船舶减排技术(三).ppt

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1、一、船舶柴油机排放控制技术二、降低船舶CO2的途径,一、船舶柴油机排放控制技术,以柴油为动力的船舶发动机废气排放对大气环境的危害却日益加深。据统计，以柴油为动力的船舶每年向大气排放氮氧化物（NOX）约650万吨、硫氧化物（SOX）约600万吨、颗粒物（PM）170万吨；此外，根据欧盟的调查，欧洲的机动车排放正逐年下降，但船舶排放却在继续上升，依据现行法规，到2020年SO2、NOx和PM2.5分别增长42%，47%和56%。,船舶柴油机废气排放控制的主要对象是SOX、NOX和颗粒物PM；通用方法：通常采用淘汰劣质燃料油、降低燃油中的含硫量、改善柴油机燃烧特性和柴油机排气的后处理等措施来减少大气

2、污染物的排放。,（一）SOX 的排放控制,硫氧化物的排放水平完全取决于燃料中硫的含量。因此，通过在发动机内采取措施对SOX的排放起不到任何作用。减少这些有害物质的唯一方法就是后处理技术或者使用馏分油、天然气、生物燃料等含硫量低的燃料；后处理技术主要是海水洗涤系统（Seawater Scrubbing System）：它采用传统湿法脱硫原理，利用海水呈碱性的特性，在排气中喷入海水，使之吸收SOX和清除PM颗粒等，此法排气脱硫率和PM清除率分别可以达到75%80%和25%30%。这种技术也有缺点，就是脱硫设备增加了整个排气系统的背压，而且产生的副产物硫酸盐的排放会对环境造成二次污染。,（二）NOX

3、 的排放控制,NOX生成的影响因素：燃烧温度、燃烧时间及燃油与空气的预混合程度，要控制NOX的排放，可以从其生成机理和性质两方面进行，一般分为机内燃烧控制技术和机外排气净化技术。,1）燃油乳化燃油乳化（Water-in-Fuel Emulsion）技术：把柴油或重油在进入气缸前与水按一定比例混合，并在超声波和机械搅拌的作用下，形成油包水的乳化油滴，喷入高温燃烧室后，由于水比热较大，吸收大量的潜热汽化，进而在油滴内部产生“微爆”，使之破碎成粒径更小的油滴，从而促进了混合气的形成和燃烧，同时，水的吸热作用在燃烧过程中可以降低最高燃烧温度。水与油的混合喷入还可以降低燃油密度，使最高燃烧温度进一步降低

4、，使柴油机的NOX排放量减少。一般情况下，增加一个百分点的水将减少一个百分点的NOX，MAN B&W在他们的二冲程发动机上使用含水10%的乳化燃油，实现了NOX减少10%的效果；标准设计的发动机可以满负荷时加入20%的水；优缺点：使用乳化燃油不仅能够降低NOX的排放，还可改善柴油机的排烟尤其在低负荷时更加明显，但是它也有会引起发动机零部件的腐蚀以及油水分离现象的缺点。,2）发动机优化控制缸内参数来为降低发动机排放和提高燃油经济性：诸如改善燃烧室结构和燃烧滞留期、增大压缩比、优化喷嘴结构、控制燃油喷射过程、采用共轨系统等，其中，延迟喷油正时是在燃烧过程中降低NOX生成的最简单有效的方法之一，它主

5、要通过滞燃期起作用，使燃料燃烧所形成的温度峰值降低，但燃油消耗率会略有上升，并会降低发动机功率。利用延迟喷油正时的办法也能将NOX排放量减少1015%。当燃气温度和增压空气冷却水的温度较低时，NOX的降低量可达20%，甚至更低。高压共轨喷射系统是通过对喷油要素的优化使船舶柴油机燃烧更充分，从而减少柴油机的有害排放，特别是在低负荷或低转速时，效果更加明显.共轨柴油喷射系统可以将燃油喷射压力提高到180 MPa.实践表明，采用共轨技术的船用柴油机可以减少20%的NOX排放；另外，增压中冷技术可在船舶柴油机的热负荷不增加甚至降低，以及机械负荷加不多的前提下，大幅度地提高船舶柴油机的功率，降低有害物的

6、排放。,3）废气再循环EGR废气再循环（Exhaust Gas Recirculation,EGR）：将柴油机排气管中的一部分废气经冷却和清洁后再次引入气管，与新鲜空气混合后进入气缸参加缸内燃烧；废气再循环之所以能使排气中NOX浓度下降。一方面柴油机排出的废气循环进入到气缸显著降低了燃烧前气缸中的氧含量，另一方面柴油机排出的废气中含有较多的水蒸气和CO2，它们的比热容比空气的大得多，从而也降低了燃烧过程所能达到的温度；MAN B&W在75%的发动机负荷下，采用20%再循环率取得了50%脱硝率，一般EGR可以在不影响柴油机输出功率的情况下有效地降低NOX的排放约50%60%，但只适用于使用低硫分

7、和低灰分燃油或其它洁净燃料的机型；缺点：EGR的使用还会影响到燃烧，增加燃油的消耗量，燃烧废气中的微粒物质、未燃的碳氢化合物和一氧化碳也会增多；废气冷却时还会产生高粘性的硫酸产物、水和烟灰的混合物，这也限制了EGR在柴油机中的应用.,4）湿空气动力系统湿空气动力（Humid Air Motors,HAM）系统：利用水蒸气加湿进气管中的进气，形成湿空气进入气缸燃烧，因而降低最高燃烧温度和NOX的生成数量；HAM系统可以取代增压空气冷却器来冷却进口空气和增加其水蒸汽含量，使湿度在大气中提高了几倍，从而能有效减少NOX达70%80%，同时不会引起二次污染.；HAM系统可以利用海水作为水蒸气的来源，用

8、废气锅炉加热或柴油机冷却水加热。,4）DWI技术（直喷水技术）DWI（Direct Water Injection）技术：采用同时喷水和喷油的复合型喷油器，在燃油喷射阶段，按水-燃油重量比0.40.7将高压水喷入气缸内，完成水与燃烧的混合气混合，进而降低燃烧温度，降低NOx排放可达5060。这种复合型喷油器的喷水系统与喷油系统完全独立，因此终止喷水系统不会影响柴油机工作；DWI技术除降低NOx的排放外，还降低柴油机的热负荷，并提高柴油机运行的清洁性，淡水消耗量较少。缺点：DWI技术会导致燃油消耗率略有提高，在使用含硫量较高的燃油时更需考虑燃烧室材料和采用特殊的喷嘴。,另外，日本三菱重工还开发了

9、添加水降低柴油机NOX排放的新技术油水分层喷射（StratifiedFuel-water injection,SFWI）：在喷油阶段，使油和水分层喷入气缸，降低火焰温度，经过连续试运行，工况稳定，对低速柴油机NOx可降低50%，高速柴油机降低70%。,5）选择性催化还原法SCR选择性催化还原法（Selective Catalytic Reduction,SCR）:指温度在290350下，利用还原剂（如氨气、尿素溶液等）“有选择性地”与NOX在催化剂涂层上进行催化还原反应（而不与氧发生反应）生成无毒无污染的N2和H2O。主要发生以下反应：4NO4NH3O24N26H2O 6NO28NH37N21

10、2H2O芬兰Wrtsil公司的V6R32E型中速柴油机，采用SCR系统后NOX降低85%、CO和HC均降低70%；MAN B缺点：基础型SCR 体积与发动机相当其投资费用是船舶的5%8%，是船舶柴油机的50%；但SCR技术可以非常有效地降低船舶柴油机NOx排放，所以还是成为降低NOX排放的首选技术方案。,（三）颗粒物排放控制,包括：燃油不完全燃烧产生的微小碳烟、润滑油组分不充分燃烧、燃油和气缸润滑油中的灰分含量、燃油中未燃烧部分、燃烧产物以及润滑油中的硫酸盐和水分，船舶排放的颗粒物多数都小于10 m，能够进入人体肺部的深处且对人体健康造成伤害。对船用发动机排气的颗粒物净化就机内控制来说，可以从

11、提高喷油压力，改善油气混合质量入手；机外净化技术：采用微粒捕集（DieselParticulate Filter,DPF），它可将排气中微粒捕捉不使其排出机外，再利用催化剂、氧化器、燃烧器等进行分解、燃烧。这种装置可将船舶柴油机排气中有害物微粒减少7090%。缺点：排气系统中安装DPF后将会使船舶柴油机的排气背压提高，功率下降.DPF上沉积的微粒越多，排气背压越高。,IMO提出的EEDI和EEOI指标实际上是从船舶设计和运营两个方面降低船舶温室气体排放，其采取的主要措施如下：使用低CO2排放的燃料，如LNG。由于LNG的主要成分是甲烷，放出同样的热量产生的CO2排放比石油燃料少得多。优化主机功率和转速。通过在船舶设计和主机选型阶段选择比较经济的配桨点，降低主机的油耗。优化船舶和螺旋桨设计，提高船舶操纵性。采用废热回收技术，尽可能提高船舶动力装置的综合效率。搞好旧船的技术改造，优化低负荷运行工况。建立能效管理系统，推行经济航速，加强对燃料的管理。,二、降低船舶CO2的途径,完,