浅析江西船用柴油机排放后处理技术

　　随着世界范围内能源危机和日趋严峻的环境污染问题，如何满意日益严厉的排放法规要求，一起又使能量转换功率进步进而到达下降噪声和排放，进步安全性和可靠性；改进稳定性和舒适性等方针，既是干流船只动力柴油机的生存压力，也是开展动力。

　　江西船用柴油机的有害排放是全球大气污染的一个重要源头，它首要包含碳氧化物、氮氧化物、硫化物以及积碳等。

　　因为船用柴油机焚烧后排放的废气中首要的有害排放物是NOx，它们对人类有直接的或经过环境直接的损害。

　　因而柴油机排放的最大问题是如何操控NOx排放，世界上几大柴油机制造厂如MAN、Wartsila等都采取了相应的办法来削减NOx排放，活跃开发船用柴油机排放操控新政策和新技能。

　　一、船用柴油机的排放法规

　　根据船只动力体系焚烧后排放的严重损害，近年来多个国家以及世界安排开端制定限制其排放的法规，其间最重要的一个是世界海事安排（IMO）制定的关于船只废气排放规范的《MARPOL73/78条约》附则Ⅵ，该规范于2005年5月19日正式生效。

　　在附则Ⅵ中对船用柴油机氮氧化物（NOx）的排放规范、查验与发证、丈量程序及船上查验程序提出了具体规定。

　　之后MEPC又对附则VI进行了进一步地修正和完善，定义了包含三个级别的IMO船用柴油机排放法规体系，正在执行的附则VI内容被作为TierI规范纳入其间，并添加了更加严厉的TierII和TierIII。

　　世界海事安排（IMO）从2011年1月1日起实施IMOTierII排放法规，与IMOTierⅠ比较，IMOTierⅡ排放法规NOx下降20%，IMOTierⅢ下降80%。

　　2016年8月22日，环境保护部和国家质量监督查验检疫总局联合发布了GB15097-2016《船只发动机排气污染物排放限值及丈量方法(我国第一、二阶段)》，这是我国首次专门针对船只发动机排放操控发布强制性国家规范。

　　该规范适用于额外净功率大于37kW的第1类船机（额外净功率大于或等于37kW且单缸排量小于5L）和第2类船机（单缸排量大于或等于5L且小于30L），包含柴油机和气体燃料发动机，对气体燃料发动机还专门提出了甲烷(CH4)排放限值。

　　二、电控燃油喷发技能

　　经过电子操控的柴油机燃油喷发体系结构形式有许多，现在国内外最通用的是电控单体泵技能和高压共轨燃油喷发技能，其他各类电控喷发体系技能仍在继续不断地开展和完善中。

　　1.电控单体泵技能

　　单体泵的结构首要由泵本体、燃油进口、燃油出口、电磁操控阀、拉杆、柱塞、垫片和绷簧等组成。

　　其作业原理为：

　　当单体泵的电磁操控阀电源断开时，拉杆处于自由状况，燃油经过油路进入单体泵的内腔，然后在经过单体泵的回油管路排出，因为燃油继续不断的循环，导致单体泵的腔体压力难以升高；

　　相反，当单体泵的电磁操控阀的电源翻开时，电磁阀经过电磁力驱动拉杆快速动作，拉杆前端的锥形规划结构敏捷将燃油回路关闭，燃油进入单体泵的内腔后，导致腔体压力快速升高，进而在柱塞的往复循环作用下敏捷形成高压。

　　单体泵的燃油供应体系首要由柱塞式单体泵、电磁阀、燃油供应泵、驱动凸轮、燃油喷注器及输油管路等组成，其结构组成如图1所示。

　　燃油供应泵经过泵将燃油揉捏进入柱塞式单体泵，柱塞在油泵凸轮的驱动力作用下，敏捷在单体泵的内腔形成高压。

　　当电磁阀的电源通电时，电磁阀开端动作，燃油经过电磁阀进入高压供油管路，当供油管路内的燃油压力高于燃油喷嘴的动作压力时，喷嘴被启动，开端喷油；

　　当电磁阀的电源断开时，供油管路内的燃油压力敏捷下降，导致针阀返回，喷嘴中止喷油作业。

　　高速强力电磁阀是该燃油供应体系中的核心部件，是体系喷油量多少和喷油时刻如何的直接操控者，其作业不只需求确保实时快响应和操控的灵敏度，并且还要求其可以继续不间断地输出一定程度的电磁阀驱动力，以确保燃油供应体系输油管路的可靠性。

　　作为高压动力供给源泉的驱动凸轮是该体系的另一核心部件，其凸轮型线的动作规则直接影响着该体系的供油规则。

　　综上所述，电控单体泵操控技能经过改进后，由为机械式升级为电磁阀操控式，可以实现屡次实时喷发，不只满意国Ⅳ以上排放要求，并且满意欧洲更严厉的欧Ⅴ以上排放规范要求。

　　2.高压共轨燃油喷发技能

　　根据现在的柴油机开展现状，进步船用柴油机的缸内焚烧功率的方法首要有进步燃油喷发压力和改进喷发速率特性等。

　　传统的机械式燃油喷发体系遭到体系结构组成和作业原理的限制，难以一起满意上述情况，因而，在根据方位式的柴油机燃油电控喷发体系和时刻式的柴油机燃油电控喷发体系逐渐开展之后，一种更优的压力-时刻控制式高压共轨燃油喷发体系是柴油机界的开展趋势。

　　选用德国第二代CR高压共轨燃油体系的康明斯ISBE18532高压共轨柴油机，其首要结构由高压输油泵、共轨管路、燃油喷注器、压力变送器、操控器、执行机构等组成，其结构组成如图2所示。

　　高压共轨体系的作业原理为：

　　电动泵将燃油吸出，经过过滤器过滤后，然后经过电动泵运送到分配泵高压油泵，该燃油的一部分经润滑和冷却后，回流至燃油储存箱；

　　另一部分流入分配泵。

　　流入分配泵的燃油继续增压，然后经过输油管路运送至高压共轨管路中。

　　在高压共轨管路上设置一个油压力变送器和一个油压操控阀（PCV）。

　　该油压操控阀首要用于将实践油压调节至ECU的设定方针压力。

　　当到达方针值时，燃油经高压燃油运送管路流入喷油器电磁操控调节阀和喷油器。

　　流入喷油器的燃油，其间一部分直接喷入焚烧室，进行焚烧做功并输出动力；

　　另一部分沿着针阀的导向部分泻出流回燃油箱。

　　三、废气再循环（EGR）技能

　　柴油机排气的有害成分首要有CO、HC、NOx和微粒，其间HC和CO排放较低，由柴油机焚烧特色所决议，柴油机的NOx和PM排放之间存在一种此消彼长的trade-off联系，因而，柴油机排放的最大问题是如何统筹NOx和PM排放的同步同效处理。

　　削减NOx首要包含从源头加以操控和排放后处理两种模式。

　　为了使NOx的排放满意欧Ⅲ规范，选用EGR技能，不只成本低并且操控NOx排放作用显着，是现在较受欢迎的方案。

　　1.EGR技能下降NOx的机理

　　柴油机排放中的氮氧化合物首要包含NO、NO₂、N₂O₄、 N₂O、N₂O₃、N₂O₅ 等，其间NO占比最高。

　　根据泽尔多维奇（Zeldovitch）的理论，在柴油机气缸内的高温、高压和供氧的情况下，NO的生成按链反应机理进行，即O₂↔2O

　　O+N₂↔NO+N

　　N+O₂↔NO+O

　　N+OH↔NO+H

　　废气再循环体系（ExhaustGasRecirculation，EGR）如图3所示，首要作业机理是经过往复循环补入一定量的废气，进步气缸中的惰性气体含量，进步比热容来下降混合气的氧浓度，然后破坏高温NOx的生成条件，有用抑制NOx的生成，削减废气排放中的污染物。

　　EGR体系首要作用是优化废气的再循环量，确保其到达最佳工况，进步焚烧功率和废气后处理功率，满意排放标示和节约能源。

　　2.EGR操控准则

　　根据负荷添加多少与EGR量的正向比例联系。

　　根据柴油机作业的不同工况，确保EGR体系高效运转。

　　当柴油机处于怠速及低负荷运转工况状况时，因为NOx排放浓度较低，为确保柴油机正常焚烧做功，EGR不需求介入；

　　当柴油机处于暖机过程中的工况时，因为柴油机的温度尚低，NOx排放浓度也较低，为避免EGR体系提前介入对焚烧晦气，也不进行EGR；

　　当柴油机处于大负荷、高速或油门全开的运转工况时，为确保柴油机继续不断的动力输出，也不进行EGR；

　　只有在加快工况状况时，为确保柴油机的加快继续性及满意排放规范，EGR在过渡过程中介入。

　　3.EGR体系分类

　　(1)内部EGR体系

　　内部EGR体系的优势首要体现在可避免柴油焚烧后的再循环废气对体系管道的腐蚀，进一步进步体系的寿数，节约后期保护成本。

　　但是该体系对EGR率难以实现准确量化操控，且废气不能进行再生冷却，晦气于削减氮氧化物的排放。

　　(2)外部EGR体系

　　外部EGR体系首要是经过专用管路将柴油机排放的废气导入进气管路中，并在气体进去柴油机气缸前进行充分混合。

　　该体系的优势可以实现EGR率的精细化操控，经过加装EGR冷却器来下降废气的温度，然后下降焚烧温度，改进柴油机的排放，满意排放规范要求。

　　现在通用的外部EGR体系首要有进气节流式EGR体系、文丘里混合式EGR体系、涡轮增压一体式EGR体系、VGT式EGR体系。

　　四、挑选性催化复原（SCR）技能

　　挑选性催化复原技能（SelectiveCatalyticReduction，SCR）根本作业原理：

　　排气从增压器涡轮流出后进入排气管中，一起由安装在排气管上的尿素喷发装置将定量的尿素水溶液以雾状形状喷入排气管中，尿素液滴在高温废气作用下发生水解和热解反应，生成所需求的复原剂氨气NH3，NH3在催化剂的作用下将氮氧化物NOx有挑选性地复原为氮气N2，有时为了避免多余的氨气逃逸形成二次污染，还需求在SCR催化剂后方设置促进氨氧化成氮气的催化剂。

　　挑选性催化复原转化器也被称为氮氧化物催化转化器。

　　SCR技能最大的优势在于其脱硝率高，可以满意最严厉的NOx排放规范。

　　但是对于常规的SCR技能，存在难以对NH3的喷入量进行准确操控，以进步NOx去除量；

　　SCR技能使用的催化剂都是有毒的，使用后废弃的催化剂难以处理；

　　余热锅炉的补燃和产气量很难操控；

　　SCR组件限制着燃料种类的多样性以及NH3本身的污染特性等问题。

　　五、结束语

　　本文针对节能减排问题出现的柴油机开展新技能，经过讨论可得出如下定论：

　　①在排放后处理方面，各项新的技能不断涌现，联合净化技能经过将独立的机外净化技能联合使用，可以获得多种污染物的杰出净化作用。

　　②根据柴油机本身热功率较高的特色，经过继续不断地优化进步柴油机本体结构、喷油、配气结构、焚烧、增压等各方面专业技能，到达进步柴油机热功率的作用，既满足环保排放要求，又节约了能源。

　　③跟着电子技能的飞速开展和计算机技能的广泛应用，在日益严厉的排放法规和越来越高的市场要求的两层压力下，柴油机的含“电”量不断添加，各种新技能的应用使整个操控体系更灵活、更柔性、更加智能。