船舶主機降功率節能減排技術(shù)研究論文

　　【摘要】隨著(zhù)當前人們環(huán)保節能重視程度的不斷提高，當前在各行各業(yè)中，人們非常重視節能減排問(wèn)題，而在船舶運行過(guò)程中，往往會(huì )消耗大量的燃油，而且船舶運輸也是燃油消耗的一個(gè)重點(diǎn)行業(yè)。如果不能科學(xué)的管理和利用，燃油的大量使用不僅僅會(huì )造成能源的浪費，而且還會(huì )對環(huán)境造成嚴重的影響，所以當前船舶運輸業(yè)也必須要加強節能減排。要實(shí)現船舶的節能減排，可以通過(guò)采取主機降功率航行的方式來(lái)實(shí)現，但是在應用主機降功率節能減排技術(shù)的過(guò)程中，也必須要保證船舶的航行能力，所以本文主要就船舶主機降功率節能減排技術(shù)的優(yōu)化進(jìn)行了相應的研究。

　　【關(guān)鍵詞】船舶；降功率；主機；節能減排

　　當前，全球都非常重視節能減排問(wèn)題，要實(shí)現可持續發(fā)展，就必須在各個(gè)領(lǐng)域之中注重節能減排，而船舶運輸是消耗燃油的重點(diǎn)行業(yè)，同時(shí)也是造成溫室效應以及大氣污染的重要因素。要想實(shí)現船舶運輸的節能，船舶主機降速降功率航行是一個(gè)非常行之有效的措施。從某種意義來(lái)說(shuō)，船舶主機降功率節能減排技術(shù)的應用，是實(shí)現我國的航運業(yè)可持續發(fā)展的重要手段，所以對于船舶主機降功率節能減排技術(shù)進(jìn)行研究有著(zhù)非常重要的意義。

　　1船舶節能減排技術(shù)簡(jiǎn)介

　　航運業(yè)是一個(gè)高能耗的產(chǎn)業(yè)，近年來(lái)由于船舶運輸所導致的能源消耗以及環(huán)境污染問(wèn)題也變得越來(lái)越突出，船舶的節能減排引起了各個(gè)國家的高度重視。而要實(shí)現船舶的節能減排，主要有兩種途徑：

　�、偻ㄟ^(guò)對船舶上的設備進(jìn)行改進(jìn)；

　�、谠诖�舶航行過(guò)程中進(jìn)行科學(xué)的管理。

　　比如說(shuō)對焚燒爐和余熱回收利用設備進(jìn)行利用，在船舶上使用廢氣渦輪增壓器以及使用超長(cháng)沖程的柴油機等，這些技術(shù)都是船舶中常用的節能減排技術(shù)，能夠有效地節約能源，同時(shí)避免對環(huán)境造成污染。例如廢熱利用技術(shù)就是指通過(guò)對主機等氣廢熱來(lái)進(jìn)行暖缸，通過(guò)增設熱管鍋爐來(lái)對主機排氣進(jìn)行二次回收，從而實(shí)現對廢熱的利用。又比如說(shuō)通過(guò)增大螺旋槳直徑的同時(shí)降低船舶主機的轉速來(lái)使得螺旋槳推進(jìn)效率增加的方式也可以提高能源的利用效率，實(shí)現節能減排。還有對船舶航行過(guò)程中所排出的廢氣進(jìn)行處理，這些都是常用的船舶節能減排技術(shù)。

　　2船舶減速降功率航行概述

　　2.1船舶減速降功率航行的原理

　　在船舶營(yíng)運過(guò)程中，一種非常實(shí)用而且有效的節能減排技術(shù)就是船舶減速降功率航行，減速降功率節能技術(shù)實(shí)質(zhì)上包括兩個(gè)方面的內容：

　�、僭谥鳈C降功率運行之后，對低負荷工況加以?xún)?yōu)化調整和改善；

　�、谠诖�舶降低航速航行的時(shí)候，主機同時(shí)進(jìn)行降功率運行。

　　在實(shí)際的應用中，船舶減速降功率航行的節能機理就是依據船舶的實(shí)際使用要求，通過(guò)對設計的額定功率制造出不同的缸徑和沖程的柴油機進(jìn)行優(yōu)化調整，從而在不同程度上進(jìn)行降低額定功率工作。這樣一來(lái)，就能夠使得主機形成一個(gè)新的轉速和功率的輸出區域，而在這個(gè)區域內，就能夠實(shí)現減額輸出，而且通過(guò)這樣的方式也能夠使得缸內的最大爆發(fā)壓力以及平均有效壓力的比值得以提高，從而使得柴油機的耗油率得以降低，進(jìn)而減少油耗。減額輸出之所以能夠實(shí)現節能，主要就是因為在運行的過(guò)程中，將最大持續功率時(shí)的平均有效壓力值降低，然后將其作為新的額定點(diǎn)，而且在這個(gè)時(shí)候，最大爆發(fā)壓力仍然能夠保持在同最大持續功率相對應的水平，也就是說(shuō)最大的爆發(fā)壓力實(shí)質(zhì)上是不變的。但是最大爆發(fā)壓力和平均有效壓力的比值是得到了有效提高的，從而使得功率在保持最大的基礎之上有效地降低了耗油量。

　　2.2船舶減速降功率航行的優(yōu)點(diǎn)

　　船舶減速降功率航行最為突出的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就在于能夠有效地節約能源，而且在船速降低運行時(shí)，主機的油耗會(huì )隨著(zhù)主機功率大幅度地降低而不斷減小。在船舶主機降功率運行的過(guò)程中，功率和航速往往是呈現三次方比例減少的，正是由于柴油機具有該特性，使得船舶降功率航行得以實(shí)現，換句話(huà)來(lái)說(shuō)，只需將航速略微降低，就能夠有效地節省推進(jìn)功率，進(jìn)而節省燃油。在船舶航行的過(guò)程中，航速和主機轉速是成正比的，而主機負荷和轉速的立方成正比，所以說(shuō)如果主機的轉速降低20%，功率就會(huì )降低50%，同時(shí)油耗降低37%。這里以6S60MC柴油機為例，在對其參數進(jìn)行優(yōu)化之前，其航行螺旋槳特性參數如表1所示。而在對其參數進(jìn)行優(yōu)化之后，其SFOC分布如表2所示。2.3船舶減速降功率航行的缺點(diǎn)雖然通過(guò)減速降功率航行能夠有效地減少能源的使用，但是這種方式也具有一定的缺陷，減速降功率航行會(huì )使得柴油機長(cháng)期都處在低負荷運行的狀態(tài)，而如果主機的額定功率長(cháng)期在50%以下運行，有可能會(huì )使得燃燒室的部件受到污染，同時(shí)也有可能使得增壓系統以及排氣系統受到污染，還可能使得氣缸燃燒不良，從而使得滑油消耗量大大增加。當氣缸內的燃燒不良時(shí)，勢必造成嚴重的積碳，引起管道內部燃燒，使得鍋爐內部管道融化。過(guò)低的航速還有可能會(huì )使得主機的可靠性降低，維修周期甚至會(huì )大大的縮短，從而增加了輪機員的工作量和運營(yíng)成本。所以在應用船舶主機降功率節能減排技術(shù)的過(guò)程中，還必須要注重對這些問(wèn)題的`處理。

　　3船舶主機降功率的主要措施

　　3.1應用可變噴油定時(shí)機構

　　可變噴油定時(shí)機構能夠對噴油定時(shí)加以改變，使得噴油提前角得以增大，同時(shí)自動(dòng)對柴油機的最大爆發(fā)壓力進(jìn)行調整，所以這也是船舶主機降功率的一個(gè)應用。高壓油泵的噴油量會(huì )隨著(zhù)負荷的變化而不斷變化，而且可變噴油定時(shí)機構還能夠對供油提前角進(jìn)行自動(dòng)調整，所以在部分負荷時(shí)，能夠使得爆發(fā)壓力有效地增高，從而改善部分負荷的經(jīng)濟型。在船舶減速降功率航行的過(guò)程中，對可變噴油定時(shí)結構適當地進(jìn)行調節，可使得柴油機的爆發(fā)壓力保持在穩定的狀態(tài)，而在對可變噴油定時(shí)機構進(jìn)行調整的過(guò)程中，可以適當地降低爆發(fā)壓力拐點(diǎn)值，使其等于額定爆發(fā)壓力減去3.5MPa，同時(shí)還可以增加主機的負荷到100%額定功率，并且調整最高燃燒壓力使其等于額定爆發(fā)壓力，這樣能夠在提高柴油機的燃燒性能的同時(shí)有效地降低燃油消耗率。

　　3.2提高柴油機壓縮比

　　要想使得船舶減速降功率運行，實(shí)際上我們還可以通過(guò)提高柴油機的壓縮比來(lái)實(shí)現，在活塞桿下部或者是連桿的大端，對墊片進(jìn)行適當的調整，減少氣缸余隙的容積，使得壓縮比得以提高，同時(shí)還能夠提高終了壓縮壓力和溫度，使得整個(gè)燃燒過(guò)程提前，有效地縮短滯燃期，使得爆發(fā)壓力得以略微提高，有效地降低燃氣回沖的可能性，從而使得柴油機的壓縮比得以提高。但是在調整的過(guò)程中，也不能夠使得壓縮比增加過(guò)大，因為壓縮比如果過(guò)大，有可能會(huì )使得最高爆發(fā)壓力急劇增加，進(jìn)而使得活塞的有效行程增加，會(huì )使得柴油機工作過(guò)程的循環(huán)功增加，進(jìn)而造成更多的能耗

　　3.3改善廢氣渦輪增壓器效率

　　當主機在功率降低且負荷較低的情況下運行時(shí)，與增壓器匹配的工況就會(huì )出現失調的現象。究其原因，主要是因為當在負荷較低的情況下運行時(shí)，廢氣渦輪增壓器的通流能力會(huì )出現過(guò)剩的情況，造成廢氣量缺乏，使得整個(gè)廢氣渦輪增壓器的掃氣壓力不足，進(jìn)一步導致運行效率的降低，最終可能導致柴油機燃燒惡化。鑒于此，可采用的廢氣渦輪增壓器效率改善技術(shù)有透平（TC）CUT-OUT技術(shù)，即我們通常所稱(chēng)的停增部分增壓器。該技術(shù)的適用范圍為多臺透平增壓柴油機。如果是在封堵部分噴嘴環(huán)截面積的情況下，則主要用于單臺透平增壓柴油機，或者是直接改用更為小型的增壓器。從這些增壓器的基本運作機理來(lái)看，都是先降低增壓器的通流能力，然后來(lái)提升廢氣渦輪的前壓力。實(shí)際上，我們也可以對掃氣溫度進(jìn)行稍稍調整，使得排氣溫度稍稍提高，從而進(jìn)一步提高增壓器的轉速和掃氣壓力。當然，我們也可以利用輔助工具鼓風(fēng)機來(lái)提高柴油機的負荷能力，但是這種做法會(huì )提升燃油消耗，不符合成本經(jīng)濟原則。

　　4結語(yǔ)

　　在船舶航行過(guò)程中，必須要注重節能減排，而通過(guò)采取船舶主機降功率節能減排技術(shù)能夠有效地減少船舶的能耗，從而進(jìn)一步降低船舶的能耗，有利于我國航運業(yè)的可持續發(fā)展。本文對于船舶主機降功率節能減排技術(shù)的相關(guān)原理以及具體措施進(jìn)行探討，提出應用可變噴油定時(shí)機構、提高柴油機壓縮比以及改善廢氣渦輪增壓器效率三方面建議，希望可以通過(guò)這方面的踐行來(lái)更好地實(shí)現船舶主機降功率，以期能夠為實(shí)現船舶的節能減排提供相應的參考。

　　參考文獻

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