船用柴油机双燃料系统设计及其特性

随着排放法规的日趋严苛和运输市场竞争日益激烈，为降低航运业运营成本、保护环境，船舶发动机燃油系统不断被改进，双燃料发动机以其污染更少、燃料价格较低， 成为研究热点。本文介绍了一种新的船用柴油天然气双燃料系统，并为系统设计了性能可靠控气精准的组合喷射阀。为了提高系统适应性，设计了通过T-S模糊控制算法处理油耗和转速信息得出系统的天然气喷入量的控制系统，不安装限油装置，最大限度地利用了原柴油机的控制系统，通过发动机自身调节机构对引燃柴油量调节，安装简单方便。在台架实验中，双燃料发动机的替代率随着转速的升高逐渐增大，在额定转速（负荷）点工作时，替代率达到了73%，费用节省率达到了31%，运行可靠稳定。     

大连机车研发出国内最先进船用发动机

<正>近日,中国北车大连机车车辆有限公司推出一款国内最先进的双燃料船用发动机,作为船舶动力,它可以同时"进食"柴油和天然气。这款双燃料发动机是大连机车在原有6缸240型柴油机的基础上进行系统研发而成,能够实现液化天然气与柴油的混合使用,液化天然气对柴油的替代率可达86%,节省燃料成本20%以     

缸内液喷LNG/柴油双燃料发动机燃烧特性

以L 21/31船用中速柴油机为原型,在不改变燃烧室结构的基础上将其改装成缸内液喷LNG/柴油双燃料发动机,利用AVL_FIRE软件展开三维数值模拟,研究此双燃料发动机的LNG替代率极限以及高替代率时的缸内燃烧及排放性能。研究结果表明：改装后双燃料发动机的LNG替代率极限为99.5%,当替代率大于99.5%时,LNG无法被引燃;在可以正常燃烧条件下,保持引燃柴油及液化天然气喷射正时和喷射时间间隔不变,随着液化天然气替代率的增加,液化天然气燃烧始点基本不变,缸内最大爆发压力和最高燃烧温度降低,NO、CO生成量和排放量降低。     

缸内液喷LNG/柴油双燃料发动机燃烧特性

以L21/31船用中速柴油机为原型,在不改变燃烧室结构的基础上,将其改装成缸内液喷LNG/柴油双燃料发动机,利用AVL_FIRE软件展开三维数值模拟,研究此双燃料发动机的LNG替代率极限及高替代率时的缸内燃烧及排放性能。研究结果表明:改装后双燃料发动机LNG替代率极限为99.5%,当替代率大于99.5%时,LNG无法被引燃;在正常燃烧条件下,保持引燃柴油及液化天然气喷射正时和喷射时间间隔不变,随着液化天然气替代率的增加,液化天然气燃烧始点基本不变,缸内最大爆发压力和最高燃烧温度降低,进而降低NO、CO的生成量和排放量。     

喷油策略对大缸径双燃料发动机燃烧和排放的影响

为改善大缸径双燃料发动机的动力性,提高经济性并降低排放,以1台6缸多点进气的柴油/天然气双燃料发动机为研究对象,分析不同引燃油量和喷油正时对缸内燃烧、替代率以及排放的影响.研究结果表明,增加引燃油量和喷油提前角可以较大幅度降低CH4和CO的排放,HC排放的下降幅度较小,在不发生缸内爆震的情况下,引燃油量的减少不会影响爆压的变化和NOx的排放;相比于改变引燃油量,改变提前角对缸内燃烧和替代率的影响更大,喷油提前角增大1℃A,循环供油量平均减小0.19g/cyc,替代率平均增大2.5％;在全工况范围内,最佳喷油正时随着负荷的升高而减小,随转速升高而增大.通过优化喷油正时和引燃油量得出全工况各点的最高替代率,最高达到94.2％,提升了燃油经济性.研究结果可为大缸径双燃料发动机的开发提供依据.     

船用柴油/天然气双燃料动力系统的控制与特性研究

应用现代电子控制技术, 加装电控单元将船用柴油机改造成柴油/天然气系统。根据柴油机燃油供给系的工作特性,研究开发双燃料动力系统,设计以最少柴油引燃和自动加气至最大替代率的控制策略。通过电控单元完成纯柴油模式和双燃料模式之间的自动切换,实现双燃料动力系统最优控制。性能试验结果表明：柴油/天然气双燃料动力系统在相同工况下运行经济性和排放性明显提高。     

基于化学反应动力学的双燃料发动机数值模拟

为了完整表达双燃料发动机湍流燃烧过程中湍流流动和化学反应的共同影响,在燃烧过程的数值计算中将湍流和化学反应机理模型耦合,考虑两者的相互作用,成为可行的办法.在对双燃料发动机缸内工作过程数值模拟时,将构建的柴油引燃天然气化学反应机理模型耦合到计算流体动力学(CFD)软件中进行计算,并考虑湍流和化学反应的相互作用.湍流流动采用RNG k-ε模型,化学反应机理模型由简化而来的正庚烷机理(162组分和692步基元反应)、甲烷机理(26组分和122步基元反应)以及扩展的NO热力学机理(3步反应)组成,湍流与化学反应之间的相互作用通过Kong模型建立,基于此开展了不同初始温度对双燃料发动机中引燃柴油的燃烧过程和液化天然气(LNG)极限替代率的影响分析.结果表明,在初始温度为400 K,引燃柴油量所占原柴油量的百分比在1.6％及以上时,引燃柴油基本上被完全压燃,随着初始温度的升高,其可以被压燃所需要的柴油量会减少;同样初始温度400K时,LNG极限替代率降低到94.9％,随着初始温度的升高,LNG的极限替代率会提升.     

适用于低温条件下的双燃料发动机燃烧机理研究与应用

本文研究和建立一种包括172个组分、818步反应、适用于低温条件下的双燃料简化机理模型,用来预测双燃料发动机的燃烧和排放特性.机理模型针对点火延迟、层流火焰速度进行了验证,结果表明本文建立的简化机理模型可靠.最后,将本文简化的柴油/天然气双燃料机理模型耦合到CFD软件中,研究不同LNG替代率(0、30％、60％、90％...     

LNG/柴油双燃料柴油机控制软件模块化设计

针对船用LNG/柴油双燃料发动机,采用模块化设计理念,开发一套双燃料柴油机的控制软件。根据双燃料柴油机工作特性,在Matlab/Simulink环境下搭建控制算法,完成信号输入模块、转速计算模块和控制系统模块设计,其中控制系统模块核心包括发动机状态判断模块、自学习模块、稳态判断模块,通过软件滤波和自学习算法保证发动机控制的稳定性。台架试验结果表明:控制软件运行正常,发动机稳定运行,发动机经济性和排放性显著提高,在发动机转速为1 200 r/min时,NO_x排放最大降低63.5%,烟度降低70.0%,但CO和HC排放升高。此外,研究还表明,应用Matlab/Simulink模块化的电控软件开发方法具有开发周期缩短、开发成本降低及软件维护方便的优点。     

基于化学反应动力学的双燃料发动机数值模拟

为了完整表达双燃料发动机湍流燃烧过程中湍流流动和化学反应的共同影响,在燃烧过程数值计算中将湍流和化学反应机理模型耦合,考虑两者的相互作用,成为可行的办法。在开展不同LNG替代率下双燃料发动机缸内工作过程数值模拟时,将构建的柴油引燃天然气化学反应机理模型耦合到CFD软件中计算,并考虑湍流和化学反应的相互作用。湍流流动采用RNG k-ε模型,化学反应机理模型由简化而来的正庚烷机理(162组分和692步基元反应)、甲烷机理(26组分和122步基元反应)以及扩展的NO热力学机理(3步反应)组成,湍流和化学反应之间的相互作用通过Kong模型建立。结果表明,双燃料工况下发动机的缸内压力要低于纯柴油工况,但氮氧化物的生成也要小于纯柴油工况,且随着LNG替代率的增加,天然气燃烧始点也逐渐延长,缸内压力以及缸内温度峰值也随之下降,氮氧化物的生成也会下降。     

天然气-柴油双燃料船用发动机燃气喷射系统及推进特性研究

对大型双燃料发动机的燃气喷射系统进行了研究。该喷射系统兼具电磁驱动易控制及液压驱动力大的优点,喷射量大且响应性好。将6210ZLDS柴油机改装为双燃料发动机后进行的推进特性试验表明,双燃料运行模式功率随转速的变化曲线与纯柴油运行模式几乎无差异。该喷射系统可应用于大功率双燃料船用发动机,并具有良好的适应性。     

中速柴油-甲醇双燃料发动机试验

在未对原机燃油系统进行改动的情况下,为一台中速柴油机加装甲醇喷射装置,组成柴油-甲醇双燃料系统。分析该发动机在变速和恒速工况下的甲醇替代特性,以及个别工况下喷油正时对上述特性的影响。试验结果显示:随着甲醇替代率的提高,NO_X排放和热效率会出现拐点;发动机HC排放的增长在低负荷时可控制在原机的2.3倍,在中高负荷时普遍在原机的10倍以上,最大时达22.4倍;推迟喷油对热效率的负面影响会随着甲醇替代率的提高而逐步减少,同时其在NO_X排放方面的优势能继续保持;在恒速发电工况下,中低负荷对应的甲醇的部分燃烧倾向增加,使得甲醇替代率的提高受到限制;变速变载的运用方式有助于柴油-甲醇双燃料系统在中低负荷下取得更高的热效率,而恒速变载的运用方式有助于双燃料系统更易获得较少的NO_X排放。     

喷油正时对双燃料船用中速柴油机燃烧性能影响研究

为了研究喷油正时对船用中速发动机燃烧性能的影响,本文以MANL23/30H中速柴油机为研究对象,通过数值模拟技术搭建柴油、双燃料发动机的计算模型,以原始发动机实验数据为参照,进行模型的校准与完善.通过改变天然气替代率(0％,25％,50％,75％)以及喷油正时(SOI=-10℃A,-5℃A,0,5℃A),进行船用中速柴...     

中速柴油-甲醇双燃料发动机试验

在未对原机燃油系统进行改动的情况下,为一台中速柴油机加装甲醇喷射装置,组成了柴油-甲醇双燃料系统,分析了该发动机在变速和恒速工况下的甲醇替代特性,以及个别工况下喷油正时对上述特性的影响。试验数据显示,随着甲醇替代率的增加,NO_x排放和热效率会出现拐点;发动机HC排放的增长在低负荷时可控制在原机的2.3倍,中高负荷时普遍在10倍以上,最大时达22.4倍;推迟喷油在热效率上的负面影响会随着甲醇替代率的增加而逐步减少,而其在NOx排放方面的优势却能得以保持;在恒速发电工况下,中低负荷时甲醇的部分燃烧倾向增加,限制了甲醇替代率的提高;变速变载的运用形式下,柴油-甲醇双燃料系更容易取得较高的热效率,而恒速变载的运用方式下,双燃料系统更容易获得较低的NOx排放。     

港口运输设备甲醇替代柴油试验

为研究柴油甲醇双燃料系统工作模式对港口运输设备动力性、经济性和工况分布的影响,在港口运输牵引车上进行双燃料燃烧系统(DMCC)改造试验。试验证明:在设备动力性方面,双燃料模式无论在怠速或是固定挡位行进加速的表现都优于柴油机;在工况分布方面,双燃料模式油门回收量较纯柴油模式下显著增大;在能耗方面,双燃料模式大幅减少柴油的消耗,甲醇替代柴油达65.6%,达到节能减排目的。     

船舶LNG双燃料技术应用

天然气最初作为燃料在船上使用源于LNG运输船上LNG货物会不断受热产生货物蒸发气（BOG）,为了对BOG加以利用,在LNG运输船上设置双燃料主锅炉,再驱动蒸汽轮机主推进装置。随着技术的进步,后来出现了双燃料电力推进系统。但这种系统也存在不足,需要对原有发动机进行重新设计并彻底改造,成本高且不能利用原有发动机,为了克服上述缺点,目前采用的双燃料系统在保留原有燃油系统的基础上加装一套燃气系统,将天然气与空气在进气管总管混合后引入发动机气缸,再喷入引燃柴油点燃混合气,仍按原发动机的着火方式进行工作。     

基于GT-POWER的双燃料发动机性能仿真研究

文章介绍了基于GT-POWER仿真环境,构建6135船用4冲程柴油-生物柴油混合燃料发动机模型,通过将仿真结果与实测数据进行对比,验证了所搭建的模型的准确性和可靠性。分析不同替代率下发动机的动力性和排放特性。结果表明:燃用生物柴油较纯柴油时的功率有所降低,比油耗升高;相同转速下,随着替代率增加,碳烟排放降低。     

国内首艘LNG内河公务船轮机检验实例分析

国内首艘LNG内河公务船采用LNG(液化天然气)单一气体燃料发动机,区别于以往的LNG双燃料发动机,全船动力不使用一滴柴油,可以真正实现低碳环保.本文从轮机方面介绍了对LNG燃料动力系统安全性、可用性和可靠性的要求,对通风、探测、报警监控等安全措施以及机电设备和双壁管的安装、运行和保护进行重点检验,从而达到船舶具备安全...     

环保

双燃料技术助力长江航运物流减碳20％ 一项由北京中兴恒河能源科技公司研发的“船舶柴油-天然气双燃料发动机改造应用技术”，已在中国长江航运集团中试航成功。     

MAN ME-GI与WARTSILA2-S DF船用双燃料发动机比较

<正>0引言天然气的主要成分包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等,其中甲烷占70%~90%,硫化氢及氮气含量微小。天然气的燃点较高,约为650℃。以天然气为燃料的发动机在压缩过程中缸内气体温度达不到其自燃点,必须依靠电火花点火,或者先喷入少量柴油(柴油燃点一般为220℃),待柴油自燃后再引燃天然气。柴油-天然气双燃料二冲程发动机是在电控二冲程柴油机的基础上发展起来的,是1种既可以燃烧天