基于IMO附则VI的船舶柴油机NOx排放研究

摘要

随着全球环境的日益恶化和人们环保意识的逐渐加强，控制发动机有害气体排放的要求日益强烈，船舶柴油机排放废气中的SO<,x>和NO<,x>等对大气环境造成的污染己引起国际社会广泛的关注。基于此，IMO的MARPOL73／78公约在1997年新增了附则VI《防止船舶造成空气污染规则》，以加强对大气污染的法律控制，并从2005年5月19日起，附则VI已正式开始实施。这就对我国的船舶工业提出了更高的要求，本论文通过对船用柴油机排放的国际公约、国内外船用柴油机排放的研究现状进行研究，针对NOx排放在单缸机上进行了喷油正时和外部EGR的试验研究，并结合某船舶柴油机的实际NOx排放测试结果进行实例分析，得出适合我国国情的降低排放措施。 一、综述了船舶柴油机排放的IMO国际公约及地方性法规，并对我国的船舶柴油机排放现状进行了分析，同时综述了国内外降低船舶柴油机排放的几种常用的解决措施。通过比较分析，采用喷油正时优化、外部EGR两种方案是净化效果较好且具有经济性好和技术实现容易的特点，今后可以率先在我国现有船舶上进行改造。SCR方法虽然对降低NOx最有效，但是初次投资费用最贵，且今后还原剂(尿素)的费用比重油高6倍，如果经常去排放控制区域，通过经济性评价可考虑采用此方案。 二、喷油提前角对柴油机的排放特性有决定性影响，这种影响主要通过改变滞燃期、燃烧温度和燃烧产物的温度变化历程不同而改变了有害排放物的生成量。通过延迟喷油，可显著改善NOx的排放量，但过多延迟会使柴油机的排温和油耗显著增加。本论文在研究了喷油正时对NOx排放影响的同时，进一步阐述延迟喷油对降低NOx排放的影响： 1．一定程度的喷油延迟可明显改善NOx排放，并不导致油耗的显著上升，这是今后在船舶实际应用中应该采用的点； 2．如果喷油延迟过大，虽然显著改善NOx排放，但导致了CO和HC排放的上升的同时，增大了燃油消耗，这是今后在船舶实际应用中应该避免的。 3．要解决降低污染物排放与保证发动机性能之间的矛盾，较好的办法是采用柴油机电子控制技术或智能喷油系统。智能喷油系统可以综合考虑影响燃油雾化和混合气形成质量的各种因素，如喷油压力， 喷油提前角等，进而实施优化控制，优化燃油经济性，降低排放。 三、采用外部EGR可以显著降低NOx排放，但是若匹配不当，会对柴油机性能以及其他排放产物产生负面影响，如颗粒排放上升、功率下降、燃烧不稳定等。本论文以单缸柴油机为研究对象，对外部EGR进行了研究，得出以下几点结论： 1.当采用冷却外部EGR时，在进气CO<,2>浓度小于某一域值时(本次试验为2.5％左右)，能够显著降低NOx排放，并且保持原机的性能和其他排放产物水平。当进气CO<,2>浓度大于2.5％时，性能和烟度、HC排放显著恶化。 2.在低负荷时EGR率大于40％，也能保持发动机的性能不恶化。而随着负荷的升高，可运行的EGR率范围逐步减小。 3.采用中冷外部EGR后，滞燃期明显增加，而放热率峰值有所降低，燃烧持续期稍有增加。 船舶柴油机采用中冷外部EGR后，可以明显改善NOx排放，这为国内超限的又无EGR系统的船舶主机提供了一个很好的解决方案。所得出的优化的EGR率可为改装或设计提供试验依据。 四、本论文在介绍了IMO有关船用柴油机排放测试规定的同时，结合国内某船舶主机的NOx排放测试结果，按照IMO附则Ⅵ中对于排放的测试、计算要求，得出了“恒速主推进”E2型、E3型试验循环下NOx的比排放，并提出了此船舶主机的两种改进方案，即喷油延迟和外部EGR的方法，为今后国内船舶柴油机提供了改讲方向。

目录

文摘

英文文摘

论文独创性声明及使用授权声明

第一章引言

第二章船舶柴油机排放的国内外研究水平综述

第三章柴油机喷油正时的NOx排放优化研究

第四章船舶柴油机外部EGR的NOx排放优化研究

第五章基于IMO附则VI的船舶柴油机NOx排放实例分析

第六章结论与展望

致谢

参考文献