也日益引起人们的关注。目前，我国很多地区普遍存在雾霾天气，大气污染形势十分严峻。随着我国对大气污染物的治理工作的开展，船用柴油发动机对环境的污染也越来越引起人们的关注。目前，无论是我国，还是世界上很多国家，都存在由柴油机所引起的环境污染与排放问题。为此，各国或地区纷纷制定了相应的防治措施。在《国际防止船舶造成污染公约》中，对柴油机的排放作了详细的规定。在目前的情况下，对上述条款作了相应的修正。船用柴油机生产商们还在积极地改进引擎，以满足现行的排放标准。

船用柴油发动机的排放是一个复杂的过程。因而，有多种途径对其进行优化。当前，国内外的研究主要集中于喷油嘴的优化设计和燃烧室形状的改进，以实现燃料的充分燃烧。然而，基于上述研究成果生产的柴油机，其排放水平仅能达到《国际防止船舶污染公约》规定的水平。要使其达到标准要求，单靠改进喷嘴、燃烧是远远不够的。此外，还要解决废气的问题，或是改进燃烧材料，采用更加洁净的燃油，以保证轮船引擎所产生的废气不会像现在这样严重污染环境。当前，针对船用柴油机污染气体的治理，主要集中在废气的处理及清洁燃油的研发上。

3船用柴油机有害物排放控制方法

船用柴油机污染严重，已无法满足目前的环境标准，迫切需要寻找有效的途径来抑制其有害气体的产生，从而保障人类生存环境。要达到永续发展的目的，环保对我们而言是很重要的。当前，针对船用柴油机污染的研究尚未结束。同时，为实现船用柴油机的环保减排提供了一条新的途径。

3.1共轨喷射技术

共轨式喷射技术是将电控系统应用于柴油发动机的喷射过程中，对其进行优化。常规船用柴油机一般采用凸轮轴来实现喷油定时，但这样做存在一定的盲目性。柴油机在高速、重载情况下，凸轮轴不能适应各种工况下对燃油喷射的要求。现有的共轨喷油技术能够实现对喷油速率的实时调节，不会造成柴油的浪费，而且与传统的喷油方式相比，还能节约柴油。另外，比起传统柴油机，燃烧不充分而引起的环境污染也会相应减轻，最低可以减少到传统的排放量的75%。

3.2燃烧室形状的优化

船用柴油机由于其特殊的结构，导致其内部含氧量有限，难以充分燃烧。一些柴油不能充分吸收氧，所以不能充分燃烧，而且很容易产生一氧化碳，碳烟，氮氧化物等。当它们被释放到大气中时，将对大气环境造成严重的污染。而且，如果它们的含量太高，可能会对身边的人造成危害。通过对燃烧室外形的调整，实现了燃料与氧在燃烧室内的充分接触。这种方法既节约了燃油，又使柴油充分燃烧后生成的二氧化碳和水，对环境没有污染。但是，现有的燃烧室外形设计仅能保证柴油最大程度的燃烧，且缺乏足够的燃料，所以该方案虽能有效控制船用柴油机的有害排放，却无法从根本上解决船用柴油机的污染问题。船用柴油发动机排放的污染问题虽然依然存在，但是其对环境的影响并不大。

3.3增压技术的改进

增压技术也是降低船用柴油发动机废气排放的一种有效手段。若在升压过程中进行一部分燃气压缩，氮氧化物的生成将得到有效降低。如果在升压阶段要完成一部分燃气压缩，那么在这一阶段就要求较高的升压。船用柴油机采用的增压方法无法满足这一需求。所以，必须对增压技术进行改良，使其与目前的增压技术相适应，才能更好地适应这一要求。为适应增压阶段的增压要求，该技术在船用柴油机上的应用，可有效减少船用柴油机的废气排放，对环保具有重要意义。

3.4双燃料发动机

双燃料发动机通过更换船用柴油发动机的燃油，达到了《国际防止船舶污染公约》一级排放的目的。船用柴油机排放污染气体的治理一直是船用柴油机污染气体治理的重点和难点。现在，有几家公司已经研制出了该引擎，但是要在舰上进行大规模应用仍需时日。此引擎可使用柴油或其它燃油，包括天然气在内的其它燃料，天然气比柴油价格低，是一种洁净能源。该技术若能应用于舰船，可有效解决船用柴油机对环境的污染问题，但要实现其在舰船上的应用，则对其性能提出了更高的要求。所以，这类引擎还没有被广泛应用于舰船。不过，随着科技的进步，由于环保及经济上的优势，该引擎将会逐渐取代传统的船用柴油引擎。

4结语

在全球范围内，由于环境污染问题的日益严峻，以及全球范围内对船用柴油机所引起的环境污染问题日益引起人们的重视，目前，我国船用柴油机的整体排放水平已符合《国际船舶污染防治公约》规定的要求，要想满足一级排放的排放要求，除了对目前的内燃机技术进行改造外，还必须对内燃机排气进行更好的治理。采用洁净燃油及处理尾气，是目前公认的两项技术，使得船舶排放符合国际预防船舶污染公约之要求。国家应当致力于这两个方面。虽然有些公司研制出了双燃料引擎，但是其工作环境比较苛刻，所以为了适应舰船的需要，必须对其进行简化。

参考文献：

[1]庞海龙,邓成林,姚广涛等.船用柴油机有害物排放控制技术[J].船舶工程,2020,:21-24,32.33(1).

[2]吉恒松,张程程,张州榕等.船用柴油机实现低NOx燃烧的数值模拟[J].江苏大学学报(自然科学版),2022,34(4):384-389.

[3]吕林,许建华,徐万毅等,柴油品质对船用柴油机颗粒与烟度排放的影响[I].内燃机工程,2023,31(4):44-48.