船用柴油机EGR排放控制模拟计算.pdf

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1、第46卷船海工程Vo1．462017年11月SHIP&OCEANENGINEERINGNOV．2017DOI：10．3963／j．issn．167l一7953．2017．s2．027船用柴油机EGR排放控制模拟计算邹俊杰，茆沐嘉。刘杰(1．南通航运职业技术学院轮机工程系，江苏南通226001；2．武汉理工大学能源与动力工程学院，武汉430063)摘要：针对船用柴油机废气再循环(EGR)技术对NO排放特性的影响问题，利用软件模拟方式代替实验，建立安装EGR系统的柴油机数学模型，计算分析某船用柴油机改变EGR率对NO排放、Soot排放、

2、有效功率和燃油消耗率的影响，结果表明，增加EGR率可以显著降低NO排放，能够达到TierIlI标准，但同时对柴油机性能恶化也具有一定影响。关键词：船用柴油机；废气再循环；氮氧化物；模拟计算中图分类号：U664．121文献标志码：A文章编号：1671—7953(2017)$2-0105-05随着船舶运输行业的发展，船舶数量逐年加—I1．≥．＼0z大，船用柴油机排放的废气对大气的污染已经不864208642容忽视，其中NO排放量占全球排放量的7％。为了减少船舶对海洋环境的污染，2008年国际海事组织(IMO)制定了《MARPOL73／7

3、8公约》附则VI“防止船舶造成空气污染规则”的修正案，以此0400800120016002000n，(r·min。)限制船舶污染物的排放。第lII章第13条规定对图1MARPOL附则Ⅵ的NO排放限制船用柴油机NO的排放量加以限制，要求分段减少船舶有害气体的排放。其中：TierI标准适用于严峻，不能满足新的排放标准的船用柴油机将失2000年1月1日后至2011年1月1日前建造或去其未来市场的竞争力，因此全球船用柴油机制安装在船上的主机，要求NO的排放量小于造厂商均面对发展新技术来降低NO排放的挑l7g／(kW·h)；TierII标准适

4、用于2011年1月1战。影响NO生成的主要因素是柴油机汽缸中日后建造或装船的主机，要求NO的排放量减少的燃烧过程，因此柴油机的结构、运行参数、实际到14．4(kW·h)；TierIII标准适用于2016年工况、各辅助设备均会对其产生影响。目前对船1月1日后建造或装船的主机，要求NO的排放用柴油机NO污染物排放的控制，主要通过以下量减少至3．4g／(kW·h)，但TierIII标准仅在3种途径实现：机前处理、机内处理和机后处NO排放控制区(NOEmissionControlAreas，NO理⋯。其中机前处理主要是采用清洁燃料(如ECA

5、)适用，在非排放控制区，TierII标准仍然适LNG燃料、醇类燃料)及燃油乳化技术；机内处理用，而TierIII标准和TierII标准较TierI标准的包括改进燃烧(如推迟喷油、稀薄燃烧、喷油器改NO排放量分别降低80％和20％，见图1。进、高压喷射)、改进循环(废气再循环(exhaustgasrecirculation，EGR))、加水处理(如直接喷水、1排放处理技术进气加湿、蒸汽喷射)3大类；机后处理包括选择伴随排放法规的日益严格，市场竞争的愈发性催化还原法(selectivecatalyticreduction，SCR)。为满

6、足TierIII排放法规，EGR是当前用于降收稿日期：2017—03—09低NO排放的一种主要技术引。MAN公司采用修回日期：2017—04—09的EGR技术是将30％～40％经过冷却并清洁后基金项目：南通市2015一G应用基础研究计划一工业创的废气重新导人扫气箱，见图2。由于扫气空气新项目(GY12015002)第一作者：邹俊杰(1970一)，男，硕士，副教授中的部分O被废气中的CO替代，导致扫气空研究方向：船舶柴油机动力装置、动力系统、废气排气氧浓度的降低和热容量的增加，从而降低主机放控制等最高燃烧温度，减少NO的生成。目前MA

7、N和】0520l7F海I狸l1月俊杰，等：,IL川柴{l{I机EGR拊放川模拟计算46卷2O7％一T0xygen-蕊霾_l0Ot毯()。oM

8、jsSf10、“l0fl”0MIlssn0图2ECR原理W／．irtsil／：i2大船用柴油机厂If；_『均×l『柴油机EGR压损，人系数；D为{“．．系统进行f期研究，试验结果iIIIf』】t、l{JIf有效降3模型验证低NO，排放，同时刈原机的改动很小，成本低，具有大规模推J、使H{的潜力、3．1模型运行，1以某e低速二冲程柴油机为研究对象，搭建仿为创建柴油机的机模型，将柴jf11机系统简

9、真模型，选取TierIII标准规定的4个r：况米作为化拆分为9个F系统：进排环境、rj1冷、进排算丁况，分别埘同的EGI{进行模拟试验，气、进排气I’】、喷汕器、气缸、燃烧、⋯l轴箱、涡轮增分析NO排、Soot排量、仃效功j干¨燃油消