國(guó)內(nèi)外船用LNG動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

馬義平， 曾向明， 魏海軍， 趙 睿， 王忠誠(chéng)， 許樂(lè)平

(上海海事大學(xué) 商船學(xué)院， 上海 201306)

國(guó)內(nèi)外船用LNG動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

馬義平， 曾向明， 魏海軍， 趙 睿， 王忠誠(chéng)， 許樂(lè)平

(上海海事大學(xué) 商船學(xué)院， 上海 201306)

為加深對(duì)船用液化天然氣(Liquefied Natural Gas，LNG)發(fā)動(dòng)機(jī)各廠家、各機(jī)型的了解，為將來(lái)國(guó)內(nèi)船舶排放控制區(qū)內(nèi)船舶機(jī)型選擇及LNG發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展提供參考，在純氣體機(jī)、雙燃料機(jī)和混燒機(jī)分類的基礎(chǔ)上，從缸內(nèi)直噴、支管進(jìn)氣及總管進(jìn)氣等不同進(jìn)氣方式出發(fā)，對(duì)不同廠家的LNG發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行分析，并從動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)型、燃?xì)馓娲?、NOx排放及甲烷逃逸量等方面對(duì)各機(jī)型進(jìn)行比較。結(jié)果表明：氣體機(jī)能耗都較柴油機(jī)大；雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)饽Ｊ侥芎募s比燃油模式降低10%；國(guó)外發(fā)動(dòng)機(jī)NOx排放大部分滿足Tier Ⅲ，且都對(duì)甲烷逃逸量有控制；而國(guó)內(nèi)LNG發(fā)動(dòng)機(jī)與國(guó)外相比在技術(shù)、功率、價(jià)格及尾氣排放上都有較大差距；國(guó)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)普遍采用總管進(jìn)氣，總體性能較差，且純氣體機(jī)功率部分范圍斷擋。研究顯示：LNG發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣方式宜采用支管多點(diǎn)噴射或缸內(nèi)高壓直噴；發(fā)動(dòng)機(jī)類型適合采用“微引燃”式雙燃料機(jī)或高性能純氣體機(jī)。

液化天然氣(LNG)； 發(fā)動(dòng)機(jī)； 純氣體； 雙燃料； 混燒

Abstract: To deeply understand the marine Liquefied Natural Gas (LNG) fueled engines of different manufacturers’ various engines, and provide references for ship’s engine model selection in China’s future emission restricted area and for development of China’s LNG fueled engines, the marine LNG fueled engines of different manufacturers are analyzed according to the fuel types and different ways of LNG gas inlet; in addition, the comparison is carried out from the angle of power performance, economy, gas replacement rate, NOxemission and methane escape. The results of the study indicate: Energy consumption of pure gas engine is larger than that of diesel engine; Compared to oil mode, the energy consumption of dual-fuel engine at gas mode reduces by 10%; NOxemission of most foreign LNG engines meet Tier Ⅲ, and methane escape of engines are controlled well; There is a large gap on technology, power, price and flue gas emission between domestic and foreign engines. Gas inlet in header pipe applied in most engines, poor overall performance and narrow power range are the main phenomenon of domestic LNG fueled engines. The study shows: gas intake adopting manifold multi-point injection or high pressure direct injection in cylinder, and engine model adopting “micro ignition” dual-fuel engine or high-performance pure gas engine, are best for the LNG fueled engine.

Keywords: LNG; engine; pure gas; dual-fuel; mixed burning

我國(guó)交通運(yùn)輸部印發(fā)的《船舶與港口污染防治專項(xiàng)行動(dòng)實(shí)施方案(2015—2020年)》[1]提出：到2020年，珠三角、長(zhǎng)三角及環(huán)渤海水域船舶的硫氧化物(SOx)、氮氧化物(NOx)和顆粒物(PM)排放量與2015年相比分別下降65%,20%及30%。該方案提出的11項(xiàng)主要任務(wù)中的第6項(xiàng)為積極推進(jìn)液化天然氣(Liquefied Natural Gas，LNG)燃料應(yīng)用。

自國(guó)家提出“氣化長(zhǎng)江”戰(zhàn)略以來(lái)，對(duì)部分內(nèi)河船舶試點(diǎn)進(jìn)行了柴油機(jī)的LNG動(dòng)力改造，同時(shí)新建了一批LNG動(dòng)力船。船舶發(fā)動(dòng)機(jī)使用LNG作為動(dòng)力燃料可大量減少污染氣體排放,但LNG動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)因燃料選擇和進(jìn)氣方式不同而使得其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及尾氣排放有很大差異。同時(shí)，國(guó)內(nèi)相關(guān)研究起步較晚，在技術(shù)上與國(guó)外相比有較大差距。

這里對(duì)國(guó)內(nèi)外LNG動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行比較和分析，在為將來(lái)我國(guó)相關(guān)排放控制區(qū)內(nèi)船舶機(jī)型的選擇提供參考的同時(shí)，為我國(guó)LNG動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展提供相關(guān)思路。

1 LNG動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的分類

LNG動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單分類[2]見(jiàn)圖1。

圖1 LNG動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單分類

2 各廠家LNG動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)

2.1單一氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)

2.1.1Rolls-Royce(羅爾斯·羅伊斯)

Rolls-Royce純氣體機(jī)采用支管進(jìn)氣，排放滿足Tier Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)。與柴油機(jī)相比，其Bergen B系列發(fā)動(dòng)機(jī)的CO2排放量每功率單位約減少17%，NOx約減少90%，且?guī)缀鯚o(wú)SOx排放。Rolls-Royce宣稱：船舶主機(jī)大部分時(shí)間是在50%～70%負(fù)荷下運(yùn)行的，該范圍內(nèi)Rolls-Royce氣體機(jī)燃料消耗要比雙燃料機(jī)低15%～20%。[3]

2.1.2濰柴、廣柴、玉柴、淄柴及濟(jì)柴

(1) 濰柴LNG純氣機(jī)采用增壓后總管進(jìn)氣，是在相應(yīng)型號(hào)濰柴柴油機(jī)的基礎(chǔ)上改制而成的，機(jī)型壓縮比設(shè)計(jì)為10.5～11.5；采用美國(guó)WOODWARD單點(diǎn)噴射系統(tǒng)，正?？杖急葹?1.11～1.54。純氣體機(jī)機(jī)型有WP6C136NG，WP10C280NG和WP12C350NG，轉(zhuǎn)速為1 500 r/min或2 000 r/min，功率為120 ～350 kW，NOx排放滿足Tier Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)。

(2) 廣柴6230SG(660 kW或635 kW，750 r/min或720 r/min)和8230SG(880 kW或845 kW，750 r/min或720 r/min)純氣體機(jī)采用支管進(jìn)氣，NOx排放為2.0 g/(kW·h)(滿足Tier Ⅲ標(biāo)準(zhǔn))，總碳化物排放為483 g/(kW·h)。[4]

(3) 玉柴藍(lán)鯨NK系列氣體機(jī)采用增壓后總管進(jìn)氣，有從YC6K295LN-C20到Y(jié)C6K420LN-C20共5款機(jī)型，功率為218～309 kW，轉(zhuǎn)速為1 500 r/min或1 800 r/min，尾氣排放滿足Tier Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)。[5]

(4) 淄柴Z6170ZLCZ/T氣體機(jī)(1 000 r/min～1 500 r/min，165～350 kW)采用增壓前總管進(jìn)氣。

(5) 濟(jì)柴190系列氣體機(jī)中的12缸V型(1 000 r/min或1 300 r/min，552 kW或680 kW)和16缸V型(1 000 r/min或1 200 r/min，1 300 kW或1 600 kW)氣體機(jī)采用增壓前總管進(jìn)氣，NOx排放滿足Tier Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)。

2.2雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)

2.2.1MAN(曼恩)

(1) 缸內(nèi)高壓直噴：MAN缸內(nèi)高壓直噴雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)(又稱ME-GI)的缸蓋上安裝有2 個(gè)或3個(gè)燃油噴射閥、2個(gè)或3個(gè)燃?xì)鈬娚溟y。燃油噴射閥在純?nèi)加湍Ｊ较掠米髦鲊娪推?，在燃?xì)饽Ｊ较录孀鲆紘娪推?。[6]ME-GI通過(guò)燃油噴射閥噴入引燃油后，引燃油壓燃，然后才噴入高壓天然氣。柴油和重油皆可作為引燃油，MAN引燃油量最少可為3%。ME-GI是在壓縮沖程末端噴入燃?xì)獾模細(xì)鈬娚鋲毫σ话慵s30 MPa，燃?xì)鉁囟葹?5oC±10oC。在10%負(fù)荷以下，采用燃?xì)饽Ｊ讲荒芊€(wěn)定燃燒，發(fā)動(dòng)機(jī)必須切換到純?nèi)加湍Ｊ?；?0%～100%負(fù)荷下，發(fā)動(dòng)機(jī)可采用燃?xì)饽Ｊ?。ME-GI功率范圍為2 000～80 000 kW。表1為不同負(fù)荷下S50ME-GI8與S50ME的排放值比較。由該表可知，CO2和NOx分別降低約15%和12%，SOx大幅度降低，但碳?xì)?HC)約增加1倍。

(2) 支管進(jìn)氣：機(jī)型有L23/30DF和L28/32DF，功率分別為625～1 200 kW及1 000～1 800 kW。稀薄燃燒，空燃比為1.95～2.2。燃?xì)膺M(jìn)機(jī)壓力為0.4～0.6 MPa，溫度約60 ℃，燃?xì)庵屑淄橹?80，空氣進(jìn)機(jī)溫度<45 ℃，只能用柴油引燃。在20%負(fù)荷以下，發(fā)動(dòng)機(jī)工作于純柴油模式；在20%～85%負(fù)荷下，引燃油量恒定為7%左右，燃?xì)夤?yīng)量隨負(fù)荷的增加而增加；在85%～100%負(fù)荷下，燃?xì)饬坎蛔?約80%)，柴油量隨負(fù)荷的增加而增加。ME-GI和ME機(jī)型的排放和能耗數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

2.2.2Wartsila(瓦錫蘭)

表1 在不同負(fù)荷下S50ME-GI8與S50ME的排放值比較

(1) 缸內(nèi)低壓直噴：Wartsila二沖程機(jī)缸內(nèi)低壓直噴(又稱2-S DF)除了主燃油噴油器之外，每缸還設(shè)有單獨(dú)的引燃油噴油器，采用的是“微引燃”和“預(yù)燃室”技術(shù)。點(diǎn)火油在100%功率時(shí)約為2 g/(kW·h),在30%功率時(shí)約為8 g/(kW·h)，引燃油量為1%～5%，輕油和重油都可作為引燃油。Wartsila 2-S DF在壓縮沖程中間行程噴入燃?xì)?，燃?xì)鈬娚鋲毫σ话慵s為1.6 MPa，溫度為0～60 ℃,功率范圍為5 000～65 000 kW。

(2) 支管進(jìn)氣：采用雙噴嘴噴油器[7]，引燃油壓力約為900 bar,有20DF，34DF，46DF和50DF等機(jī)型，功率范圍為1 100～17 550 kW。進(jìn)機(jī)燃?xì)庥幸欢〝?shù)值要求，如：低熱值為28～36 MJ/m3(m3指的是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積)，GVU前燃?xì)鈮毫?.5～0.55 MPa，甲烷值≥80，燃?xì)鉁囟葹?～60 ℃等。考慮到CH4的溫室效應(yīng)是CO2的25倍，且CH4含量約占總HC的75%，在燃?xì)饽Ｊ较驴侶C排放折合成CO2當(dāng)量排放計(jì)算；與燃油模式相比，CO2總排放數(shù)值減小約18.5%(見(jiàn)表2)。

表2 34DF雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)?燃油模式下的污染物對(duì)比

2.3混燒機(jī)

2.3.1濟(jì)柴

目前濟(jì)柴已取得C6190，C8190和L8190等3個(gè)族系產(chǎn)品中國(guó)船級(jí)社(China Classification Society, CCS)證書，功率范圍為300～1 000 kW。

(1) 增壓前總管進(jìn)氣：較多采用增壓前總管進(jìn)氣，與原柴油機(jī)相比燃燒室結(jié)構(gòu)、各氣閥定時(shí)和噴油定時(shí)等均未作任何改動(dòng)。燃?xì)馓娲室话銥?0%。

(2) 支管進(jìn)氣：燃?xì)獬剡M(jìn)機(jī)，燃?xì)膺M(jìn)機(jī)壓力一般<0.4 MPa。燃?xì)馓娲孰S負(fù)荷的增加而增加，在75%以上負(fù)荷時(shí)，燃?xì)馓娲始s為80%。

2.3.2淄柴

目前淄柴已開(kāi)發(fā)Z150，Z170及Z210系列船用LNG動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，并已取得CCS認(rèn)可證書。

(1) 增壓前總管進(jìn)氣：淄柴Z6170采用增壓前總管進(jìn)氣,燃?xì)膺M(jìn)機(jī)壓力為零壓(或負(fù)壓)，燃?xì)鉁囟仍?0 ℃之內(nèi)，5～15 ℃最好。其采用德國(guó)海茵茨曼控制技術(shù)，通過(guò)廢氣旁通控制和氧傳感器實(shí)現(xiàn)空燃比閉環(huán)控制。在標(biāo)定工況下燃?xì)馓娲?70%，實(shí)際應(yīng)用中，在25%負(fù)荷以下時(shí)全柴油運(yùn)行，在50%～75%負(fù)荷時(shí)燃?xì)馓娲Ч^好，燃?xì)馓娲孰S負(fù)荷的增加而增加。

(2) 支管進(jìn)氣：淄柴Z8170采用電液聯(lián)控多點(diǎn)噴射技術(shù)，綜合最高燃油替代率可達(dá)80%以上。噴射單元中每缸燃?xì)鈬娚溟y4個(gè)，燃?xì)膺M(jìn)機(jī)壓力一般為0.4～0.6 MPa。

2.3.3玉柴

玉柴藍(lán)鯨SK系列混燒機(jī)采用增壓后總管進(jìn)氣，有YC6K295LN-C21到Y(jié)C6K450LN-C21共6款機(jī)型，功率范圍為218～331 kW，轉(zhuǎn)速為1500 r/min或1 800 r/min，尾氣排放滿足Tier Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)。

3 國(guó)外LNG動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀

3.1雙燃料和純氣體機(jī)齊頭并進(jìn)

在船用LNG動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)上， MAN和Wartsila僅推廣雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，Rolls-Royce推廣純氣體機(jī)。

3.2低速二沖程采用缸內(nèi)直噴“微引燃”雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)

盡管各LNG動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、尾氣排放和經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)略有不同(見(jiàn)表3)，但“微引燃”低速二沖程雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的總體性能較好。二沖程機(jī)主要由MAN和Wartsila制造。

表3 國(guó)外LNG動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)表現(xiàn)

1) MAN采用缸內(nèi)高壓直噴(燃?xì)鈮毫s為30 MPa)，燃燒過(guò)程為迪塞爾循環(huán)，可實(shí)現(xiàn)與柴油機(jī)相當(dāng)?shù)膭?dòng)力性及熱效率，動(dòng)態(tài)特性好、燃料適應(yīng)性強(qiáng)，避免爆燃，沒(méi)有CH4逃逸，NOx排放滿足Tier Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)；但燃?xì)鈮毫?0 MPa，管路強(qiáng)度和密封性要求較高，系統(tǒng)復(fù)雜，成本高昂。

2) Wartsila 采用缸內(nèi)低壓直噴(燃?xì)鈮毫s為1.6 MPa)，燃燒過(guò)程為奧拓循環(huán)，同時(shí)采用“預(yù)燃室”和“微引燃”技術(shù)，整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)都可在燃?xì)饽Ｊ较逻\(yùn)行，NOx排放滿足Tier Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)，CH4排放也較四沖程少。

3.3支管進(jìn)氣四沖程機(jī)尾氣排放性能較好

對(duì)于四沖程機(jī)，Rolls-Royce純氣體機(jī)、Wartsila和MAN雙燃料機(jī)等都采用支管進(jìn)氣。支管進(jìn)氣能精確控制燃?xì)鈬娚?，較好地控制CH4逃逸；各機(jī)型CO2，SOx和PM的減少量如表3所示，各數(shù)值差異不大；但在NOx減排上，MAN僅滿足Tier Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)，而Rolls-Royce和Wartsila可滿足Tier Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)。在動(dòng)態(tài)響應(yīng)上，Rolls-Royce采用可變截面渦輪增壓系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性較好；而Wartsila和MAN采用廢氣旁通控制空燃比，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性稍差。

4 國(guó)內(nèi)LNG動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)主要問(wèn)題

4.1普遍采用總管進(jìn)氣

國(guó)內(nèi)LNG發(fā)動(dòng)機(jī)普遍采用總管進(jìn)氣，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需增加一套燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)(混燒機(jī)可完全保留柴油機(jī)的燃油噴射系統(tǒng))，但總管及增壓器存在爆炸危險(xiǎn)[8]，缸內(nèi)存在爆燃危險(xiǎn)。

4.2尾氣排放性能差

混燒機(jī)總管進(jìn)氣，空燃比只能整機(jī)調(diào)節(jié)，不能單缸控制；發(fā)動(dòng)機(jī)未經(jīng)優(yōu)化，不能發(fā)揮氣體燃料的優(yōu)勢(shì),NOx減排效果不明顯，氣閥重疊角期間天然氣直接逃逸，CH4逃逸現(xiàn)象嚴(yán)重，CO排放大幅升高。純氣體機(jī)總管進(jìn)氣，CH4逃逸現(xiàn)象較混燒機(jī)明顯改善，但NOx排放也只能滿足Tier II標(biāo)準(zhǔn)。

支管進(jìn)氣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可實(shí)現(xiàn)單缸燃?xì)饩_控制，避免或減少氣閥重疊角期間的CH4逃逸，尾氣排放總體效果要好于總管進(jìn)氣，部分機(jī)型(如廣柴純氣體機(jī)6230SG)NOx排放滿足Tier Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)。

4.3經(jīng)濟(jì)性較差

國(guó)內(nèi)混燒機(jī)實(shí)際應(yīng)用時(shí)在額定工況下的燃?xì)馓娲室话慵s為70%,但在長(zhǎng)江航行的船舶受下水順流的影響、在京杭運(yùn)河航行的船舶受需經(jīng)常過(guò)閘的影響，在很多情況下主機(jī)都在較低的負(fù)荷下運(yùn)行，此時(shí)燃?xì)馓娲室话慵s為50%。此外，國(guó)內(nèi)混燒機(jī)CH4逃逸現(xiàn)象較嚴(yán)重，據(jù)相關(guān)專家介紹，總管進(jìn)氣混燒機(jī)的CH4逃逸量要比支管多點(diǎn)噴射混燒機(jī)增加20%左右。因此，考慮到CH4逃逸及主機(jī)輕負(fù)荷運(yùn)行的影響，國(guó)內(nèi)混燒機(jī)的經(jīng)濟(jì)性較差。

4.4純氣體機(jī)功率部分范圍斷擋

國(guó)內(nèi)LNG純氣體機(jī)功率部分范圍斷擋，致使某些噸位內(nèi)河船的主機(jī)選型較困難。內(nèi)河船舶噸位與主機(jī)功率選配見(jiàn)表4。1 000 kW以下各功率，國(guó)內(nèi)混燒機(jī)可選機(jī)型較多，基本能覆蓋整個(gè)功率范圍；而純氣體機(jī)可選機(jī)型較少，功率在350 kW以下，濰柴、淄柴和玉柴有幾款機(jī)型；功率在350～1 000 kW，有濟(jì)柴12V190ZDT(552 kW /680 kW)，廣柴6230SG(660kW/635kW)和8230SG(880kW/845kW)等幾款定功率機(jī)型，功率斷檔較多。

表4 內(nèi)河船舶噸位與主機(jī)功率選配

5 國(guó)內(nèi)外LNG動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)比較

5.1國(guó)內(nèi)與國(guó)外約有20a的技術(shù)差距

船舶氣體機(jī)的發(fā)展歷程[9]見(jiàn)圖2,可看出國(guó)內(nèi)正處在油氣混燒階段，與國(guó)外約有20 a的技術(shù)差距。技術(shù)比較結(jié)果見(jiàn)表5。

圖2 船舶氣體機(jī)的發(fā)展歷程

表5 國(guó)內(nèi)外各機(jī)型技術(shù)比較

5.2國(guó)內(nèi)與國(guó)外價(jià)格及功率都差別較大

國(guó)外LNG發(fā)動(dòng)機(jī)價(jià)格昂貴，國(guó)內(nèi)較便宜。功率相同時(shí)，國(guó)外發(fā)動(dòng)機(jī)的價(jià)格約是國(guó)內(nèi)的3～5倍。[10]除整機(jī)外，備件差價(jià)更大。國(guó)外發(fā)動(dòng)機(jī)功率都較大(一般>1 000 kW)，一般為中低速機(jī)；國(guó)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)功率較小(一般<2 000 kW)，一般為中高速機(jī)。

5.3國(guó)內(nèi)混燒機(jī)燃?xì)馓娲瘦^低

國(guó)外雙燃料機(jī)的替代率>92%，最高可達(dá)99%(Wartsila)；國(guó)內(nèi)混燒機(jī)的替代率一般約為70%。

5.4國(guó)內(nèi)LNG動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放較國(guó)外差

國(guó)內(nèi)氣體發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放總體表現(xiàn)較差，大部分僅滿足Tier Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)(廣柴6230SG，Tier Ⅲ)，CH4逃逸控制較差，或未進(jìn)行過(guò)數(shù)據(jù)測(cè)量；國(guó)外氣體機(jī)大部分滿足Tier Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)，且CH4逃逸量都較少。

5.5LNG動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)能耗較柴油機(jī)能耗大

單一燃料氣體機(jī)、雙燃料機(jī)(缸內(nèi)高壓直噴除外)和混燒機(jī)的能耗都較柴油機(jī)能耗大。純氣體機(jī)采用奧拓循環(huán)，能耗大于柴油機(jī)(迪塞爾循環(huán))，Rolls-Royce純氣體機(jī)的熱效率約為50%；缸內(nèi)高壓直噴雙燃料機(jī)采用迪塞爾循環(huán)，熱效率與普通柴油機(jī)基本上一樣；其他雙燃料機(jī)采用奧拓循環(huán)，熱效率減小，且所有雙燃料機(jī)在燃油模式下的能耗比燃?xì)饽Ｊ侥芎脑黾?0%左右；國(guó)內(nèi)混燒機(jī)因存在CH4逃逸現(xiàn)象而使得熱效率也有所下降。

6 結(jié)束語(yǔ)

6.1進(jìn)氣方式宜采用支管多點(diǎn)噴射和缸內(nèi)高壓直噴

與總管進(jìn)氣方式相比，支管多點(diǎn)噴射不僅能更精確地控制燃?xì)夤?yīng)量，有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)空燃比的精確控制，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，降低NOx排放,同時(shí)還能避免天然氣在氣門疊開(kāi)期間直接逃逸，控制HC排放。缸內(nèi)高壓直噴發(fā)動(dòng)機(jī)具有與柴油機(jī)相當(dāng)?shù)膭?dòng)力性和熱效率，且基本無(wú)CH4逃逸。發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)特性較好，燃料適應(yīng)性強(qiáng)，避免爆燃。因此，這2種進(jìn)氣方式應(yīng)成為我國(guó)船用LNG動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)今后的重點(diǎn)推廣方向。

6.2發(fā)動(dòng)機(jī)類型適合采用“微引燃”式雙燃料機(jī)和高性能純氣體機(jī)

混燒機(jī)因采用燃油與氣體混合燃燒的模式而使得發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)在一定程度上處于“兩難”的境地，要兼顧2種燃料的燃燒優(yōu)化?！拔⒁肌笔诫p燃料機(jī)在雙燃料模式下僅用微量柴油引燃，可專門針對(duì)氣體燃料進(jìn)行燃燒優(yōu)化，改善NOx排放和燃油經(jīng)濟(jì)性；同時(shí)，因柴油使用量大幅降低，可有利于減少SOx排放。[14]純氣體機(jī)的研發(fā)完全不用考慮燃油模式，可針對(duì)氣體燃料的特點(diǎn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行全新設(shè)計(jì)和優(yōu)化，取得最大的節(jié)能和減排效益。

[1] 中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部. 關(guān)于印發(fā)船舶與港口污染防治專項(xiàng)行動(dòng)實(shí)施方案(2015—2020年)的通知[EB/OL].[2015-08-27](2015-08-31).http://www.moc.gov.cn/zfxxgk/bnssj/syj/201508/t20150831_1871478.html.

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[4] 廣柴.船用柴油/天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)[EB/OL]. (2015-08-31). http://www.gdfdiesel.com.cn/product.asp?id=51&nb=183.

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[14] 雷偉. 我國(guó)船用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)最新發(fā)展[EB/OL].(2014-11-18).http://www.lngfuelledships.com/jishu/201/238.html.

CurrentDevelopmentSituationofMarineLNGFueled
EnginesBothatHomeandAbroad

MAYiping,ZENGXiangming,WEIHaijun,ZHAORui,WANGZhongcheng,XULeping

(Merchant Marine College, Shanghai Maritime University, Shanghai 201306, China)

U664.12

A

2016-04-29

馬義平(1977—)，男，安徽無(wú)為人，輪機(jī)長(zhǎng)，講師，博士，研究方向?yàn)榇皠?dòng)力裝置有害排放控制、現(xiàn)代輪機(jī)管理與安全技術(shù)。 E-mail: mayiping168@163.com

許樂(lè)平(1957—)，男，河北衡水人，輪機(jī)長(zhǎng)，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榇拔廴疚锟刂萍昂Ｑ蟓h(huán)境保護(hù)。 E-mail: lpxu@shmtu.edu.cn

1000-4653(2016)03-0020-06