船舶柴油请示

船舶柴油请示（共9篇）（共9篇）

1.船舶柴油请示 篇一

开题报告

电气工程及自动化

船舶柴油机电控系统设计

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

现代船舶工业是典型的综合加工装配工业，是综合工业之首。船舶工业对国民经有直接的消耗，还直接为我国的能源运输，国际航运，海洋开发等产业提供必要的装备和信息，形成国民经济的一条重要产业。

当前，船舶动力仍以柴油机为主。柴油机因具有功率覆盖面宽、效率高、能耗低、使用维修方便等特点。经过几十年尤其是最近十多年的发展，现在的船用柴油机已经发展到一个新的高度。但随着世界能源危机，环境污染和自动化水平的日益提高，对柴油机提出了更高的要求。因此柴油机的优势地位也提出了新的挑战。由此以后研究柴油机主要是提高经济性研究，降低柴油机排放研究。柴油机排放的限制使得经济性提高更加困难，这个也是柴油机发展中的新课题：提高可靠性和耐久性的研究：电子控制技术的研究等。据资料表明，船舶产品平均构造比例：造船30%，原材料20%，配套设施50%。由此可见，船舶配套设施对船舶工业的重要性。船舶柴油机是船舶的主要配套设备，它应用于船舶推进动力装置和船舶电站。在船舶成本中分别占10%—15%和3%—5%。因此，建设性能提供性能优良，质量可靠，品种齐全，数量充足船舶柴油机制造业，对我国工业快速稳定健康发展不可或缺。我国船用柴油机发展关系到国家重大的政治与经济安全战略，其近年来的发展严重滞后的现状已引起各方面的重视。2003

年以来，国家十分重视并充分肯定了船舶工业在国民经济发展中的积极作用，尤其是2004

年宏观调控的背景下对船舶工业更快、更大发展寄予殷切期望。

目前国内大功率船舶柴油机船舶套配件没有自主的知识产权，关键技术受制于人，已经成为我国船舶发展的重要瓶颈，为了达到未来的造船大国强国时对船舶配套件的需求，实现国轮国造，国轮国配，必须尽快改变我国柴油机落后的状况。电子控制系统是柴油机重要的配套产品，我国长期以来电控系统一直以来进口。

随着国际船舶配套技术飞速发展，世界上各个大船舶柴油机公司近几年相继推出新型船舶柴油机，都大量的采用最新的科技成果和设计理念，如模块化设计技术，高效率增压技术，智能技术等。主要体现以下几个方面：

1船舶柴油机系统集成技术。

柴油机发展不仅要求提高综合效率，而且要求提高柴油机整体性能和各种工作状况下的适应性。主要研究内容，船舶柴油机动力系统总体匹配设计技术研究，模块化设计研究，船舶柴油机动力系统集成优化。

2船舶柴油机虚拟设计研究技术

虚拟技术将用于船舶柴油机设计，制造，装配，运行和维修全过程。以发动机数据库为基础，应用相关软件，技术和手段开展船舶柴油机设计开发研究。

3智能化电子控制技术

开展船舶柴油机电控系统开发和工程化应用技术，电子控制系统，电子调速器设计技术。船舶柴油机运行电子管理系统等方面的研究。

4船舶柴油机可靠性技术

柴油机零部件活着模块件将有更高的水平发展，即受到更高的重视，因此，需开展可靠性技术的研究，故障分析诊断等方面的研究。

5船舶柴油机代用燃料技术

大功率船舶柴油机燃料向多元化发展，可以使用重油等清洁燃料等，对于LNG.LPG等燃料运输船，开展可方便利用所运输的燃料的单燃料或双燃料气体发动机。

6全生命周期性和低排放技术

开展船舶柴油机性能以及燃料技术的研究，重点是突破高增压技术，高压共轨燃油喷射技术等，以解决船舶柴油机低负荷性能和全工况乃至全生命周期经济性问题。结合船舶柴油机结构模式，工作要求，运行环境等多类实际情况，开展全生命周期和低排放技术的研究可以满足世界环境提出的进一步严格要求。

21世纪是海洋的世纪，我国作为一个经济腾飞的发展中国家，必将在21世纪进入高速发展阶段。我国将会越来越多的向海洋这个人类的大宝库索取生物，化学，动力和能源矿产和广阔的生存空间，探索海洋和开发海洋将成为我国重要的生产活动之一。船舶将会成为这一生产重要工具和得力助手。目前我国现役船舶中主要以船舶柴油机作为主动力，因此柴油机作为一种原动力在我国海洋开发和船舶运输及海洋开发占有十分重要的地位。是我国船舶的基本动力，开展船舶配套设施的研究具有重大的经济效益和发展前景。

电控系统被称为柴油机的“大脑”，是柴油机的重要组成部分，对提高柴油机的自动化水平、经济性、动力性和改善排放等具有重要作用。柴油机电控技术水平的高低已经成为衡量柴油机先进性的重要标志，是柴油机产品核心竞争力的重要体现。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：

研究基本内容：

1：了解柴油机电控系统的基本功能和工作环境。

2：对柴油电控系统进行分析。

3：冷却水温控制。

解决主要问题：

1：电子调速的建模。

2：相继增压系统增压器的切换控制需要参考柴油机转速、增压器转速与负荷情况等因素。

3：了解故障诊断的工作原理。

4：水温控制的设计。

三、研究步骤、方法及措施：

步骤及方法：

1：了解国内外船舶柴油机的发展状况。

2：对柴油机电控系统进行了解和认识。

3：重点研究船舶柴油机电控系统理论及其应用，建立合适的模型。

4：得出结论。

措施：

图书馆查找相关的书籍、期刊、杂志等，通过上网寻找相关的一些资料，查看当代对该技术的研究成果和最新的动态。然后通过对这些资料的学习和研究进一步的熟悉和理

解设计所需的相关知识。在设计过程中及时与指导老师探讨，对不了解的问题及时向老师请教。

四、参考文献

[1].王尚勇.柴油机电子控制技术[M].重庆：机械工业出版社，2006.[2].孙建新.船舶柴油机[M].北京：人民交通出版社，2006.[3].钱耀南.船舶柴油机[M].大连：大连海事大学出版社，2006.[4].周明顺.船舶柴油机[M].大连：大连海事大学出版社，2007.[5]

金东寒,冯明志.我国船舶柴油机的发展与市场前景预

测[A].上海市造船工程学会2007年学术年会.船舶轮机论文集[C].上海:

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曹友生.世界造船业发展趋势与竞争格局[A].中国国际海事会展海事论坛论文集[C].2007.[7]

应长春.长三角地区船舶产业发展态势[A].第四届长三角地区船舶工业发展论坛论文集[C

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吴兆麟.船舶避碰与值班[M]

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王世林.电子海图显示与信息系统使用指南[M]

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大连海事大学出版社,2002

2.船舶柴油请示 篇二

在“十二五”开局之年,国务院印发《“十二五”节能减排综合性工作方案》提出了12个方面,50条政策措施。方案指出到2015年,全国万元国内生产总值能耗下降到0.869 t标准煤,比2010年的1.034 t标准煤下降16%。交通运输系统的能耗通常占1个国家总能耗的1/4左右,而各种交通运输方式中,水运的能源效率约为公路运输的4倍,因此大力发展水路运输是降低单位GDP能耗、提高能源利用率的重要途径之一。石油是交通运输业最主要的原料。据统计,燃油成本约占航运企业成本的20%～40%,油料价格的波动直接关系到航运企业的效益[1]。近几年来,油价的连续大幅上扬,导致了航运企业运输成本大幅增加,税费改革后燃油价格上涨,燃油成本还有可能提高。在高价油时代,如何立足自身,采取综合措施降低油耗,走节能降耗之路,已成了各家航运企业不得不面对的严峻课题。

1 长江航运船用柴油机调查统计

通常运输船舶采用的节能技术主要从技术节能,管理节能,营运节能3个方面采取节能措施。技术节能措施包括柴油机工况优化调节、主机与增压器匹配优化、船舶余热利用以及柴油机燃用劣质燃油等。管理节能措施包括教育强化船员的节能意识,宣传轮机管理员的节能金点子,培养船员的节能好习惯等。营运节能措施包括尽量使用经济航速,优化航线,船舶标准化等[2]。

本文调查了80艘长江航运船舶,船舶总吨位均在500 t以上,最大为1 360 t,以500 t～900 t为主。对其所使用的柴油机购置年份,标定转速,气缸直径等进行统计分析,其结果如表1和表2所示。

由表1可以看出,长江航运船用柴油机主要选购于2005、2006两年,总体来说使用年限平均在5年左右,使用年限都不长,落后机型已完全淘汰。大部分主机处于柴油机使用寿命的中期,技术状况较好。柴油机的标定转速分布显示在用柴油机主要为中高速柴油机,主要集中在1 000 r/min左右。船用柴油机的气缸直径分布显示在用柴油机气缸直径以160 mm和170 mm为主,所占的比例约为30%和50%,这2种缸径的柴油机也属于国内内河航运的常用机型;而缸径小于等于135 mm的较少,只占20%。

2 长江航运船用柴油机节能方案探讨

根据调查结果,可知长江航运柴油机机型比较先进,大多数船舶柴油机处于比较好的运行状态,且主机标定转速主要集中在中高速机交界处,采取措施对主机进行余热利用改造具有可行性,可针对主要机型160和170系列柴油机探索节能措施。主要从如下3个方面来考虑。

2.1 船舶柴油机排气余热利用

中高速柴油机排气温度400℃以上,是中温余热,属较高品位的能量,据合理用能原则,可以先作动力利用,再作热利用,也可以直接进行热利用。作为动力利用,最为普遍的方法是废气锅炉及燃气透平对排气余热的利用。依据长江航运船舶的特性,不具备动力利用的条件。这里建议直接进行热利用,安装热管锅炉对主机排气余热进行回收再利用。热管锅炉采用1种热管换热器。热管具有传热效率高、热敏度高、结构简单、运行可靠、重量轻、体积小及蒸发量大等特点,这是其它类型的余热锅炉无法比拟的。长江航运船舶上可采用热管锅炉产生蒸汽预热燃油;将高温排气送入热管换热器,可供空调采暖使用;在柴油机排气管中安装盘管式热交换器,高温排气可将盘管中的淡水加热,生产出热淡水供生活杂用。

2.2 船舶柴油机冷却水余热利用

柴油机冷却水温度一般为60℃～75℃,是低温余热,属低品位能量,对它的再利用不是去勉强作功,而应使其供热。这里建议对冷却水系统稍加改造,使用冷却水余热加热日用油柜的燃油。此改造需要设计1个“燃油一淡水热交换器”供燃油预热。可先在实验室实验,以验证此方法的可行性。

2.3 柴油机掺烧劣质油节能

长江航运船舶柴油机掺烧劣质油,需要担心的是烧劣质油后,机件磨损严重,包括缸套磨损量增加,高压油泵泄漏,活塞环磨损加剧,换向阀磨损等。所以需要对劣质燃油进行加热以降低其粘度。建议利用柴油机的排气余热产生的蒸汽加热重油,或利用冷却水余热加热日用油柜的燃油,降低重油粘度以提高重油的雾化质量,优化燃烧质量。

3 结语

本文旨在对长江航运在用船舶柴油机的现况进行调查,寻求在用柴油机节能的可行性。根据对在用柴油机购置年份,标定转数和气缸直径等3方面的调查统计结果,发现长江航运船用柴油机具有节能潜质。并对节能途径进行了探讨,提出可从船舶柴油机排气和冷却水余热利用和掺烧劣质油3方面考虑。为后期进行仿真模拟分析和实船实验提供依据。

参考文献

[1]叶高文.船舶节能新技术开发与应用研究[J].产品与市场,2007,20(6):19-21.

3.船舶柴油请示 篇三

关键词：柴油机船舶 余热 分析

1 能量品质的概念

能是物质动力的一种量度。物质运动有各种不同形式，与此相对应，能也有各种形态，如机械能、电能、化学能、热能等。物质的各种运动形态可以相互转换，能量的转换反映了运动由一种形式转变为另一种形式的能力。热力学第一定律确立了能量转换量的数量关系，热力学第二定律则说明了能量转换过程具有方向性或不可逆性，即并非任意形式的能量都能无条件地转换成任意一种其他形式能量，亦即数量相同而形式不同的能量之间的转换能力可能是不同的，而且它们在技术上的有用程度也是不同的。

各种不同形式的能量转换为机械功的能力不同。从能量转换角度，能量可分为三大类：

第一类是不受限制可以互相转换的能量。即可以完全转变为机械功的能量，如电能、水能、风能等。这类高品位的能量全部是可用能（即）。从本质上说，这类能量是完全有序运动的能量，即有序能，所以可无限制地相互转换。

第二类是受限制转换的能量。即只可部分转换为机械功，其余的不能转变，如热能、化学能、物质的热力学能等。由于这类能量从本质上说只有部分能量是有序的，因而只有能够转换为机械功的那部分才是可用能，（即），其余不能转变为功的部分，虽然有一定的“量”，但其“质”却为零，称这部分能量为“”或无效能，能量中包含能量能够转换为有用功的那部分越多，则此能量的品质越高，反之，则能量品质越低。

第三类是受自然环境所限不能转变为有用机械功的能量。如周围自然大气、江河海水等的热力学能。尽管大气和海水中的热量具有相当数量，但技术上无法将它们变成有用机械功，所以它们是有数量而无质量的能量。

是表征能量转变为机械功的能力和技术上的有用程度的参数，因而可用来评价能量的质量或级位。数量相同而形式不同的能量，大的能量称之为品位高或能质高，少的能量称之为能量的品位低或能质低。因此，机械能、电能的品位和能质较热能高，称为高品位能量或高质能量。温度高的热量比温度低的热量具有较高的品质或能质。根据热力学第二定律，高品位能是能够自发转变为低品位能量的，而低品位能量不可能自发地转变为高品位能量。能质降低意味着的减少。当孤立系统内实施的过程为不可逆过程时，一定产生功的耗散，也就是系统的值中有一部分退化为，所以引用概念可以从能质或品位上来评价某一能量系统的转换过程。

2 柴油机船舶动力装置余热动力回收系统分析

图2-1为柴油机动力装置余热动力回收热力系统简图。下面对图中热力系统组成部分中的余热锅炉、汽轮机、冷凝器、给水泵及蒸汽管道分别进行平衡计算，并求出它们各部分的损失和效率。

通常，余热锅炉即产生过热蒸汽，又产生饱和蒸汽。饱和蒸汽量msat可根据全船供热与杂用耗汽设备所需蒸汽量算出。这时，进入余热锅炉的给水量等于过热蒸汽msu/及饱和蒸汽量msat之和。过热蒸汽量可根据锅炉热平衡关系按下式（2-2）求得。

余热锅炉系统损失的计算可有两种方法。一是分别取锅炉系统中的过热器、蒸发器、经济器、汽水分离筒及预热器等部件作为单独的热力系统单元，利用平衡求出这些部件的损失，相加后即得整个余热锅炉系统的损失。另一是取整个余热锅炉系统作为一个热力系统，利用平衡议程求得余热锅炉系统的损失。两种方法的余热锅炉系统损失是相同的，不过第一种方法可以知道各部件的损失，这样有利于了解余热锅炉系统中哪个部件损失最大。

根据以上计算出的各部分损失，以柴油机排气实现部分回收放循环所能做出的最大有用功为100%而绘制出分布图（或称流图）。

图2-5示出的为对某型号柴油机余热回收发电系统用1kg/s废气流量算出的流图。图上是以废气的最大有用功作为100%，其他部分的损失是相对的百分率，没有包括余热锅炉的排烟损失。如果将锅炉排烟损失作为锅炉损失的一部分，即作为余热锅炉的外部损失，则应以锅炉入口作为100%来绘制流图。图2-5所用的计算参数为：余热锅炉进口烟气温度为t1=340℃，出口温度t2=187℃，环境温度t0=20℃，过热蒸汽压力（绝对压力）；过热蒸汽温度，冷凝压力（绝对）；汽轮机相对内部效率为0.7，锅炉只产生供汽轮机工作的过热蒸汽，不考虑管路损失、散热损失及给水泵不可逆压缩损失，并忽略给水在给水泵中的增。计算结果如表2-1所示。

3 结束语

通过上述柴油机船舶动力装置余热回收系统分析可见，余热锅炉的损失最大（尚未包括锅炉排烟损失），汽轮机次之，冷凝器的损失最小。因此，为使余热更多地转换为机械功，必须首先设法减少余热锅炉和汽轮机的损失。冷凝器虽然热量损失很可观，但冷却水温度低，带走的值不大，利用价值小。另外，降低余热锅炉排烟温度，即降低锅炉出口烟气温度，会导致废气最大回收功的增加，减少锅炉外部损失，但在决定锅炉排烟温度时必须全面考虑经济上和技术上的可行性。

参考文献（略）

4.船舶柴油请示 篇四

电气工程及自动化

船舶柴油机冷却水温控系统的设计

一、综述该课题国内外的研究动态，说明选题的根据和意义：

柴油机工作时的燃气温度高达到1900℃左右，使与燃气直接接触的气缸盖，气缸套、活塞、气阀、喷油器等部件严重受热。严重的受热会使材料的机械性能下降，产生较大的热应力与变形，导致上述部件产生疲劳裂纹或塑性变形；同时会破坏运动部件之间的正常间隙，引起过度磨损，甚至发生相互咬死或损坏事故；另外，燃烧室周围部件温度过高会使进气温升过大，密度降低，减少进气充量；增压后的空气温度也将升高，并影响进气充量；随着柴油机的运转，润滑油的温度也逐渐升高（冷却活塞的润滑油和润滑摩擦表面的润滑油），粘度下降，不利于摩擦表面的油膜的形成，甚至失去润滑作用。综上所述，为了保证柴油机可靠而又经济的工作，必须对柴油机受热零件、增压空气、润滑油进行适当冷却。

船舶柴油机冷却水的温度是影响船舶柴油机正常工作的重要参数。冷却水温度过高或过低对其正常工作都有不利影响。柴油机冷却水温度过高会加速零件磨损，使得零件配合间隙被破坏，强度下降，还会使得气缸内充气量减小，功率降低。柴油机冷却水温度过低也会加速零件磨损，导致输出功率减少；使得热损失增加，导致燃料消耗量增大；还会使得汽缸温度过低，使得汽缸壁受到腐蚀；同时会导致燃烧恶化，致使柴油机整机性能变坏。综上可知，保证柴油机冷却水的温度在最佳工作范围有利于提高柴油机的动力、减少废气产生、减少燃料消耗。因此，精确控制冷却水的温度具有重要意义。

船舶柴油机冷却水温控系统在20世纪取得了飞速发展，经历了直接作用式、气动式、电动式和电子式的发展历程。直接作用式方式是利用温压元件，将温度信号转换成压力信号，用压力信号来控制冷却水的温度。该方式对温压元件的密封性要求很高。气动式方式是利用感温元件和温度变送器将温度信号转转为气压信号，然后用气压信号去控制冷却水温度。这种方式对运送和储存气体的管道的密闭性也有很高要求。电动式方式是利用感温元件作为分压器分压，将温度信号转换为电压信号，经整定得出偏差信号，再经过比例微分，输出控制信号，进而控制冷却水的温度。这种方式采用的控制规律较为简单。如使用PI控制，由于控制对象的惯性大，会出现较大超调量，存在滞后，而采用PD控制，会出现较大静态误差。使系统长期偏离最佳工作点工作。同时，一旦系统的测控部分的电子元器件出现故障，系统的控制效果就会大打折扣。电子式方式是使用模拟仪表，经过逻辑运算输出控制信号，驱动继电器，控制电动机转向，从而控制冷却水温度。该方式采用的电子器件落后，电路复杂，性能不好。综上可知，这些控制方式都已经不能满足日益提高的控制要求，必须采用新的控制方式。

由于基于PLC的控制系统具有以下优点；1.实时性。由于控制器产品设计和开发是基于控制为前提，信号处理时间短，速度快。2.高可靠性。所有的I/O输入输出信号均采用光电隔离，使使用场所的外电路与控制器内部电路之间电气上隔离。各模块均采用屏蔽措施，能防止噪声干扰。采用性能优良的开关电源，能快速开通或切断。对采用的元器件进行严格的筛选。并具有良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采取有效措施，以防止故障扩大。大型控制器还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,以及实现电源模块冗余、IO模块冗余，使可靠性更进一步提高。3.系统配置简单灵活。控制器的产品种类繁多，规模可分大、中、小等。I/O卡件种类丰富，可根据自控工程实现功能要求不同，而进行不同的配置。满足控制工程需要前提下，I/O卡件可灵活组合。4.控制系统采用模块化结构。控制器的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。5.质优价廉，性价比高。6.安装简单，维修方便。可以在各种环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。7.控制器可实现逻辑控制、定时控制、计数控制、顺序控制、PID控制、数据计算以及通讯和联网等诸多功能。所以决定设计基于PLC的船舶柴油机冷却水温控系统。

本课题以中央冷却水系统为模型，主要研究基于PLC的船舶柴油机冷却水温控系统。该温控系统主要包括智能控制。智能控制使得系统工作更为快速、高效。冷却水温控系统的智能控制是船舶智能控制的重要组成部分。研究冷却水温控系统的智能控制对于实现更安全高效的船舶智能控制有着重要意义。有利于船舶的安全、稳定运行。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：

（1）查阅相关的资料，了解船舶柴油机冷却水的工作原理和功能

（2）了解船舶柴油机冷却水温控系统的发展状况。

（3）了解现有的船舶柴油机冷却水温控系统及其缺陷，提出新的控制方案。

（4）进行新的船舶柴油机冷却水温控系统的硬件和软件设计。

（5）总结，得出结论。

三、研究步骤、方法及措施：

步骤及方法：

（1）查阅相关的资料，了解船舶柴油机冷却水的工作原理和功能

（2）了解船舶柴油机冷却水温控系统的发展状况。

（3）了解现有的船舶柴油机冷却水温控系统及其缺陷，提出新的控制方案。

（4）进行新的船舶柴油机冷却水温控系统的硬件和软件设计。

（5）总结，得出结论。

措施：在图书馆查阅相关的书籍、期刊、杂志，上网寻找相关资料，查阅当前该技术的研究成果和最新动态。通过对资料的学习和研究，进一步熟悉和理解设计所需的相关知识。在设计过程中及时与指导老师交流，对不了解的问题向老师请教。

四、参考文献：

[1]王源庆，船舶冷却水系统的研究与设计.2009

[2]刘洪亮，应用于船舶轮机模拟器的数据采集系统的设计与实现.2010

[3]刘立坤，智能型船舶电站控制器的研究.2010

[4]吉敬话，赵文祥，杨东.可编程控制器使用指南.北京；化学工业出版社，2009.11-15

[5]许芝芳，柴油机冷却水温度对船舶节能影响的研究.中国水运，2009，9（10）；140-143

[6]孙中庆，柴油机冷却水温度对工作的影响.使用

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[7]张少明，卢晓春.船舶柴油机冷却水温度微机控制系统的设计.船电技术，2009,29（1）；9-11

[8]王宏志，张冬梅，盛进路.船舶柴油机冷却水温度控制系统的设计.青岛远洋船员学院学报，2006,27（4）；17-19

[9]张少明.船舶柴油机冷却水温度的微机控制系统的开发.珠江水运，2005,11；40-41

5.浅析现有船舶柴油机的节能措施 篇五

由于燃油成本占运输成本的比例由13%增长到45%, 甚至超过60%。多数船舶公司出于对航运市场和船舶营运成本的考虑, 多采用主机降速运行的节能措施, 即所谓的经济航速。在不影响船期的情况下, 若主机选用90%的额定转速, 则其功率降为额定功率的70%左右, 此时航速下降约10%, 而主机消耗油量下降约30%[1]。实践证明, 主机减速航行是降低船舶营运成本的一项行之有效的措施, 但是柴油机长期处于低负荷运行会使燃烧状态恶化, 因此应注意燃烧室周围的脏污、磨损的加剧及发生振动等问题。

2 确保柴油机的燃烧良好

燃油燃烧的好坏, 对柴油机的动力性、经济性和可靠性影响很大。燃烧过程的完善与否主要取决于燃油的品质、正确的喷油定时、良好的油头雾化工况和足够的新鲜空气量。

2.1 最大过量空气系数。

柴油机燃烧过量空气系数 (α值) 与扫气压力、压缩压力和爆发压力成正比, 与排气温度和机器热负荷成反比。提高过量空气系数即提高扫气空气总质量, 可提高压缩压力并使燃油燃烧完全从而提高爆发压力, 改善柴油机工作状态, 降低机器热负荷, 降低排气温度, 最终提高总体热效率[2,3]。应定期清洁增压器压气机进气滤器。经验表明, 常温下空冷器清洁剂的清洗效果较差, 若将清洗液加温至50～60℃, 清洗效率将大大增加。空冷器上有“U”型压差计, 航行中应注意其进出口压差, 并与试航报告中的数值相比较, 以掌握其脏污程度, 决定是否冲洗。当压差超过2kPa时, 表明空冷器已严重脏污, 需解体清洁。此外在管理中对于二冲程机要注意及时清洁进、排气口 (阀) 和排气通道, 四冲程机则还要保证正确的气阀定时, 若气口被堵或气阀定时不当都会使扫气效果变差。

2.2 保持VIT功能良好。

船用燃油市场广泛使用CCAI (Calculated CarbonAromacity Index, 碳芳香烃指数) 表示燃油燃烧性能。大多数船用燃油的CCAI值在800～900之间。依据燃油CCAI[4]值, 适时适度调整可变喷射时间装置 (Variable Injection Timing, VIT) , 可改善燃烧, 节省耗油量。实务经验显示, 燃油CCAI值超过870, 燃烧延迟加长, 必须考虑燃油燃烧情况和爆炸压力, 相应调整 (提前) 燃油喷射定时, 否则排气温度上升, 燃烧室积碳。在维护保养时, 一定要注意检查和调整各缸的供油提前角, 使其处于最佳供油位置, 此时滞燃时间较短, 压力上升适中, 最大燃烧压力值适宜, 有较高的热效率, 且耗油率低, 柴油机运转平稳, 提前角过大和过小都会引起滞燃期延长, 热效率低, 油耗增大。当柴油机燃用劣质燃油时, 应适当增大喷油提前角1°～1.5°, 保证在上死点附近发火。若主机需要长期降速航行, 为了有较大的爆发压力, 一般也会适当增大喷油提前角。此外, 喷油泵的凸轮及其传动部件的磨损, 喷油器弹簧疲劳或折断, 新弹簧的调整不当等都会影响喷油定时。

2.3 改善燃油品质。

近年来, 为降低营运成本, 提高竞争力, 船舶柴油机普遍使用劣质燃油。劣质燃油的使用会引起缸套和活塞环的磨损、排气阀的高温腐蚀、气缸结炭、喷油嘴脏堵、喷孔变形、针阀漏油、腐蚀等。因此, 应采取相应的技术措施, 改善燃油的性能。管理中除采用碱性气缸油和增大喷油提前角外, 还应采取以下措施来改善燃油性能, 降低燃油消耗。

2.3.1 使用前对燃油进行预热和净化处理。

燃油使用前的加热十分重要, 一般要求喷油泵进口处的燃油粘度为12～25m2/s。对于劣质燃油中所含的杂质和水分, 可通过净化分离使其降至最小含量。同时应注意燃油的过滤质量, 加强对滤器的管理, 发现滤网破损应及时修补或换新。

2.3.2 保持合适的冷却水温。

柴油机运转时, 若水温过高, 会使缸壁润滑油膜蒸发, 磨损加剧, 冷却腔内发生汽化, 缸套密封圈迅速老化;水温过低, 柴油机的冷却强度大, 滞燃期延长, 使燃烧效率降低。因此, 从保证柴油机可靠运转和节能的观点出发, 柴油机的冷却水温应根据说明书的要求调整至正常范围, 以保证气缸壁的温度超过硫酸露点, 防止形成低温腐蚀, 降低燃料消耗率。

2.3.3 选择合适的添加剂。

根据燃油品种, 选择合适的添加剂, 并按要求的比例投放, 均匀混合, 以改善燃油着火性能, 最大程度地利用燃油的热能。

2.4 确保燃油雾化质量良好

燃油雾化质量好, 燃油细粒与压缩空气充分混合, 能使燃烧前的准备时间缩短, 即滞燃期短, 燃油燃烧完全, 柴油机工作平稳。船用柴油机燃油雾化质量的好坏主要取决于喷油器, 应根据实际情况对喷油器进行定期的预防性检查和不定期的诊断性检查。若发现针阀锥面密封不良, 可用极细的研磨膏研磨, 再用柴油或滑油研磨。若喷油孔堵塞, 可先用煤油浸泡, 然后用略小于喷孔直径的钢针或钻头疏通。但当针阀锥面出现下沉, 或喷孔直径增大10%以上时, 应换新的喷油器。此外, 装喷油器时应注意垫片的厚度, 否则油头伸入燃烧室的高度改变, 影响雾化角度, 使燃油消耗增加。

3 节省气缸油消耗

3.1 适时、适度调整气缸油供油率。

节约气缸油的前提是保证主机气缸良好润滑, 应该以说明书给出的相应负荷的注油率为依据。计算气缸油耗油率的方法很多, 例如航次平均耗油率和全速航行耗油率等。机动航行时气缸油耗油率很难计算, 因为主机功率变化大。不少公司要求船舶计算航次平均耗油率, 却以柴油机生产厂家提供的全速航行耗油率作为衡量标准。因为低速航行气缸油耗油率高出全速航行耗油率很多, 这样做必然迫使船舶降低全速航行气缸油耗油率, 很可能有损主机。正确的做法, 是计算全速航行主机运转某一段时间的气缸油耗油率 (以该时间、该时段的耗油量、该时段的主机功率等计算) , 并以柴油机生产厂家提供的相应功率的耗油率为衡量标准。

3.2 适时检查主机气缸润滑状况。

柴油机生产厂家提供的气缸油耗油率也不是绝对标准, 最终还要以气缸润滑效果为标准。所以, 应适时检查主机气缸套表面和活塞环有无异状、扫气室清洁程度和污油积存量、排烟总管内部干燥程度等, 最终判断气缸油注油量是否合适。

4 充分利用柴油机余热

船舶柴油机燃油燃烧产生的热量中大约40%转化为柴油机的输出功, 其余通过排气、冷却水等排放到船外。目前, 柴油机排气余热的利用主要是通过废气涡轮增压器将废气能量转换成扫气空气的压力来提高柴油机的功率和效率。利用废气锅炉产生的饱和蒸汽来满足船员的日常杂用及油舱的加热保温, 有的大型船舶还将蒸汽过热后驱动透平发电机进行余热发电。冷却水的余热利用主要是作为海水淡化装置的热源。

4.1 精心维护废气涡轮增压器。

4.2 保持废气锅炉高效工况。

作为一种节能装置, 废气锅炉不仅节约燃油, 还能起到柴油机排气消音器的作用。1艘万t级船舶, 利用废气锅炉后每天可节约1t多燃油。若在定期检查锅炉时发现内部结有水垢, 应及时清除 (及时清除烟侧的积灰) 。

4.3 保证海水淡化装置正常运行。

对海水淡化装置, 日常运行中要注意调节给水流量, 使给水倍率在3～4左右, 同时使蒸发器内水位适宜。调节凝水泵流量, 使冷凝器内凝水水位维持在水位计的1/2～1/3高度。调节冷凝器的冷却海水流量 (必要时稍开真空破坏阀) , 控制真空度在合适的范围内。控制加热水流量, 维持适当的淡水产量, 防止沸腾过于剧烈。

5 其他

除了采取上述节能措施之外, 还要做好以下工作:

(1) 每月计算主机滑油耗量, 与主机说明书给出的数据核对, 及时发现滑油消耗异常。防止和减少主机及系统滑油外漏。定期清洁、檢查活塞杆填料箱, 及时 (通常不超过8 000小时) 换新其內部的刮油环。定期检查, 防止各缸活塞杆直径磨损超限 (如MAN B&W LMC90是1.5mm[5]) 。因为活塞杆直径过度磨损而间隙过大, 会增大气密不良, 增加滑油泄漏量, 且因杂质污染泄漏的滑油而难以回收再使用。

(2) 主柴油发电机尽量达到80%～85%负荷。

柴油发电机, 热效率与其负荷成正比。负荷低, 热效率也低。保持柴油发电机80～85%负荷, 可提高热效率。航行时尽量使用轴带发电机, 轴带发电机的耗油率, 明显低于主 (柴油) 发电机, 还可以减少轻质燃油的消耗。

(3) 平时应加强甲板部和轮机部的联系, 根据实际负荷并车或解列, 避免不必要浪费和节约能耗。在保证必要设备运转情况下, 合理分配用电, 以减轻发电柴油机的负担。降低轻油耗量、提高经济性。

参考文献

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6.船舶柴油请示 篇六

(上海海事大学 商船学院，上海 201306)



低温等离子体技术净化船舶柴油机尾气的化学反应动力学模拟

孙永明， 夏文虎， 张勤

(上海海事大学 商船学院，上海 201306)

针对目前尚没有一种净化方法能同时去除船舶柴油机尾气中NOx，SO2和炭粒的现状，提出将低温等离子体技术应用于船舶柴油机尾气净化中.利用MATLAB，根据化学反应动力学原理建立关于低温等离子体技术净化NOx和SO2的微分方程组，对船舶尾气中NOx和SO2的净化效果进行模拟.在此基础上，进一步研究尾气中的SO2含量和O2含量对尾气处理效果的影响.理论研究结果说明此方法是可行的.利用低温等离子体技术净化船舶柴油机尾气具有较好的发展前景.

低温等离子体； 化学反应动力学； 船舶柴油机； 尾气净化

0 引 言

为降低航运成本，远洋船舶主机的燃料一般为劣质燃油.船舶使用的燃油的平均硫含量为2.7%.船舶主机的三大污染物，NOx，SO2及炭粒[1]，对海洋环境造成极大的污染，其中NOx更是污染空气的主要物质之一.这一问题越来越引起国际海事组织(International Maritime Organization, IMO)和国际社会的重视.国际上对船舶柴油机尾气处理的研究也非常多，但是尚未有一种方法能同时去除尾气中的三大污染物并能实际应用于船上.等离子体技术应用于船舶尾气处理是一个新的研究方向，曾有学者提出等离子体放电是去除NOx的一种有效方法[2]，但近年来研究多采用脉冲电晕放电[3-5]和介质阻挡放电[6-8]的方法，它们都通过某种方式将NOx还原为对环境友好的N2.

关于等离子体氧化柴油机尾气中的颗粒物(炭粒)的大量文献说明：反应过程中OH和O自由基对PM的氧化起到重要作用.[14]本文根据化学反应动力学原理，以MATLAB为研究工具模拟用低温等离子体技术净化船舶柴油机尾气中NOx和SO2的过程.通过对模拟结果的分析，并参考相关文献对低温等离子体氧化炭粒的研究，发现低温等离子体技术结合海水吸收的方法不仅能够实现船舶柴油机尾气的脱硫脱硝和炭粒去除，而且只消耗电能，不需要价格昂贵的催化剂，具有成本低的特点，这正是船舶所有人追求的.而且利用该方法净化船舶尾气所需的设备体积不大，不受船舶机舱空间狭小的限制.若能成功将此方法应用于船舶柴油机尾气处理，则在将来IMO对船舶尾气排放要求越来越高的大环境下，该方法具有广阔的使用前景.

1 等离子体产生强氧化性粒子的反应机理

船舶主机基本上是大型低速柴油机，其排气中O2约占14%，H2O约占5.1%，产生强氧化性粒子的反应机理如下.

电极间加高电压，产生电晕放电，电晕放电又会产生高能电子(5～20 eV)，这些高能电子会激活或电离尾气中含量较多的H2O，O2，N2分子，具体反应如下.

(1)高能电子与分子碰撞：

(2)激发态氧原子与分子碰撞：

(3)此外，在使自由基消失的众脱除反应中有一反应：

由以上3个步骤的反应可见强氧化性粒子的产生过程：首先高能电子碰撞中性分子产生活性粒子，如(1)中反应所示；由于这些活性粒子中有极不稳定的激发态原子存在，如O(1D)，其与中性分子继续发生反应产生二次自由基，如(2)中反应所示；而O自由基又与O2分子反应生成臭氧O3，如(3)中反应所示.经过这3个步骤的反应，产生大量的强氧化性活性粒子OH，O自由基和O(1D)，O3等.

2 低温等离子体净化NOx和SO2的化学反应动力学数值模拟

在高电场下，电极间由于电晕放电产生的高能电子(5～20 eV)激活H2O及O2等，产生的OH和O等活性粒子将SO2和NOx氧化，其中有3个过程：电子与分子碰撞、激发态氧原子与分子碰撞和脱除反应自由基消失.相关的化学反应及化学反应速率常数[15-16]见表1.

2.1 反应动力学模型的建立

大型船舶低速柴油机的尾气中包括14%的O2，76.2%的N2，4.5%的CO2，5.1%的H2O，0.14%的NOx以及0.06%的SO2等.

忽略低温等离子体的磁效应，忽略中性原子和离子的运动对等离子体反应过程的影响，假设放电间隙内粒子均匀分布、电场均匀分布[17].

表1 相关的化学反应及化学反应速率常数

根据表1中所列出的反应，共有e，e*，O2，O，H2O，H，OH，O(1D)， O3，NO，NO2，HNO3，NO3，N2O5，SO2，SO3， HSO3，H2SO4，N2和N等20种粒子.yi(i=1，2，…，18)分别表示后18种粒子的浓度(每立方厘米分子数).根据反应动力学通式建立的初值常微分方程组如下.

dy1/dt=-k1Cey1-k3Cey1-k6y17y1y2-k19y1y1y2+k9y7y8+k10y7y9

dy2/dt=2k1Cey1+k3Cey1+k5y6y17-k6y17y1y2-k7y2y8-k16y2y13-k19y1y1y2

dy3/dt=-k2Cey3-k4y3y6-k12y3y12-k15y3y14

dy4/dt=k2Cey3

dy5/dt=k2Cey3+2k4y3y6-k8y5y9-k13y5y13-k14y5y15-k18y5y18

dy6/dt=k3Cey1-k4y3y6-k5y6y17

dy7/dt=k6y17y1y2+k19y1y1y2-k9y7y8-k10y7y9

dy8/dt=-k7y8y2-k9y8y7+k18y5y18

dy9/dt=k7y8y2-k8y9y5+k9y7y8-k10y9y7-k11y9y11

dy10/dt=k8y5y9+k12y3y12

dy11/dt=k10y7y9-k11y11y9

dy12/dt=k11y11y9-k12y3y12

dy13/dt=-k13y5y13-k16y13y2

dy14/dt=-k15y14y3+k16y2y13

dy15/dt=k13y5y13-k14y5y15

dy16/dt=k14y5y15+k15y3y14

dy17/dt=-k17Cey17

dy18/dt=2k17Cey17-k18y18y5

其中：O2的初始浓度为3.763×1018/cm3，N2为2.047 9×1019/cm3，H2O为1.371×1018/cm3，NO为3.829 7×1016/cm3，NO2为2.016×1015/cm3，SO2为1.612 5×1016/cm3，电子浓度Ce为1013/cm3，其余粒子的初始浓度为0.[18]

2.2 模拟结果

图1 NO浓度随时间的变化

图2 NO2浓度随时间的变化

图3 SO2浓度随时间的变化

应用MATLAB软件编写微分方程的计算程序，并用较高精度的ode45法(四五阶Runge-Kutta法)求解该初值下的常微分方程组，得到NO，NO2及SO2的浓度随时间变化的曲线，分别见图1～3.由图1～3可知：因NO的初始浓度比较高，NO2的初始浓度很低，所以刚开始NO在等离子体下反应生成NO2的速度比NO2反应生成HNO3的速度快得多，使得初始时NO2的浓度不但不下降反而快速上升；随着反应的进行，因为生成NO的速度较慢，NO的浓度下降导致生成NO2的速度也急剧下降，这时NO2的消耗速度又远大于其生成速度，所以NO2的浓度在达到顶峰后又迅速降低.结合化学反应方程式还可以知道，虽然有NO生成，但NO浓度较高时，NO被反应掉的速度大于其生成速度，最后NO的浓度保持在较低水平.由图1～3还可以发现，3种污染物被去除的速度都很快，虽然柴油机排放尾气的速度也非常快，反应装置又有体积限制(船舶上机舱空间有限)，停留在反应器中的时间非常短，但最后净化尾气中污染物的效果还是很好的.

图4 SO2的初始浓度为0时NO浓度随时间的变化

图5 SO2的初始浓度为0时NO2浓度随时间的变化

分析柴油机燃油中硫含量(尾气中SO2的初始浓度)对处理尾气中NOx的影响，当SO2的初始浓度为0时，得到NO和NO2的浓度随时间变化的曲线，分别见图4和5.由图4和5可知：当使用含硫量低的高质燃油时，NO2浓度的峰值(1.48×1016/cm3)较之前的峰值(1.85×1016/cm3)明显降低；同时，大型船舶柴油机排放尾气的速度非常快，尾气在反应器中停留的时间非常短，尾气中NO2的初始浓度并不高，刚开始时会上升，如果峰值过高就会增加NO2排放超标的风险；使用含硫量低的燃油时，NO2浓度到达较低值时所用时间明显减少，因而使用含硫量低的燃油有助于提高NOx的去除率.这是因为SO2与活性粒子反应消耗了活性粒子，使得参与NOx去除反应中的活性粒子的量降低.

分析废气中的O2浓度对尾气中NOx和SO2去除效果的影响，当O2的初始浓度为3.763×1017/cm3时，得到NO，NO2及SO2的浓度随时间变化的曲线，分别见图6～8.

图6 O2浓度较低时NO浓度随时间的变化

图7 O2浓度较低时NO2浓度随时间的变化

图8 O2浓度较低时SO2浓度随时间的变化

由图6～8可以明显看出：当O2浓度较低时，NO，NO2及SO2的去除速度都明显降低，达到与O2浓度较高时相同的净化效果所花费的时间明显增加.从图中可观察到O2浓度较低时反应变得特别慢，污染物的浓度相对于O2浓度较高时变化非常缓慢，这是由于活性粒子O，O(1D)，OH和O3等的生成都直接或间接地需要O2的参与，而这些活性粒子又是净化柴油机尾气中污染物NOx和SO2的必需物质，它们的浓度大小直接关系到净化反应的快慢.O2浓度对NO2浓度的影响最大：O2浓度降低使NO2的峰值向右移动，达到峰值的时间高了一个数量级，NO2达到较低的浓度所需的时间也高了一个数量级.前面已经分析过尾气在反应器中停留的时间不能太长，若尾气中O2浓度较低，则尾气在反应器中停留时间过短，最终通过反应器的尾气中NO2的浓度可能比初始时NO2的浓度还要高.

3 结论及展望

(1)利用低温等离子体技术净化船舶柴油机尾气中的NO，NO2和SO2，其去除速度都很快，能达到所需的净化效果.(2)在反应过程中有NO生成，但当NO浓度稍高时，NO被反应掉的速度大于其生成速度，因而NO浓度最终维持在一较低水平；NO2浓度初始时会增加，但达到峰值后会迅速降低.(3)使用含硫量较低的燃油时，NO2浓度的峰值明显降低，NO2浓度达到最低值所用的时间也明显减少.(4)尾气中O2浓度降低会使NO，NO2和SO2的去除速度明显降低，净化所需时间明显增加.

国内外对低温等离子体处理船舶柴油机尾气的研究尚很少，还没有相关的试验研究.本文用化学反应动力学数值模拟的方法，对该方法净化船舶柴油机尾气中的NOx和SO2进行研究，理论研究结果说明此方法是可行的，但尚需实验来验证，有条件的机构可做相关实验研究.

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(编辑 赵勉)

Chemical reaction kinetics simulation of marine diesel engine flue gas cleaning by low temperature plasma technology

SUN Yongming, XIA Wenhu, ZHANG Qin

(Merchant Marine College, Shanghai Maritime Univ., Shanghai 201306, China)

Considering that there exist no cleaning methods that can remove NOx, SO2and carbon particles together from marine diesel engine flue gas, it is proposed that the low temperature plasma technology is put forward for cleaning marine diesel engine flue gas. The differential equations of removing NOxand SO2by the technology are established by MATLAB according to the chemical reaction kinetics. The effects of removing NOxand SO2from marine diesel engine flue gas are simulated. On this basis, the influences of SO2and O2contents in flue gas on treatment effect are further studied. The theoretical research results show that the method is feasible. It has better development prospect to use the technology to clean marine diesel engine flue gas.

low temperature plasma; chemical reaction kinetics; marine diesel engine; flue gas cleaning

10.13340/j.jsmu.2015.02.015

1672-9498(2015)02-0079-05

2014-08-15

2014-10-28

孙永明(1962—)，男，浙江绍兴人，副教授，硕士，研究方向为船舶辅机工程，(E-mail)ymsun@shmtu.edu.cn

U664.121； TK421.5

7.SCR技术在船舶柴油机上的应用 篇七

根据目前的技术水平,仅仅依靠柴油机自身减排技术已经很难满足TierⅢ的标准,这就意味着柴油机必须通过后处理技术来实现这一目标[1]。在氮氧化物后处理技术中,SCR被公认为最成熟、有效的措施[2]。本文结合船舶柴油机废气排放控制的现状,提出了将工业中经常使用的选择性催化还原法(SCR)应用于船舶柴油机,在不增加现有船舶柴油机燃油消耗率的情况下,降低氮氧化物的排放,从而满足有关排放法规对氮氧化物的限制要求。

1 船舶柴油机有害气体的组成及NOX的危害

1.1 有害气体的组成

船舶造成大气污染的有害物质主要包括:氮氧化物(NOX)、硫氧化物(SOX)、碳氧化物(COX)、碳氢化合物(HC)以及微粒(PM)等,其中氮氧化物是船舶废气的重要组成部分,其对环境的影响也最为直接。

1.2 氮氧化物的危害

柴油机排放的废气中的氮氧化物90%以上是NO,少量是NO2。NO是无色并具有轻度刺激性气味的气体,它在低浓度时对人体健康无明显影响,高浓度时会造成人与动物中枢神经系统障碍。尽管NO的直接危害性不大,但NO在大气中可以被臭氧氧化成具有剧毒的NO2。NO2是一种赤褐色并带刺激性的气体,吸入人体后与血液中的血红蛋白作用,成为变性血红蛋白,使血液的输氧能力下降。此外,氮氧化物还是形成光化学烟雾和酸雨的一个重要原因。船舶柴油机废气中的氮氧化物与其它大气污染物经紫外线照射发生反应形成的有毒烟雾即光化学烟雾。光化学烟雾具有特殊气味,刺激眼睛,伤害植物,并能使大气能见度降低。另外,氮氧化物与空气中的水反应生成的硝酸和亚硝酸是酸雨的成分。

2 NOX排放控制技术

船舶柴油机氮氧化物的生成机理非常复杂,其主要来源于空气中的氮气,并且生成量与燃烧温度、燃烧时间及过量空气系数等密切相关。要控制NOX的排放,可以从其生成机理和性质两个方面进行,可分为机内燃烧控制和机外排气净化[3]。

机内燃烧控制技术是指在可燃混合气体燃烧之前采取的降低污染物排放的措施,主要包括直接喷水法(DWI)、废气再循环(EGR)、增压中冷技术、燃油电喷技术、优化柴油机结构参数和运行参数,如燃烧室改进、喷油延迟等。机外排气净化技术是在机内控制的基础上为了进一步降低排放量采取的措施,包括选择性催化还原技术(SCR)、废气洗涤法等。

根据国外权威柴油机厂商研究,依据目前的技术水平和状况,仅仅凭借直接喷水法(DWI)、废气再循环(EGR)等机内净化技术已很难满足MARPOL公约附则Ⅵ的要求,机外控制技术的应用已成为必然趋势。SCR作为排气后处理技术在工业中已广泛应用,可有效去除NOX高达90%,是目前降低NOX排放的最有效方法,也是唯一能够使船舶柴油机满足MARPOL公约附则Ⅵ中TierⅢ排放标准的减排技术。

3 SCR的原理

SCR是“Selective Catalytic Reduction”的缩写,既选择性催化还原,其原理就是在含有氮氧化物NOX的尾气中喷入氨气、尿素或者其它含氮化合物,使其中的NOX还原成氮气N2和水H2O。还原反应在较低的温度范围(315～400℃)内进行,需要催化剂,故称之为选择性催化还原[4]。尿素溶液由于高温分解成氨气NH3和二氧化碳CO2,氨气NH3又在催化剂作用下与氮氧化物NO、NO2结合发生反应,将其还原成氮气和水。选择性催化还原的化学反应的方程式如下:

由上述化学反应可见,最终产物都是无污染的氮气和水。

船舶SCR系统主要由尿素供给与喷射装置、催化器装置、电子控制单元等部分组成,其布置如图1所示。

3.1 尿素供给与喷射装置

由于氨气有毒,不便于存储运输并且有泄漏的危险,因此SCR系统中普遍使用尿素作为催化还原反应的还原剂。在反应前将尿素和水按一定比例混合喷入柴油机排放的废气中,尿素溶液由于高温分解生成氨气和二氧化碳。

尿素供给与喷射装置包括尿素罐、尿素泵、计量单元和尿素喷射单元等。尿素罐用于存储工业尿素,带有液位传感器、温度传感器等检测装置,传感器用于实时监测尿素的液位和温度。当尿素液位低于设定阀值时,电子控制单元会提示用户及时向尿素罐驳运尿素溶液,而当尿素溶液的温度过低或过高时,电子控制单元便控制加热装置的启闭,防止溶液冻结或过热。

计量单元是一个智能装置,根据电子控制单元的指令借助尿素泵将一定计量的尿素溶液输送到尿素喷嘴,同时在压缩空气的作用下实现良好雾化。由于尿素在-11℃温度下冻结,为了保证SCR系统在低温下正常工作,尿素泵通常还内置有加热装置。

3.2 催化器装置

催化器装置是SCR系统的核心,是去除氮氧化物实现脱硝的关键设备。催化器由进气管、壳体、催化剂、排气管、保温层及其他附属部件组成,其目的是为NOX催化还原反应提供场所、反应条件和催化剂。

目前,SCR系统催化剂主要有四类:金属氧化物催化剂、贵金属催化剂、分子筛催化剂和碳基催化剂[5],对于船舶SCR系统金属氧化物催化剂使用较为广泛。船舶SCR系统催化剂按照结构可分为蜂窝式和波纹板式两种,如图2、图3所示,其中蜂窝式占绝大多数。催化剂的活性元素一般是五氧化二钒,为了增加催化剂的热稳定性还会添加一定量的三氧化钨,并以二氧化钛做为载体。

SCR设备的运行成本很大程度上取决于催化剂的寿命,理论上催化剂不参与化学反应,可以无限期的使用,但实际应用中多种因素的作用会造成催化剂失去活性即催化剂钝化。

催化剂钝化分为物理钝化和化学钝化。典型的催化剂化学钝化主要是碱金属(如Na、K、Ca等)和重金属(如As、Pt、Pb等)引起的催化剂中毒。碱金属吸附在催化剂的毛细孔表面,金属氧化物与催化剂表面的硫氧化物生成硫酸盐而造成催化剂中毒。

催化剂物理钝化主要包括:柴油机尾气温度较高导致催化剂发生烧结,其物理结构发生变化引起表面堵塞,减少了催化剂与氮氧化物和氨气的接触面积。另外,颗粒物质、杂质堵塞或覆盖了催化剂表面的活性区域,进而阻碍氮氧化物与催化剂的充分接触,也会降低了催化剂的活性。

为了防止催化剂钝化而影响SCR系统的正常运行,要定时的更换催化剂。除此之外,一些催化剂再生技术也逐渐应用到SCR系统中。

3.3 电子控制单元

电子控制单元由数据采集模块和中控计算机组成。数据采集模块用于采集尿素罐中液位传感器、温度传感器及氮氧化物分析仪等传感器数据,用于实时检测SCR各部分系统运行状态。中控计算机根据各级传感器数据调整系统运行状态。

当柴油机启动运行时,氮氧化物分析仪开始工作,废气温度高于设定温度时相关泵阀打开并提取尿素溶液。计量单元根据尾气中氮氧化物的含量来调整溶液的供给量,喷射单元将尿素溶液喷出使其在废气中雾化,尿素溶液在高温中汽化与废气进行充分的混合。混合后的气体与催化剂充分接触,在催化作用下氮氧化物与氨气反应生成水蒸汽和氮气。氮氧化物分析仪对处理后的尾气进行分析,如果经过SCR系统处理后的废气氮氧化物含量超标,计量单元会增加尿素溶液的提取量,确保足够的还原剂供给。电子控制单元会实时分析各传感器数据,监控系统运行状态,确保排出的氮氧化物含量低于设定阀值。

4 SCR的前景分析

SCR最大的优点是可以减少柴油机80%～95%的氮氧化物排放,是目前唯一能够达到TierⅢ排放标准的控制技术。使用SCR系统不必对柴油机做较大的改动,发动机耐久性好,燃油经济性好,对燃油油品和机油品质要求较低而且不会增加油耗和黑烟的排放。这也是SCR技术普遍被造船业看好的原因。

然而SCR在船舶应用的过程中也存在一些问题,具体表现在系统的初装成本高、尺寸大。SCR系统的初装成本高达柴油机成本的40%左右,并且体积与发动机相当,在船舶有限的空间内布置也较为困难。此外,还原剂和催化剂的消耗也是潜在的投入成本,无疑这些问题的存在直接影响了SCR系统的推广。

目前,SCR技术在其他行业的应用已经较为成熟,特别是在火力发电、汽车领域等方面得到了有效推广。对于在船舶行业的应用,欧美等发达国家不论是在技术的研发还是产品的设计等方面均起步较早,并且已经开始了船舶SCR设备的试用阶段,积累了宝贵的经验。而反观国内情况,虽然已有这方面技术的研究,但船用SCR系统的研发和生产基本上还处于起步阶段。

5 结语

SCR技术可以有效地降低船舶柴油机氮氧化物的排放,是柴油机满足相关公约要求的首选技术方案。虽然目前该技术在推广方面仍存在一些问题,但随着排放控制区域的增加以及法规的日益严格,加之SCR系统的小型化和成本的降低,该项技术必将在船舶行业中得到广泛应用。

摘要：文章介绍了船舶柴油机氮氧化物的排放及其危害,针对氮氧化物的排放控制提出了选择性催化还原(SCR)技术,并对其基本原理和主要构成部分进行了阐述,为降低船舶柴油机氮氧化物的排放提供了一个有效的方法。

关键词：SCR,选择性催化还原,船舶柴油机,氮氧化物

参考文献

[1]船用柴油机SCR,机遇还是挑战[J].船舶物资与市场,2011,5: 25-28.

[2]梁恩胜.船舶柴油机的排放污染与SCR技术[J].装备制造技术,2009,11: 145-147.

[3]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,2011,33(1): 21-24,32.

[4]吴忠标.大气污染控制技术[M].2002,北京:化学工业出版社.244

8.船舶柴油请示 篇八

1 船舶柴油机故障主要模式分析

针对船舶柴油机及系统设备的使用情况笔者进行全面调查，收集到了具体故障案例。综合起来分析，可得出结论发现：柴油机的常见故障原因不是一个具体的单一的，而通常是由各种原因综合造成。结合故障实例可具体分为如下故障模式：A：过度磨损;B：材料强度不够;C：腐蚀;D：振动;E：人为管理因素;F：其它模式。按以上的故障模式，对柴油机统计，进而分析得出其故障出现率，见表1所示：

通过表1结果分析看，虽然这种统计不完全，但可得出故障发生的趋势，因而可初步得出如下结论：

1)柴油机的故障比率较高的是磨损引起的，其比率达到了37.5%。而磨损主要又是因为金属颗粒或装配不当或零部件老化等造成的。2)对于因材料强度不够的故障，主要表现在零部件的疲劳断裂和裂纹，在其调查的故障案例中占25%，这类故障可在材料选型和设计上予以解决。3)对于船舶柴油机因振动引起的故障，因为在现场通过振动监测来判断故障难度较大。故一般只能对机器进行定期检查，实行视情检修以提高机器可靠性。4)对于人为因素引起的故障，在其调查的故障案例中占15.7%。可以说船舶柴油机的故障与轮机管理人员的素质和日常的维修保养计划有很大的关系。因此对于此类故障应着力进行公司的维修保养体系的建设，实现全面计划质量维修和视情维修。

2 船舶柴油机磨损故障概况及现场处理

2.1 康明斯NTA-855系列柴油机故障分析

本文分析实例中的故障船舶柴油机为康明斯的NTA-855系列，用在1400吨的内河集装箱船上，是船舶的主要的动力。该船舶在某次航行期间，检修时观测到如下故障：正常空转柴油机时，烟囱没有发现黑烟。但是当把齿轮箱带上时，就出现很大的黑烟，而且油底壳里面有柴油(经测量发现)。初步怀疑造成的原因：柴油机的PT喷油器损坏。采取的具体做法为：马上对柴油机进行较全面的检查和拆装。根据排气管各自的含柴油的量，按照经验对第二、三缸进行“手术”。拆开发现其活塞顶上有大量的积碳，而且进气管口和排气管口都有较多的柴油和积碳，并且PT喷油器崩脱，在喷油器前沿处有类似直线的裂纹。在检查中还发现凸轮轴喷油凸轮二、三缸有明显的磨损。据此确定造成的原因是：柴油机的PT喷油器损坏和喷油时刻调整有错。为了节省时间，现场的做法是先把新的气缸盖和PT喷油器换上，并对喷油正时和气门间隙作出准确的检查和调整，以保证公司船舶的生产按时进行。

2.2 喷油正时的检查调整和气门间隙的调整

正确的喷油时间对保证发动机达到额定功率和正常的工作是非常重要的。喷油正时的检查和调整是根据活塞与喷油器驱动推杆的相对位置关系来确定的。康明斯发动机燃油系统在调整好PT喷油器时，还应调整气门间隙。调整气门间隙一般采用逐缸法调整，这里同样存在着调整方法烦琐的弊病。可利用展开图法进行调整，不仅可以简化操作，节省工时，提高准确性，而且还有助于操作者正确理解配气机构的动作与发动机工作过程间的相互关系。在实际工作中，还可以在调整喷油器的同时调整气门间隙。

3 船舶柴油机磨损故障实例分析及处理方法

上小节实例分析了船舶柴油机磨损故障概况及现场处理，本小节将对该磨损可能的机理进行分析并提出处理方法。本实例中根据故障概况，出现的磨损为船舶主柴油机的磨损为气缸套与活塞环及活塞之间的磨损，其主要磨损形式有摩擦磨损、磨料磨损和腐蚀磨损。

1)摩擦磨损。气缸在工作时，活塞环压向气缸套的正压力大大超过活塞环本身的弹力，特别是第1道活塞环处压力最大，使环与气缸套之间的摩擦力增大。2)磨料磨损。空气中的灰尘等杂质微粒、机油中的杂质颗粒以及摩擦磨损产生的金属磨屑等会使气缸套磨损大为加剧，特别是空气带入的磨料对气缸套磨损的影响最大，对气缸套造成的影响。坚硬锐利的磨料从空气滤清器进入气缸后首先作用于第一道活塞环与缸壁之间，使气缸套上部磨损严重。3)腐蚀磨损。气缸内可燃混合气燃烧后，产生水蒸气和酸性氧化物，生成矿物酸和有机酸，附在气缸壁上。其中有机酸是碳氢化合物燃料燃烧时生成的，矿物酸则是燃烧时生成的气体溶于燃烧时生成并附于缸壁上的水分形成的。在柴油发动机低温频繁起动和燃烧不完全时酸性物质容易生成，使气缸产生严重的腐蚀磨损。由于生成的酸首先作用于气缸上部，因此，腐蚀磨损也使气缸上部磨损严重，特别是第1道活塞环上止点处磨损量最大。

对于这些磨损的故障，基本的解决方法为：1)清洗润滑系统、润滑油过滤、保证供油充分和提高凸轮表面硬度或表面进行耐磨处理;2)提高凸轮副接触精度和制造精度，凸轮副材料合理选择，磨合工序合理，保证油品质量和油路畅通;3)从设计、加工、装配三方面严格保证活塞、汽缸等部件之间的装配精度和间隙预留。本文实例在现场的做法是把新的气缸盖和喷油器换上就是一种从装配方面解决故障的方法。

参考文献

[1]郭江华, 侯馨光, 陈国钧.船舶柴油机故障诊断技术研究[J].中国航海, 2005.

9.船舶柴油请示 篇九

目前, 柴油机的运用十分广泛, 应用在舰艇、船舶、内燃机车、汽车、军用车辆、石油钻探及小型电站上。发动机是船舶的心脏, 那么喷油泵就是发动机的心脏, 由此可见喷油泵的地位以及重要性, 它对整个系统的经济性、动力性、可靠性、以及排气净化、振动噪声等指标有着决定性的影响, 所以了解并掌握喷油泵的基本知识, 特别是了解喷油泵的常见故障以及应对措施, 有助于我们在生产、生活以及运用中能更好地发挥它的价值, 并为人类节约更多的能源提供更充足的动力。

1 喷油泵的功用及结构

1.1 喷油泵的功用

喷油泵是供给高压燃油的一种机器装配, 又称高压油泵, 它由凸轮供给动力并按时定量地供给高压燃油, 高压燃油经过喷油嘴以分散的锥型喷入燃烧室进行燃烧。

对喷油泵的要求主要有以下三点。

a.喷油泵的喷油量要满足外界负荷的需要, 即当外界负荷增大时喷油量也要相应地增大, 当外界负荷减小时相应的喷油量也要适当地减小。同时各个缸的喷油量必须是相同的。

b.喷油泵的喷油提前角要保证各个缸完全相同, 同时还要保证关闭延迟角也相同, 即每个喷油过程持续的时间相同。开启提前角要迅速, 不能拖延, 以免喷油定时有误, 关闭延迟角也要迅速, 否则会产生滴漏以及更严重的后果。

c.喷油泵必须要有良好的密封性, 保证输送的燃油有足够的压力, 并具有良好的雾化效果, 这是至关重要的一点。

1.2 喷油泵的结构

喷油泵柱塞上设有直槽、斜槽和环槽, 套筒上开有两个圆孔, 柱塞中部设有调节齿圈并通过键相连接, 齿圈与齿条通过齿轮配合关系相互连接, 通过调节齿条的位置, 即可以调节喷油泵的循环供油量。图1所示为回油孔式喷油泵的基本结构图, 它是由柱塞与套筒 (称柱塞偶件) 、凸轮与滚轮、进油阀和出油阀以及调节机构等组成的基本部分。

1.3 喷油泵供油量均匀性调节以及重要性

在柴油机运转中, 喷油泵的循环供油量调节主要是依据外界负荷的大小, 始终点调节式的供油量始点与终点均随负荷而变化, 当负荷减小时, 供油始点延后, 终点提前。拥有循环供油量只是柴油机运转的一小步, 供油量的均匀性也不可小视。所谓供油量的的均匀性, 就是保证各刚循环供油量不均匀性不超过3%。调节方法很简单:顺时针或者逆时针转动柱塞即可使供油量减小或增大。如果单缸的循环供油量超过规定值或者不足时, 我们必须进行调节, 否则会导致单缸爆压过高或不足。长久下去会使柴油机内部零件发生疲劳磨损甚至断裂, 严重时可能导致动力缺失, 危及船舶安全。

2 喷油泵的常见故障以及应对措施

在船舶柴油机正常运转中, 我们可能会遇到由喷油泵引起的各种各样的故障, 原因可能是加工工艺以及产品质量上的问题, 但多数是由于长期运行磨损老化造成的, 下面我们就来仔细研究由喷油泵导致的常见故障以及应对措施。

2.1 导致发动机无法启动

2.1.1 输油泵不供油

应对措施:首先先查看油箱是否留有燃油, 其次检查止回阀是否磨损失效, 柱塞偶件是否发生磨损导致空气混入, 泵中压力无法建立。

2.1.2 输油泵供油但喷油泵不喷油

应对措施:这个问题很明显有油供应但无法排除, 显然柱塞存在磨损, 导致空气混入压力无法建立, 我们只要更换柱塞即可。

2.1.3 喷油正时不准确

应对措施:由于长期的运转导致凸轮的磨损, 使得喷油定时的改变, 我们只要更换凸轮即可。

2.2 导致发动机冒黑烟

2.2.1 喷油正时调整不准确

应对措施:小小的喷油定时出现问题, 我们只能重新调整喷油定时, 使它恢复到正常数值上, 拆卸后可根据损坏情况决定是否可维修。

2.2.2 出油阀磨损或发卡

应对措施:在船舶上为了安全又不影响航运利润, 我们只有先暂时更换出油阀, 保持柴油机正常运行的前提下, 我们可以对出油阀进行研究, 是锥面偶件磨损还是其他原因。

2.2.3 喷油器开启压力过小

应对措施:检查柱塞偶件是否磨损, 是否有空气泄露, 导致腔内油压无法建立, 必要时更换柱塞偶件。

2.3 导致发动机功率不足

2.3.1 供油量不足

应对措施:由于柱塞的过度磨损导致喷油压力过低, 供油量不足, 我们可以更换柱塞加以解决。

2.3.2 不正常供油

应对措施:由于喷油正时过早导致喷油提前角太大, 发动机做负功太多, 或者由于喷油提前角过小, 导致后燃严重, 甚至冒黑烟, 我们必须对喷油定时重新进行调整。

2.4 导致喷油泵漏油

2.4.1 端盖油封漏油

应对措施:端盖清洁重新加固安装, 视情况而定, 破损严重必须更换。

2.4.2 柱塞密封圈漏油

应对措施:密封圈破损时, 我们必须更换新的密封圈。

实践中遇到的问题更加复杂, 也许是一个问题, 或许是多个问题一起发生, 所以遇到具体的问题, 我们运用掌握的知识来具体分析和应对。即使是同样的故障原因, 可能导致的问题却不一样, 可能是同样的故障问题, 但导致的故障原因有可能不一样。

3 结束语

我们从喷油泵的功用、喷油泵的结构以及柱塞式喷油泵的循环供油量上了解到小小的喷油泵对整个机器的工作运转起到了至关重要的作用。喷油泵是柴油机的心脏, 也是极其重要的部件, 而且还在陆地上的交通工具以及动力设备上都扮演着重要的角色。一旦出现问题, 小则可能导致功率不足, 或者功率波动, 大则可能会导致船舶等机械设备失去原动力, 对于船舶而言这是非常危险的状况。对于陆地上的设备可能导致动力缺失, 影响生产生活。船舶上每一个零件都是至关重要的, 多一个不可, 少一个更不行。总之船舶是一座移动的城市, 需要我们每个人认真履行自己的责任, 尽到自己的责任和义务。

摘要：发动机是机械的心脏, 然而喷油泵等部件好坏直接关系到能源的利用以及效率的高低。首先分析了喷油泵的功用、结构、供油量均匀性调节以及重要性, 然后针对由喷油泵导致的常见故障, 提出了合理的应对措施和解决方案, 有利于轮机人员在了解喷油泵的基础上, 拥有更全面的故障分析及应对技能。

关键词：船舶柴油机,喷油泵,故障,措施

参考文献

[1]刘彦辉.柴油机喷油器常见故障分析与排除[J].柴油机, 2011, (1) :54-56.

[2]章炜, 郑发彬, 等.舰船柴油机喷油器故障[J].中国修船, 2006, (8) :5-7.

[3]梁恩胜, 刘文科, 等.灰色关联分析法在船舶柴油机故障诊断中的应用[J].舰船科学技术, 2016, (4) :40-42.