船舶主機降功率節(jié)能減排技術(shù)研究論文
【摘要】隨著當前人們環(huán)保節(jié)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(jié)能減排問題，而在船舶運行過程中，往往會消耗大量的燃油，而且船舶運輸也是燃油消耗的一個重點行業(yè)。如果不能科學的管理和利用，燃油的大量使用不僅僅會造成能源的浪費，而且還會對環(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(jié)能減排。要實現(xiàn)船舶的節(jié)能減排，可以通過采取主機降功率航行的方式來實現(xiàn)，但是在應(yīng)用主機降功率節(jié)能減排技術(shù)的過程中，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(jié)能減排技術(shù)的優(yōu)化進行了相應(yīng)的研究。
【關(guān)鍵詞】船舶；降功率；主機；節(jié)能減排
當前，全球都非常重視節(jié)能減排問題，要實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，就必須在各個領(lǐng)域之中注重節(jié)能減排，而船舶運輸是消耗燃油的重點行業(yè)，同時也是造成溫室效應(yīng)以及大氣污染的重要因素。要想實現(xiàn)船舶運輸?shù)墓?jié)能，船舶主機降速降功率航行是一個非常行之有效的措施。從某種意義來說，船舶主機降功率節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用，是實現(xiàn)我國的航運業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要手段，所以對于船舶主機降功率節(jié)能減排技術(shù)進行研究有著非常重要的意義。
1船舶節(jié)能減排技術(shù)簡介
航運業(yè)是一個高能耗的產(chǎn)業(yè)，近年來由于船舶運輸所導致的能源消耗以及環(huán)境污染問題也變得越來越突出，船舶的節(jié)能減排引起了各個國家的高度重視。而要實現(xiàn)船舶的節(jié)能減排，主要有兩種途徑：
①通過對船舶上的設(shè)備進行改進；
②在船舶航行過程中進行科學的管理。
比如說對焚燒爐和余熱回收利用設(shè)備進行利用，在船舶上使用廢氣渦輪增壓器以及使用超長沖程的柴油機等，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，同時避免對環(huán)境造成污染。例如廢熱利用技術(shù)就是指通過對主機等氣廢熱來進行暖缸，通過增設(shè)熱管鍋爐來對主機排氣進行二次回收，從而實現(xiàn)對廢熱的利用。又比如說通過增大螺旋槳直徑的同時降低船舶主機的轉(zhuǎn)速來使得螺旋槳推進效率增加的方式也可以提高能源的利用效率，實現(xiàn)節(jié)能減排。還有對船舶航行過程中所排出的廢氣進行處理，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
在船舶營運過程中，一種非常實用而且有效的節(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)實質(zhì)上包括兩個方面的內(nèi)容：
①在主機降功率運行之后，對低負荷工況加以優(yōu)化調(diào)整和改善；
②在船舶降低航速航行的時候，主機同時進行降功率運行。
在實際的應(yīng)用中，船舶減速降功率航行的節(jié)能機理就是依據(jù)船舶的實際使用要求，通過對設(shè)計的額定功率制造出不同的缸徑和沖程的柴油機進行優(yōu)化調(diào)整，從而在不同程度上進行降低額定功率工作。這樣一來，就能夠使得主機形成一個新的轉(zhuǎn)速和功率的輸出區(qū)域，而在這個區(qū)域內(nèi)，就能夠?qū)崿F(xiàn)減額輸出，而且通過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，從而使得柴油機的耗油率得以降低，進而減少油耗。減額輸出之所以能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能，主要就是因為在運行的過程中，將最大持續(xù)功率時的平均有效壓力值降低，然后將其作為新的額定點，而且在這個時候，最大爆發(fā)壓力仍然能夠保持在同最大持續(xù)功率相對應(yīng)的水平，也就是說最大的爆發(fā)壓力實質(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
船舶減速降功率航行最為突出的一個優(yōu)點就在于能夠有效地節(jié)約能源，而且在船速降低運行時，主機的油耗會隨著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，正是由于柴油機具有該特性，使得船舶降功率航行得以實現(xiàn)，換句話來說，只需將航速略微降低，就能夠有效地節(jié)省推進功率，進而節(jié)省燃油。在船舶航行的過程中，航速和主機轉(zhuǎn)速是成正比的，而主機負荷和轉(zhuǎn)速的立方成正比，所以說如果主機的轉(zhuǎn)速降低20%，功率就會降低50%，同時油耗降低37%。這里以6S60MC柴油機為例，在對其參數(shù)進行優(yōu)化之前，其航行螺旋槳特性參數(shù)如表1所示。而在對其參數(shù)進行優(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雖然通過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，減速降功率航行會使得柴油機長期都處在低負荷運行的狀態(tài)，而如果主機的額定功率長期在50%以下運行，有可能會使得燃燒室的部件受到污染，同時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。當氣缸內(nèi)的燃燒不良時，勢必造成嚴重的積碳，引起管道內(nèi)部燃燒，使得鍋爐內(nèi)部管道融化。過低的航速還有可能會使得主機的可靠性降低，維修周期甚至會大大的縮短，從而增加了輪機員的工作量和運營成本。所以在應(yīng)用船舶主機降功率節(jié)能減排技術(shù)的過程中，還必須要注重對這些問題的`處理。
3船舶主機降功率的主要措施
3.1應(yīng)用可變噴油定時機構(gòu)
可變噴油定時機構(gòu)能夠?qū)娪投〞r加以改變，使得噴油提前角得以增大，同時自動對柴油機的最大爆發(fā)壓力進行調(diào)整，所以這也是船舶主機降功率的一個應(yīng)用。高壓油泵的噴油量會隨著負荷的變化而不斷變化，而且可變噴油定時機構(gòu)還能夠?qū)┯吞崆敖沁M行自動調(diào)整，所以在部分負荷時，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程中，對可變噴油定時結(jié)構(gòu)適當?shù)剡M行調(diào)節(jié)，可使得柴油機的爆發(fā)壓力保持在穩(wěn)定的狀態(tài)，而在對可變噴油定時機構(gòu)進行調(diào)整的過程中，可以適當?shù)亟档捅l(fā)壓力拐點值，使其等于額定爆發(fā)壓力減去3.5MPa，同時還可以增加主機的負荷到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的燃燒性能的同時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，實際上我們還可以通過提高柴油機的壓縮比來實現(xiàn)，在活塞桿下部或者是連桿的大端，對墊片進行適當?shù)恼{(diào)整，減少氣缸余隙的容積，使得壓縮比得以提高，同時還能夠提高終了壓縮壓力和溫度，使得整個燃燒過程提前，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(diào)整的過程中，也不能夠使得壓縮比增加過大，因為壓縮比如果過大，有可能會使得最高爆發(fā)壓力急劇增加，進而使得活塞的有效行程增加，會使得柴油機工作過程的循環(huán)功增加，進而造成更多的能耗
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，與增壓器匹配的工況就會出現(xiàn)失調(diào)的現(xiàn)象。究其原因，主要是因為當在負荷較低的情況下運行時，廢氣渦輪增壓器的通流能力會出現(xiàn)過剩的情況，造成廢氣量缺乏，使得整個廢氣渦輪增壓器的掃氣壓力不足，進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看，都是先降低增壓器的通流能力，然后來提升廢氣渦輪的前壓力。實際上，我們也可以對掃氣溫度進行稍稍調(diào)整，使得排氣溫度稍稍提高，從而進一步提高增壓器的轉(zhuǎn)速和掃氣壓力。當然，我們也可以利用輔助工具鼓風機來提高柴油機的負荷能力，但是這種做法會提升燃油消耗，不符合成本經(jīng)濟原則。
4結(jié)語
在船舶航行過程中，必須要注重節(jié)能減排，而通過采取船舶主機降功率節(jié)能減排技術(shù)能夠有效地減少船舶的能耗，從而進一步降低船舶的能耗，有利于我國航運業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。本文對于船舶主機降功率節(jié)能減排技術(shù)的相關(guān)原理以及具體措施進行探討，提出應(yīng)用可變噴油定時機構(gòu)、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，希望可以通過這方面的踐行來更好地實現(xiàn)船舶主機降功率，以期能夠為實現(xiàn)船舶的節(jié)能減排提供相應(yīng)的參考。
參考文獻
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