船舶主機(jī)降功率節(jié)能減排技術(shù)研究論文
【摘要】隨著當(dāng)前人們環(huán)保節(jié)能重視程度的不斷提高，當(dāng)前在各行各業(yè)中，人們非常重視節(jié)能減排問(wèn)題，而在船舶運(yùn)行過(guò)程中，往往會(huì)消耗大量的燃油，而且船舶運(yùn)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(fèi)，而且還會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的影響，所以當(dāng)前船舶運(yùn)輸業(yè)也必須要加強(qiáng)節(jié)能減排。要實(shí)現(xiàn)船舶的節(jié)能減排，可以通過(guò)采取主機(jī)降功率航行的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是在應(yīng)用主機(jī)降功率節(jié)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(jī)降功率節(jié)能減排技術(shù)的優(yōu)化進(jìn)行了相應(yīng)的研究。
【關(guān)鍵詞】船舶；降功率；主機(jī)；節(jié)能減排
當(dāng)前，全球都非常重視節(jié)能減排問(wèn)題，要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，就必須在各個(gè)領(lǐng)域之中注重節(jié)能減排，而船舶運(yùn)輸是消耗燃油的重點(diǎn)行業(yè)，同時(shí)也是造成溫室效應(yīng)以及大氣污染的重要因素。要想實(shí)現(xiàn)船舶運(yùn)輸?shù)墓?jié)能，船舶主機(jī)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(jī)降功率節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用，是實(shí)現(xiàn)我國(guó)的航運(yùn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要手段，所以對(duì)于船舶主機(jī)降功率節(jié)能減排技術(shù)進(jìn)行研究有著非常重要的意義。
1船舶節(jié)能減排技術(shù)簡(jiǎn)介
航運(yùn)業(yè)是一個(gè)高能耗的產(chǎn)業(yè)，近年來(lái)由于船舶運(yùn)輸所導(dǎo)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(jié)能減排引起了各個(gè)國(guó)家的高度重視。而要實(shí)現(xiàn)船舶的節(jié)能減排，主要有兩種途徑：
�、偻ㄟ^(guò)對(duì)船舶上的設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)；
�、谠诖昂叫羞^(guò)程中進(jìn)行科學(xué)的管理。
比如說(shuō)對(duì)焚燒爐和余熱回收利用設(shè)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(zhǎng)沖程的柴油機(jī)等，這些技術(shù)都是船舶中常用的節(jié)能減排技術(shù)，能夠有效地節(jié)約能源，同時(shí)避免對(duì)環(huán)境造成污染。例如廢熱利用技術(shù)就是指通過(guò)對(duì)主機(jī)等氣廢熱來(lái)進(jìn)行暖缸，通過(guò)增設(shè)熱管鍋爐來(lái)對(duì)主機(jī)排氣進(jìn)行二次回收，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jī)的轉(zhuǎn)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(xiàn)節(jié)能減排。還有對(duì)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(jié)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(yùn)過(guò)程中，一種非常實(shí)用而且有效的節(jié)能減排技術(shù)就是船舶減速降功率航行，減速降功率節(jié)能技術(shù)實(shí)質(zhì)上包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：
�、僭谥鳈C(jī)降功率運(yùn)行之后，對(duì)低負(fù)荷工況加以優(yōu)化調(diào)整和改善；
�、谠诖敖档秃剿俸叫械臅r(shí)候，主機(jī)同時(shí)進(jìn)行降功率運(yùn)行。
在實(shí)際的應(yīng)用中，船舶減速降功率航行的節(jié)能機(jī)理就是依據(jù)船舶的實(shí)際使用要求，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)的額定功率制造出不同的缸徑和沖程的柴油機(jī)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)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(jī)形成一個(gè)新的轉(zhuǎn)速和功率的輸出區(qū)域，而在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，就能夠?qū)崿F(xiàn)減額輸出，而且通過(guò)這樣的方式也能夠使得缸內(nèi)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(jī)的耗油率得以降低，進(jìn)而減少油耗。減額輸出之所以能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能，主要就是因?yàn)樵谶\(yùn)行的過(guò)程中，將最大持續(xù)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(xù)功率相對(duì)應(yīng)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(chǔ)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(jié)約能源，而且在船速降低運(yùn)行時(shí)，主機(jī)的油耗會(huì)隨著主機(jī)功率大幅度地降低而不斷減小。在船舶主機(jī)降功率運(yùn)行的過(guò)程中，功率和航速往往是呈現(xiàn)三次方比例減少的，正是由于柴油機(jī)具有該特性，使得船舶降功率航行得以實(shí)現(xiàn)，換句話來(lái)說(shuō)，只需將航速略微降低，就能夠有效地節(jié)省推進(jìn)功率，進(jìn)而節(jié)省燃油。在船舶航行的過(guò)程中，航速和主機(jī)轉(zhuǎn)速是成正比的，而主機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的立方成正比，所以說(shuō)如果主機(jī)的轉(zhuǎn)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(jī)為例，在對(duì)其參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化之前，其航行螺旋槳特性參數(shù)如表1所示。而在對(duì)其參數(shù)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(jī)長(zhǎng)期都處在低負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)，而如果主機(jī)的額定功率長(zhǎng)期在50%以下運(yùn)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(tǒng)以及排氣系統(tǒng)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(dāng)氣缸內(nèi)的燃燒不良時(shí)，勢(shì)必造成嚴(yán)重的積碳，引起管道內(nèi)部燃燒，使得鍋爐內(nèi)部管道融化。過(guò)低的航速還有可能會(huì)使得主機(jī)的可靠性降低，維修周期甚至?xí)蟠蟮目s短，從而增加了輪機(jī)員的工作量和運(yùn)營(yíng)成本。所以在應(yīng)用船舶主機(jī)降功率節(jié)能減排技術(shù)的過(guò)程中，還必須要注重對(duì)這些問(wèn)題的`處理。
3船舶主機(jī)降功率的主要措施
3.1應(yīng)用可變噴油定時(shí)機(jī)構(gòu)
可變噴油定時(shí)機(jī)構(gòu)能夠?qū)娪投〞r(shí)加以改變，使得噴油提前角得以增大，同時(shí)自動(dòng)對(duì)柴油機(jī)的最大爆發(fā)壓力進(jìn)行調(diào)整，所以這也是船舶主機(jī)降功率的一個(gè)應(yīng)用。高壓油泵的噴油量會(huì)隨著負(fù)荷的變化而不斷變化，而且可變噴油定時(shí)機(jī)構(gòu)還能夠?qū)┯吞崆敖沁M(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，所以在部分負(fù)荷時(shí)，能夠使得爆發(fā)壓力有效地增高，從而改善部分負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)型。在船舶減速降功率航行的過(guò)程中，對(duì)可變噴油定時(shí)結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行調(diào)節(jié)，可使得柴油機(jī)的爆發(fā)壓力保持在穩(wěn)定的狀態(tài)，而在對(duì)可變噴油定時(shí)機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整的過(guò)程中，可以適當(dāng)?shù)亟档捅l(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(jī)的負(fù)荷到100%額定功率，并且調(diào)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(jī)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(jī)壓縮比
要想使得船舶減速降功率運(yùn)行，實(shí)際上我們還可以通過(guò)提高柴油機(jī)的壓縮比來(lái)實(shí)現(xiàn)，在活塞桿下部或者是連桿的大端，對(duì)墊片進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)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?xì)饣貨_的可能性，從而使得柴油機(jī)的壓縮比得以提高。但是在調(diào)整的過(guò)程中，也不能夠使得壓縮比增加過(guò)大，因?yàn)閴嚎s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(jī)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(dāng)主機(jī)在功率降低且負(fù)荷較低的情況下運(yùn)行時(shí)，與增壓器匹配的工況就會(huì)出現(xiàn)失調(diào)的現(xiàn)象。究其原因，主要是因?yàn)楫?dāng)在負(fù)荷較低的情況下運(yùn)行時(shí)，廢氣渦輪增壓器的通流能力會(huì)出現(xiàn)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(dǎo)致運(yùn)行效率的降低，最終可能導(dǎo)致柴油機(jī)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)，即我們通常所稱的停增部分增壓器。該技術(shù)的適用范圍為多臺(tái)透平增壓柴油機(jī)。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(tái)透平增壓柴油機(jī)，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(yùn)作機(jī)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(duì)掃氣溫度進(jìn)行稍稍調(diào)整，使得排氣溫度稍稍提高，從而進(jìn)一步提高增壓器的轉(zhuǎn)速和掃氣壓力。當(dāng)然，我們也可以利用輔助工具鼓風(fēng)機(jī)來(lái)提高柴油機(jī)的負(fù)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(jì)原則。
4結(jié)語(yǔ)
在船舶航行過(guò)程中，必須要注重節(jié)能減排，而通過(guò)采取船舶主機(jī)降功率節(jié)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(guó)航運(yùn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。本文對(duì)于船舶主機(jī)降功率節(jié)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(yīng)用可變噴油定時(shí)機(jī)構(gòu)、提高柴油機(jī)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(xiàn)船舶主機(jī)降功率，以期能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)船舶的節(jié)能減排提供相應(yīng)的參考。
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