降低船用柴油机NOx排放率的研究

在"低温燃烧"的概念下,根据IMO<船用柴油发动机氮氧化物释放控制技术规则>推荐的试验程序,对一台4135G柴油机在推进工况下进行改变喷油正时和压缩比的试验研究.结果表明延后喷油正时和(或)减少压缩比可以实现柴油机的"低温燃烧",从而降低柴油机的NOx排放率,但柴油机的油耗率和烟度将受到影响;若采取喷油正时延后4°和压缩比提高5.5%的组合技术方案时,则可使柴油机在推进工况下的NOx平均排放率减少16.3%,柴油机的油耗率稍有降低,但烟度在高负荷时稍有增加而低负荷时稍减.     

6300ZC柴油机进气预混甲醇裂解气改善排放的研究

在不改变6300ZC柴油机结构和参数的基础上,开发了柴油机进气管预混甲醇裂解气的试验装置系统,研究了预混微量裂解气时6300ZC柴油机的排放特性.研究结果表明,当柴油机进气预混甲醇裂解气的质量百分比为2.5%～5.0%时,与原机相比,各负荷下NOX与碳烟排放大幅度改善,HC排放也有明显降低,CO排放略有上升.在高负荷时,NOX排放可降低37.6%,碳烟排放可降低43.5%.     

进气氧浓度和EGR对船用二冲程柴油机排放特性影响研究

以MAN 6S35 ME-B9型船用二冲程柴油机为研究对象,在GT-POWER软件中建立其工作过程一维模拟计算模型,通过改变EGR率和进气氧浓度,研究废气再循环和进气氧浓度对柴油机动力性、经济性和排放性能的影响。结果表明,提高EGR率会降低柴油机燃烧速率和燃烧温度,有效降低柴油机NOx生成及其排放,EGR率在28.89%～38.58%之间,NOx排放为3.04～1.34 g/kW·h,满足TierⅢ标准,但需要牺牲一部分经济性与动力性。贫氧进气条件下,燃烧温度和燃烧速率降低,输出功率降低,燃油消耗增加,NOx排放降低,碳烟排放较高;富氧进气条件下,柴油机燃烧趋于完善,能量利用率高,动力性和经济性好,Soot排放低,但NOx排放高。高EGR率条件下,在一定程度上提高进气氧浓度,可使柴油机NOx排放满足TierⅢ排放要求,并维持Soot排放在较低水平,同时减少动力性、经济性的损失。     

船用增压柴油机不同负荷下燃烧排放性能研究

为了研究柴油机在不同运行工况下偏心燃烧室缸内燃烧及排放情况,采用三维流体数值分析软件AVL FIRE建立某型柴油机燃烧及排放的计算模型。通过对不同负荷下柴油机燃烧及排放的模拟,计算该型柴油机缸内压力、温度等参数随曲轴转角的变化及燃烧温度、燃空当量比、NO和Soot的分布情况。研究表明：随着负荷的增加,在高负荷下易出现燃油撞壁现象;NO生成量随着负荷的增大而增加,在负荷增大到一定值时反而减小;NO生成主要分布于燃烧室偏心侧,高工况时NO大量生成在燃烧室边缘;Soot主要集中在油束与缸盖之间的缝隙位置。     

进气挡板对TBD620柴油机燃烧过程的影响分析

通过实测示功图计算燃烧放热率,根据TBD620柴油机的进气涡流挡板对柴油机燃烧过程的影响测试,获取数据。得出在低负荷下,关闭进气涡流挡板,可提高进气涡流比,有效改善缸内可燃混合气形成质量,缩短滞燃期、增强预混燃烧比例。     

EGR及进气压力对双燃料发动机燃烧和排放的影响

为解决船舶柴油机排放的NOx、soot和CO等污染物过多的问题,以济南柴油机厂出产的4190ZLC-2型船用中速机为研究对象,运用AVLF FIRE软件构建双燃料燃烧室模型,并验证该模型的准确性.通过仿真试验研究甲醇掺混比为20％的情况下,不同EGR率和进气压力对柴油机燃烧、排放和动力特性的影响,保证在柴油机正常燃烧性能情况下得出最佳的EGR率和进气压力.研究结果表明:EGR引入并配合混合燃料能大幅降低NOx排放量,可满足国际海事组织TierⅢ排放标准;放热率曲线会随着EGR率的增大而后移,且峰值增加,同时柴油机的动力性有不同程度的下降.在EGR的基础上适当提高进气压力不仅能优化柴油机动力性,而且可进一步降低NOx、soot和CO排放.经分析,当掺混比为20％、EGR率为10％时,NO排放较原机排放降下76.9％,soot排放量降低40.7％,指示功率降为51.26 kW;当进气压力提高至0.213 MPa时,指示功率增大至52.88 kW,柴油机的动力性得到优化.     

2135G船用柴油机掺烧含水乙醇重整燃料试验分析

为解决生物乙醇作为替代燃料在柴油机中难以直接掺烧的问题,采用含水乙醇催化重整技术对乙醇作预处理,在加装了含水乙醇重整装置的2135G型柴油机上进行掺烧试验,试验结果表明:掺烧含水乙醇重整燃料后,柴油机滞燃期均不同程度延长,延长幅度随着替代率的增加而增大;最高爆发压力在低负荷时明显降低,而在高负荷时显著升高,且随着替代率增加柴油机有爆震倾向;当量比油耗上升,燃油经济性恶化;主要排放物NOx的排放在整个负荷范围内均有一定程度下降,但CO排放增加。掺烧含水乙醇重整燃料后柴油机性能在高负荷时较为理想,在低负荷时恶化明显。     

高速柴油机燃用重油高压油管压力分析

为研究使用不同燃油时高压油管压力波特性,在一台船用高速柴油机上开展了燃用轻油(0#柴油)和重油(180 mm2/s、50℃)的负荷特性试验,实测燃用重油、柴油时泵端与嘴端的压力,试验结果表明,重油不仅压力峰值明显增高,而且油压建立的速度在高负荷时也较快,两种燃油油压下泄速度各负荷时均相同;重油在中、低负荷时残压高,压力升起起点晚;高负荷时重油产生的高压力仅能改善燃烧性能,中、低负荷下则既有利于燃烧,也有助于着火。     

二冲程船用柴油机低温腐蚀及应对措施

正0引言船舶低速柴油机设计趋向采用高效的增压器、更长的冲程、更高的爆发压力和平均有效压力,以追求更高的燃烧热效率。由于全球经济持续低迷,越来越多的船舶所有人选择降速航行以节约油耗,降低运营成本。柴油机长期在低负荷下运行所导致的气缸套低温腐蚀现象越来越严重,目前主要通过提高气缸套温度、改善气缸润滑条件和选用适当碱值的气缸油等措施减轻气缸套低温腐蚀。     

掺烧生物柴油耦合进气道加湿对柴油机燃烧及排放性能的影响

为探索掺混生物柴油燃烧耦合进气道加湿技术对柴油机燃烧及排放性能的影响,基于TBD234V6型柴油机,应用AVL-fire软件建立仿真模型进行研究.选取柴油机在75％中高负荷工作时,设置0.5～2.5共5组掺水率、10％～40％共4组生物柴油掺混比做仿真分析.结果表明:在掺水率为0时,随着生物柴油掺混比例增大,柴油机动力性下降16.3％,CO排放量下降34.2％,Soot排放量下降92.8％,NO排放量升高35.7％;在生物柴油掺混比为40％时,随着掺水率增加,柴油机动力性下降3.3％,CO排放量升高19.2％,NOX排放量降低89.7％,Soot排放量升高150.8％,但与原机相比Soot排放量仍低出81.9％.掺烧生物柴油降低Soot及CO排放效果显著,但对NO排放有促进作用;生物柴油耦合进气道加湿技术能极大降低NO排放,同时对Soot和CO生成也有较好的抑制效果,柴油机排放性能虽得到了优化,但动力性有所下降.研究结果可为船用柴油机掺混生物柴油燃烧耦合进气加湿技术试验提供一定的指导依据.     

柴油机使用柴油/甲醇双燃料降低排放的试验研究

在4100AD柴油机上采用组合燃烧方式,即低负荷时发动机仅燃用柴油,中等以上负荷燃用柴油与预混甲醇,对发动机排放性能进行试验研究.试验表明,在额定转速下,喷醇发动机与原柴油机相比,NOx和碳烟排放大为改善,而THC排放有所增加,低负荷工况对CO排放有一定改善.     

某船用中速柴油机排放特性试验

对某船用中速柴油机的电控化改造前按推进特性进行了排放试验.试验分析结果表明:该机低转速、低负荷区CO排放浓度低,HC排放浓度高,而高转速高负荷区CO排放浓度高,HC排放浓度低;NOx排放浓度最高位于800r/min附近,而NOx比排放随转速和负荷的升高而降低,其变化趋势主要受油耗率的影响.试验结果可供相关技术人员参考.     

运行参数对双燃料船用柴油机燃烧和排放性能的影响

为研究运行参数对天然气-柴油双燃料船用发动机燃烧和排放的影响,运用AVL_FIRE仿真软件基于4190Z_LC-2型船用中速柴油机,构建燃烧室高压循环模型。通过将仿真数据和台架试验得到的缸压曲线进行对比,验证模型的准确性。采用模型仿真,研究运行参数对燃烧和排放性能的影响。结果表明:天然气替代率可以明显改善NO的排放,过高的替代率会降低指示功率,损失部分动力性;提高进气温度可改善燃烧质量,合适的进气温度可以改善动力性和经济性;提高进气压力有增压效果,适当提高进气压力可获得较好的动力性和排放性;喷油提前角的增大,会延长滞燃期,缩短后燃期,而合适的喷油提前角可以避免工作粗暴,改善柴油机动力性。     

进气压力对柴油微引燃乙醇发动机的影响

基于单缸四冲程柴油机,对在船舶上具有应用前景的柴油微引燃乙醇发动机进行燃烧、性能及排放特性研究。以所采用发动机中能实现压燃着火的最小柴油量为固定引燃柴油喷射量,比较进气压力分别为0.15 MPa和0.20 MPa的工况组,通过改变柴油喷射时刻来进行工况扫描。结果显示:进气压力更大的工况,着火滞燃期更短,燃烧持续期更长,指示热效率更低;存在两阶段着火的工况点,第一阶段放热的占比更大;进气压力增大时,氮氧化物(NOX)排放更低,但未燃碳氢(UHC)与一氧化碳(CO)排放更高。     

喷油正时对柴油机燃烧和排放性能影响的试验分析

试验分析喷油正时对柴油机燃烧及排放特性的影响规律。分析表明:喷油正时对柴油机燃烧和排放性能有着显著影响,随着喷油正时提前,缸内燃烧压力升高,压力升高率峰值增大,燃烧放热率峰值增大、燃烧始点提前,缸内燃烧温度升高;NOx排放随喷油正时提前明显升高,说明喷油正时滞后是降低柴油机NOx排放的有效措施。试验结果可为柴油机电控参数标定提供参考。     

可变压缩比技术对柴油机性能的影响

利用GT-power软件研究不同压缩比对某4JB1型中冷增压系统柴油机燃油经济性和排放性能的影响规律。模拟结果表明,当发动机处于高负荷的工况时适当降低压缩比可以有效控制氮氧化物(NOX)的生成,处于低负荷的工况时采用高压缩能节约燃油。研究对柴油机压缩比参数的优化具有一定的参考价值。     

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。     

O_3协同SCR处理船舶柴油机废气排放的试验

为提高船用柴油机低负荷下选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction,SCR)反应器的NO_x转化率,采用O_3协同SCR进行排气处理试验研究。试验研究结果表明:柴油机在40%负荷率以下的低负荷工况,SCR反应器不工作的情况下,排气管中注入O_3,NO_2/NO浓度比得以提高;柴油机在20%负荷率工况下,NO_2/NO浓度比达到30%。同时,O_3可有效地降低柴油机烟度(K值)和HC的排放,其排放浓度与注入O_3前相比,最高降幅分别达到51%和19.1%。柴油机在30%负荷率以下的低负荷工况,SCR反应器按氨氮比1∶1的标定尿素喷射量喷入尿素时,SCR反应器前的排气管注入O_3与注入O_3前相比,SCR反应器中NO_x转化率得以提高,最高增幅达到32.1%。主要原因在于排气管中注入O_3,NO_2/NO浓度比升高,促进SCR反应器中NO_x催化还原的快速反应。排气管注入O_3后,在SCR反应器工作的情况下,SCR反应器后的烟度(K值)降低,HC排放也稍有降低。试验表明:O_3协同SCR有利于柴油机在低负荷下提高SCR反应器的NO_x转化率。     

论油膜——雾化燃烧

一、简化柴油机燃烧的放热规律几十年来,船用柴油机主要采取雾化燃烧方式,经过研试不断寻求改善的途径。现代大功率柴油机通过增压手段,动力性、经济性均能不断得到提高。但从燃烧效果来看,工作粗暴和严重的后燃,尚未得到根本解决。缸内空气利用率处于相当低的水平,从而不得不沿着进气压力日益提高,压缩比不断降低的方向前进。因此,比较普遍的看法是:“一般除降低压缩比以外,不管怎样改变燃烧室设计、涡流     

燃油系统参数匹配优化对船用柴油机性能影响及试验研究

采用试验与仿真结合的方法研究电控化改造对柴油机性能的影响。分别用AMESim和AVL_FIRE仿真软件建立燃油喷射系统模型与柴油机缸内燃烧高压循环模型,以喷油压力为优化目标对喷油参数进行匹配,并将优化结果代入到燃烧模型中计算分析。以优化结果为基础进行台架试验,分析电控化改造对柴油机经济性和排放性的影响。研究结果表明,对于15mm×2.5mm×0.40 mm/°CA×0.30mm×900mm(柱塞直径×油管直径×凸轮型线速率×喷孔直径×油管长度)的组合(试验号8),喷油压力相对于原机提高了40.2%。试验号8的台架试验表明:油耗率有所降低,且在低速低负荷工况下油耗率降低较显著;对于NOx排放,电控化改造后试验号8的NOx排放浓度在负荷特性工况和推进特性工况下相对于原机平均降幅分别在50%以上。