船用柴油機(jī)有害物排放控制技術(shù)分析

萬鵬

摘要：船用柴油機(jī)會向周圍的環(huán)境中排放出大量的有害物質(zhì)，這些物質(zhì)不僅僅會對周圍的水域造成污染，還有可能通過水循環(huán)以及大氣循環(huán)最終積累在我們?nèi)梭w中，對人類的健康造成威脅，船用柴油機(jī)造成的污染問題非常嚴(yán)重，特別是船舶量密集的地方，這種污染就更加明顯。柴油燃燒會產(chǎn)生氮氧化物還有硫化物等會嚴(yán)重污染環(huán)境的物質(zhì)，隨著社會的發(fā)展，人們的環(huán)保意識也越來越強(qiáng)烈，各國都開始針對船用柴油機(jī)的污染問題出臺了一系列的政策，目的就是限制船舶的排放，保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：船舶;柴油機(jī);有害物質(zhì);排放;控制

中圖分類號：X78 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）07-0184-02

0 ?引言

柴油發(fā)動機(jī)有其優(yōu)點(diǎn)，正因為這些優(yōu)點(diǎn)的存在，才能讓這種發(fā)動機(jī)成為船舶的標(biāo)配，如圖1為柴油發(fā)動機(jī)。不過，柴油發(fā)動機(jī)排放的污染物質(zhì)含量非常高，對于更重視環(huán)境問題的現(xiàn)代社會來說，如果再不對船舶柴油發(fā)動機(jī)的有害物質(zhì)排放加以控制的話，對于我們賴以生存的家園來說，將會受到非常嚴(yán)重的影響，為了人類的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，很多國家已經(jīng)出臺了相關(guān)措施對船用柴油機(jī)的有害物質(zhì)排放進(jìn)行了控制，不過，對于船用柴油機(jī)有害物排放的控制不僅僅要從制度上進(jìn)行解決，也要通過技術(shù)的革新來進(jìn)行控制，這樣既可以滿足船舶的動力需求，也可以滿足環(huán)境保護(hù)對柴油發(fā)動機(jī)的排放控制的需求。

1 ?船用發(fā)動機(jī)排放污染現(xiàn)狀

隨著我們國家發(fā)展步伐的加快，環(huán)境保護(hù)問題也越來越受到我們的重視，我們國家冬天很多地方都出現(xiàn)了霧霾，這說明我們的大氣污染已經(jīng)非常嚴(yán)重，國家開始著手對污染排放的治理，船舶柴油發(fā)動機(jī)的污染問題也受到了重視。

不僅僅在我們國家，世界上很多國家和地區(qū)都看到了船用柴油發(fā)動機(jī)帶來的污染排放問題，于是各個國家和地區(qū)都出臺了相關(guān)的防治政策，其中，由國際海事組織所制定的《國際防止船舶造成污染公約》中就對船舶的發(fā)動機(jī)的排放量做了規(guī)定，這些規(guī)定經(jīng)過一定的修改，更適合現(xiàn)在環(huán)境保護(hù)的需求，船用柴油發(fā)動機(jī)的生產(chǎn)廠家也積極對發(fā)動機(jī)進(jìn)行研究，使發(fā)動機(jī)更符合現(xiàn)在的排放標(biāo)準(zhǔn)。

船用柴油發(fā)動機(jī)的排放受到很復(fù)雜的因素影響，因此，對其排放量進(jìn)行優(yōu)化的方式也非常多，目前，很多相關(guān)的研究都將重點(diǎn)放在噴油嘴設(shè)計的優(yōu)化、改變?nèi)紵业男螤钍共裼腿紵浞值确矫?，這些方面的優(yōu)化對于減少船用柴油發(fā)動機(jī)的污染排放具有一定的幫助，但是根據(jù)這些研究所制造出來的發(fā)動機(jī)的排放標(biāo)準(zhǔn)僅僅只能達(dá)到《國際防止船舶造成污染公約》標(biāo)準(zhǔn)II的要求，要想達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)III的要求，僅僅依靠優(yōu)化噴油嘴和燃燒室是無法做到的，還需要對排放出來的氣體進(jìn)行處理，或者在燃燒的材料方面下功夫，使用更為清潔的燃料，這樣就可以確保船舶發(fā)動機(jī)排放出來的氣體污染性不那么強(qiáng)。目前，世界上各個國家在船用柴油機(jī)的污染排放控制的研究方面最前沿的就是關(guān)于污染氣體凈化以及清潔燃料的研究。

2 ?船用柴油機(jī)有害物排放控制方法

船用柴油機(jī)的排放量達(dá)不到現(xiàn)在對于環(huán)保的要求，所以需要想辦法對船用柴油機(jī)的有害物的排放進(jìn)行控制，這樣才能夠保障我們生活的環(huán)境，人類要想實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，那么環(huán)保的工作對于我們來說就非常重要，目前對于船用柴油機(jī)的排放控制的研究依舊未曾停止，不過，我們也有了一些成果，可以有效對船用柴油機(jī)的排放量進(jìn)行控制，有效減少船用柴油機(jī)使用過程中對環(huán)境造成的排放污染問題。

2.1 共軌噴射技術(shù)

所謂共軌噴射技術(shù)，就是引進(jìn)電子控制系統(tǒng)，對柴油機(jī)噴油的過程進(jìn)行優(yōu)化，傳統(tǒng)的船用柴油機(jī)中，是通過凸輪軸來進(jìn)行噴油定時的，但是這種方式不智能，柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速還有負(fù)荷都是會發(fā)生改變的，而凸輪軸無法滿足這些改變所帶來的不同的噴油需求，現(xiàn)在的共軌噴射技術(shù)就可以滿足這樣的需求，實(shí)時調(diào)節(jié)噴油量，避免柴油機(jī)中的柴油浪費(fèi)，可以比傳統(tǒng)的噴油方式節(jié)約柴油，并且，柴油節(jié)約了，因為柴油燃燒不充分帶來的污染問題也會相應(yīng)減少，最低可以減少到傳統(tǒng)的排放量的75%。

2.2 燃燒室形狀的優(yōu)化

船用柴油機(jī)之所以會排放出大量的污染氣體，就是因為柴油在燃燒室中不能得到充分的燃燒，因為燃燒室的形狀限制了其中的氧氣含量，有一些柴油接觸不到足夠的氧氣，燃燒就不完全，柴油不完全的燃燒就非常容易生成一氧化碳、煙塵、氮的氧化物等，這些物質(zhì)一旦排放到空氣中，就會對我們的大氣環(huán)境造成污染，而且，這些物質(zhì)的濃度如果過高，很容易給周圍的人帶來危險，所以，我們可以通過改變?nèi)紵业男螤?，讓燃燒室中的柴油可以有與氧氣充分接觸的機(jī)會，這樣一來，就可以有更多的柴油可以進(jìn)行充分的燃燒，不僅僅節(jié)約了燃料，柴油充分燃燒之后生成的物質(zhì)是二氧化碳以及水，這兩種物質(zhì)不會對環(huán)境造成污染，不過，燃燒室形狀的優(yōu)化只能盡可能讓柴油充分燃燒，依舊存在柴油燃燒不充分的情況，所以這種方法對于船用柴油機(jī)的有害物排放控制有一定的效果，但是并不能解決根本問題，船用柴油機(jī)的污染問題依舊存在，只不過造成的污染沒以前嚴(yán)重而已。

2.3 增壓技術(shù)的改進(jìn)

這也是一種減少船用柴油機(jī)排放污染問題的措施，如果在增壓階段進(jìn)行部分氣體的壓縮的話，就可以有效減少氮氧化物的產(chǎn)生，而如果要實(shí)現(xiàn)在增壓階段進(jìn)行部分氣體壓縮的話，那這個階段就需要更高的增壓，傳統(tǒng)的船用柴油機(jī)的增壓方式還不能夠滿足這樣的增壓需求，所以我們需要對現(xiàn)有的增加技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，使得增壓技術(shù)更能夠滿足這樣的增壓需求，目前，已經(jīng)有公司推出了增壓技術(shù)更好的渦輪增壓器，這種增壓器能夠滿足在增壓階段進(jìn)行部分氣體壓縮的增壓需求，將這種增壓器運(yùn)用在船用柴油機(jī)中，可以有效減少船用柴油機(jī)的污染氣體排放量，對我們的環(huán)境能夠起到一個很好的保護(hù)作用。

2.4 雙燃料發(fā)動機(jī)

這是一種改變船用柴油機(jī)的燃料進(jìn)行控制污染氣體排放的方法，而且，通過這種方法排放的氣體完全可以達(dá)到《國際防止船舶造成污染公約》的標(biāo)準(zhǔn)III，是目前最主要的控制船用柴油機(jī)污染氣體排放措施的研究領(lǐng)域之一，目前，也已經(jīng)有公司成功研究出這樣的發(fā)動機(jī)，不過，想要在船舶上進(jìn)行大規(guī)模使用的話，還需要一定的時間。這種發(fā)動機(jī)的燃料可以是柴油，也可以是包括液化天然氣在內(nèi)的其它燃料，天然氣屬于清潔能源，這種能源的成本也比柴油更低，如果這種發(fā)動機(jī)能夠成功運(yùn)用在船舶上，相信船用柴油機(jī)帶來的污染問題將會大幅減少，因為雙燃料發(fā)動機(jī)燃料的儲存、獲取等需要一定的條件，要想成功應(yīng)用在船舶中，需要一定的條件，對于船舶的要求也會更高，所以目前還未能將這種發(fā)動機(jī)普遍使用在船舶中，不過，伴隨著以后技術(shù)的發(fā)展，這種發(fā)動機(jī)將傳統(tǒng)的船用柴油機(jī)取代只是時間問題，因為它更環(huán)保、更經(jīng)濟(jì)。

2.5 廢氣處理

柴油機(jī)中的柴油在燃燒之后會產(chǎn)生大量的廢氣，這些廢氣如果不經(jīng)過處理就直接排入空氣中的話，就會造成非常嚴(yán)重的環(huán)境污染，所以需要對這些廢氣進(jìn)行一定的處理，盡量減少其對于周圍環(huán)境的污染。

2.5.1 催化還原法

廢氣的處理方式很多，其中一種就是催化還原法，這種方法是利用催化劑，加速廢氣與一些物質(zhì)的反應(yīng)，讓這些廢氣在排出之前就被分解成為沒有污染性質(zhì)的物質(zhì)。比如，氮氧化物就可以在催化劑的作用下被氨水迅速分解，反應(yīng)生成的產(chǎn)物是氨氣還有水，氨氣再和其它物質(zhì)反應(yīng)，就可以生成無毒害的物質(zhì)，這些物質(zhì)排放到周圍環(huán)境中也不會對周圍的環(huán)境造成污染，而原本的氮氧化物則不復(fù)存在，這樣就成功減少了氮氧化物的污染問題。使用催化還原法對廢氣進(jìn)行處理時，需要在排氣管中的某一部分加入催化劑還有反應(yīng)物質(zhì)，使得廢氣在排出排氣管之前就發(fā)生反應(yīng)，從而保證其不會被排放到大氣之中。催化還原法對于溫度也有一定的要求，在合適的溫度下，可以讓廢氣的分解速度達(dá)到最快，從而盡可能地分解廢氣，保障環(huán)境不被污染，這種方法也是目前船用柴油機(jī)有害物控制研究中最前沿最重要的方法之一，通過這種方法處理后的廢氣的排放也有可能達(dá)到《國際防止船舶造成污染公約》的標(biāo)準(zhǔn)III。

2.5.2 活性炭吸附

活性炭可以吸附一些有害的物質(zhì)，這些物質(zhì)成功被活性炭吸附之后，可以再通過其它方法進(jìn)行處理，這是一種物理方法。船用柴油機(jī)產(chǎn)生的廢氣在經(jīng)過裝有活性炭的裝置之后，大量廢氣被活性炭吸收，這些廢氣就不能排放到空氣中，從而保障了周圍空氣的清潔，活性炭的成本低，也具有一定的吸附效果，但是總體而言，其對廢氣的處理不充分，因為活性炭的吸附很容易達(dá)到飽和，這樣一來，就會有大量的廢氣排放到周圍的環(huán)境中，所以，在進(jìn)行廢氣處理裝置的設(shè)計時，可以結(jié)合催化還原法以及活性炭吸附法進(jìn)行設(shè)計，這樣就可以讓廢氣的處理效果最大化，能夠有效保障環(huán)境的清潔。

3 ?結(jié)語

隨著環(huán)境污染問題變得越來越嚴(yán)重，世界各國國家和地區(qū)的環(huán)境保護(hù)意識也越來越強(qiáng)，船用柴油機(jī)造成的環(huán)境污染問題也受到了大家的重視，目前，普遍的船用柴油機(jī)的排放標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到了《國際防止船舶造成污染公約》的標(biāo)準(zhǔn)II，要想達(dá)到III的標(biāo)準(zhǔn)，還需要我們對目前的發(fā)動機(jī)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的廢氣也需要得到更好的處理，使用清潔燃料以及廢氣的處理是目前已知的兩種可以使船舶的尾氣控制達(dá)到《國際防止船舶造成污染公約》標(biāo)準(zhǔn)III的方法，各個國家應(yīng)該在這兩種方法上下功夫，雖然已經(jīng)有公司研究出了雙燃料發(fā)動機(jī)，但是這種發(fā)動機(jī)的使用條件比較嚴(yán)格，需要對這種發(fā)動機(jī)進(jìn)行簡化，使其能夠滿足船舶的實(shí)際需要。

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