大洋勘探船柴油机排气系统设计探索

随着全球海洋环境的日益恶化和环保意识的逐渐增强,控制大气有害排放的要求日益强烈,IMO不断升级船舶排放的相关环保法规。该文主要从已经生效的(NO_X排放控制)及将要生效的规范(SO_X排放控制)着手,通过目前市场上常用的几种减排控制措施对比,选择符合大洋勘探船的NO_X和SO_X排放控制方案,最后结合大洋勘探船设备配置选择NO_X和SO_X排放控制设备,从而展开对排气系统设计和相关设备合理布置的探索。     

船用柴油机微粒控制排放控制与处理

柴油机被普遍用于在航运船舶上。随着人们对能源危机和环境问题的认识越来越深入,人们对船舶的污染排放越来越重视。其中柴油机排放的大量微粒对环境的影响较为严重。本文主要介绍了柴油机产生微粒的主要因素和控制污染排放的SCR技术,废气循环系统,微粒捕抓器。SCR技术主要原理是利用催化剂NH_3与NO_X还原为N_2和H_2O,减少污染物NO_X。废气循环系统原理是减少气缸中氧气所占的比例,降低燃烧温度,破坏NO_X生成的条件来减少微粒的排放。微粒捕抓器利用一种能承受高温,高压,耐腐蚀,气流阻力小的多孔过滤体来减少柴油机排放的气流中的微粒。由于微粒具有一定的惯性,当气流经过多孔过滤体的时候,柴油机的微粒在惯性和重力的作用下被过滤体收集,起到减排的作用。     

基于CAN总线和LabVIEW的船舶柴油机NO_X在线检测研究

为了保证船舶排气污染物排放能够达到《MARPOL公约》附录中TierⅢ氮氧化物排放限制的标准,实现准确检测船舶废气中NO_X的含量。设计一种基于CAN总线和Lab VIEW的船舶柴油机NO_X在线检测系统。在实验测试过程中实时检测NO_X浓度并与其他检测系统对比检测结果。实际应用结果表明,该系统实时性好、可靠性高,取得良好效果。     

乳化柴油经济性与排放特性研究

文章试验评估了乳化柴油的使用对直喷柴油机排放特性的影响,并比较了在东风6135柴油机上使用普通柴油和乳化柴油时检测到的运行参数,结果表明,乳化柴油的使用会明显降低排放尾气中NO_X的浓度,且各种工况下NO_X排放减少率都维持在22%左右,比较稳定;在含水量不大于12%时,乳化柴油中含水量越大,NO_X排放减少越明显。通过试验还发现,使用乳化柴油会使尾气中CO浓度大幅度提高,减少乳化柴油中乳化剂成分可使CO排放的增加率降低。     

掺水乳化油对船用柴油机性能影响优化分析

为探索掺水乳化油对船用柴油机动力性、经济性和排放性能影响,采用AVL-fire软件对TBD234V6型柴油机进行仿真建模,选取柴油机推进特性额定工况运行时,对不同乳化油掺水比进行三维数值模拟研究。结果表明,随着掺水比的增加,相比原机,其缸内爆压逐渐降低,燃烧放热率峰值明显滞后,折合油耗率呈先下降后上升的趋势,NO_X排放量显著降低,Soot排放量上升。通过灰色决策理论结合主客观赋权法确定10%为最优掺水比,此时缸内爆压下降6.9%,折合消耗率下降6.5%,NO_X排放降低36.1%,Soot排放上升110.6%。研究结果可为船用柴油机掺水乳化油燃烧提供一定参考依据。     

柴油机米勒循环结合EGR的性能分析及优化

文章建立了增压柴油机米勒循环结合EGR(废气再循环)的热力学模型,利用模型分析了柴油机设计参数对其性能的影响,为米勒循环结合EGR的增压柴油机参数设计提供了理论依据。研究表明,要使WP7柴油机的热效率和平均有效压力同时提高,增压系统效率需大于0.7。同时,以柴油机转速为1 500 r/min外特性工况点的NO_X排放下降50%、最高爆发压力不超过原机为约束条件,对WP7柴油机参数进行了优化设计。优化结果表明,该方法将有效压缩比从18降低到15.5,再结合12%的EGR率,可以在保持柴油机经济性、动力性与原机基本一致的前提下,将NO_X排放下降50%以上。     

船舶柴油机SCR系统尿素喷射控制仿真

选择性催化还原技术是一种柴油机尾气排放后处理技术。针对船舶柴油机SCR系统非线性、难以建模与控制的特点,分析系统内部的化学反应,根据能量和质量守恒确定各状态量满足的微分方程,建立SCR系统数学模型,并验证其特性。为了实现SCR系统的控制目标,即在保证NH_3逃逸量不超过限定值的前提下,尽可能提高NO_X转化率,以NH_3逃逸量为约束输出,NO_X出口浓度为控制输出,氨喷射量为控制变量,设计了非线性模型预测控制器,实时计算系统所需尿素喷射量。试验仿真表明了非线性模型预测控制器的有效性,稳态工况和瞬态工况下NO_X转化率分别达到了93.803%和91.760%,NH3逃逸量均低于10 ppm,满足Tier Ⅲ标准对船舶柴油机尾气氮氧化物排放的限制。     

基于IGF Code的独立液罐布置分析

以清洁能源作为燃料的船舶早已进入业界的视野,成为近几年满足CO_2,NO_X和SO_X排放要求的热门选择。针对这一热点,MSC.285(86)和IGF Code应运而生。基于IGF Code,就独立液罐布置所适用的确定性和概率性两种计算方法进行阐述。特别对于概率性方法中的计算公式,给予数学分析和归纳总结,结合实际布置案例,提出了如何满足规范要求的思路和方法,为今后的设计提供参考和依据。     

VLGC硫氧化物排放控制技术的应用和 成本研究

面对日益恶化的生存环境,有关国际组织及国家相继以法律法规的形式对船舶的硫氧化物(SO_X)排放加以控制,在满足各国排放标准的前提下,选择一种合适的排放控制技术,对船舶的建造及营运非常重要。目前使用低硫燃油、清洁燃料、废气滤清系统等是主流的船舶SO_X排放控制措施。文章以江南造船自主研发的VLGC(Very Large Gas Carrier)为例,从初始投资、燃油/燃气消耗费用、使用效果等方面探讨不同排放控制技术的利弊。     

掺烧乙醇/水对柴油机燃烧与排放性能的影响

针对TBD234V6型柴油机,采用AVL-fire软件对额定工况下,不同乙醇/水掺混比进行三维数值模拟研究,对比分析缸内压力、缸内温度、缸内温度场、燃烧放热率、NO_X浓度、NO_X浓度场、Soot浓度、Soot浓度场,并通过赋权法确定最优乙醇/水掺混比。结果表明:随着乙醇/水掺混比的增加,缸内压力逐渐升高,燃烧放热率滞后,燃油消耗率呈上升趋势;但在0E10W时,最高燃烧压力下降率约为3.7%,燃油消耗率下降0.38%,缸内高温分布区域缩小,NO_X和Soot浓度下降。通过计算确定最优掺混比为20E10W,此时的最高燃烧压力提升5.6%,燃油消耗率上升2.41%,NO_X排放下降率约为18.8%,Soot排放下降率约为29.6%。研究结果可为船用柴油机采用柴油/乙醇/水三燃料燃烧提供一定的指导依据。