减少船用柴油机NOx排放的技术措施

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1、船舶防污）李农（青岛远洋船员学院，山东青岛266071）咲键词〕空气污染;柴油机;NOx排放量:海洋污染;船舶防污鏑要〕减少柴油机NOx排量的方法很多，如何选用适合自身条件和发展的方法，减少成本投入,满足将要生效的公约要求、是船公司面临的一个重要课题。本文介绍了各种减少NOx排量的技术并进行了分析。〔中图分类号JU698.7反献标识码〕A反章编号〕1006・7728（2000）03・0049・03引言随着船舶吨位、功率和数量的增加，船舶所造成的空气污染愈来愈引起入们的关注。在1997年IMO大会通过了MARPOL公约附则VI,即防止船舶造成空气污染的规则，吏船舶有害气体的排放提

2、岀了限制要求。附则V艮寸柴油机的NOx排放量按机器的转速不同进行了限制（如图所示）。影响NOx排量的因素很多，其中燃烧室内的最高燃烧温度和过量空气的多少是主要因素，燃烧温度越高，NOx产量起大。许多船用柴油机设计者和船用机械厂对减NOx技术迪行了大量的试验，试验结果对船东选择合理的方法很有伤值。随着对防止空气污染要求的提高.这些技术的运用变得越来越重要了。一、船用柴油机减少NOx排量的方法分类如上所述.影响NOx形成的主要因素是燃烧过程中的局部温度值以及氮和氧的浓度。所以降低NOx的基本方法都集中在降低最高温度、降低氧气浓度（过量空气系数）和提高燃油质量几个方面。为了减少现有柴

3、油机的NOx排量，机内改造和机外改造措施均有使用。机内改造方法（又称基本方法）着重利用在气缸中控制燃烧来减少NOx产生量•是直接影响柴油机燃烧的方法•通常可使NOx排量的减少量在10%~60%0勺范围内，机内改造包括：增强扫气空气的冷却、采用米勒增压法、改变扫气压力、改变启阀定时、改变几何压缩比、延迟喷油、采用预喷油、改变喷嘴设计、改变柱塞尺寸、废气再循环、燃烧室直接喷水法和燃烧室直接喷氨技术等。机外改造（又称辅助方法）是通过对已排岀发动机的废气的处理来削减NOx排出量的方法、是使用不属于柴油机元件的设备的方法，这种方法并不会改变柴油机的工作性能.其中最常用的辅助方法是SCR（

4、优化选择催化剂法）。此外对燃油进行乳化处理来减少NOx的方法也有使用。在这些方法中，加强扫气冷却法和采用米勒增压法使用较少，因为具有需要增大冷却器和降低NOx效率低等问题。通过改变增压压力和启阀定时来降低燃烧室中的过量空气系统，可以降低NOx排量，但这同时会影响柴油机工作性能•所以这种方法的使用取决于柴油机的设计。通过改变喷油压力和喷油时间来减少NOx排量的方法被试验证明对NOx具有有限的影响，目前也很少采用。接下来讨论几种被较多使用的减少NOx的技术。二、延迟喷油法燃烧气体的后压缩是燃烧过程中影响NOx生成的一个重要因素。当油和空气燃烧后，达到高温，如果这些气体进一步被压缩就

5、会达到更高的压力和温度，导致更多的NOx生成。这个问题可以通过推迟喷油的办法来解决。这种方法可能是已知的最好的机内改造减氮方法，为了在大洋到沿海及港内区航行进行操纵转换方便（从节能态到环保态），许多柴油机装备了燃油凸轮轴调节装置。推迟喷油导致最高压力降低.最高燃烧温度下降，减少了燃烧之后的压力。但同时最高压力的降低意味着柴油机效率的降低，耗油率增加。针对二冲程机上匕如4RTA58T,喷油每延迟2。曲柄转角就会导致大约lObar气缸最高压力的下降,10%NOx排气量的减少、耗油量将提高3以kWhe通过这种方法可获得的最大NOx降低量为25%左右。从耗油率增加的角度看,NOx的减少

6、量是有限的，因为过高的废气能量也会导致透平超速。三、增加几何压缩比法延迟喷油而造成的效率降低可通过增加几何压缩比来进行弥补。通常可利用增大几何压缩比或调节启阀定时来完成。由于启阀定时同样会增加过量空气系数，所以改变几何压缩比将处于优先地位。理论上讲,此种方法可获得的最大NOx减少量大约是25%,同时耗油率提高1%。高压缩比可以通过改变活塞头和气缸盖的结构、减少燃烧室容积的办法来实现。四、改变喷油嘴的设计方法喷嘴的设计对燃烧过程和NOx排量有着明显的影响,喷嘴孔的朝向和尺寸决定了油雾的位置和弥漫度，以及蒸发、扰动、与空气的混合和燃烧的效果。各柴油机设计者都进行了试验,设计了各种低

7、NOx的油阀和油嘴。下表所示为不同的油嘴和油阀形式在试验机上对NOx的影响。12K90MC在90%负荷下燃油阀形式对NOx和ASFOC的影响(1998)单位标准喷油器6■孔油嘴滑式油阀NOxppm159414941232ASFOCg/bhph0.0+0.4+1.8五、扫气加湿法为了获得比以上所述更大的NOx降低量，开始使用向燃烧室加水的技术。向燃烧室中加水的目的就是利用水的汽化吸热来适当降低燃烧高温、减少热力NO的产生量。常用的三种加水方法是扫气加湿法、乳化油法和直接喷水法。扫气加湿法是一种