【文章內(nèi)容簡介】 完全可以靠電動機向前行駛。現(xiàn)代重工介紹稱，通過采用混合動力方劉凱：輪機工程專業(yè)畢業(yè)論文式的動力體系，可以大幅減少船舶的震動和噪音，而且通過節(jié)省25%左右的燃料，可以取得將二氧化碳年排放量約減少10噸的效果。 新型動力系統(tǒng)研發(fā)動態(tài)瓦錫蘭公司推出“Energopac”舵/槳聯(lián)合系統(tǒng)。這種新型聯(lián)合系統(tǒng)能夠優(yōu)化舵系與螺旋槳之間的協(xié)作，從而提高推進效率。使船舶節(jié)省高達9％的燃油。與傳統(tǒng)動力系統(tǒng)相比。能使船舶的二氧化碳排放量減少20％、氮氧化物排放量減少90％。 船舶發(fā)動機余熱回收系統(tǒng)研發(fā)動態(tài)日本開發(fā)渦輪增壓器發(fā)電系統(tǒng)。此次開發(fā)的系統(tǒng)把用于推進的柴油發(fā)電機的渦輪增壓器與新開發(fā)的高速發(fā)電機相連，將發(fā)動機余熱回收為電能，供船內(nèi)使用，回收的電能相當于一臺用于電力供給的柴油機發(fā)電裝置所發(fā)電量。此外，使用該系統(tǒng)，%，還可減少燃料的消耗[4]。船舶動力裝置典型節(jié)能減排措施分析 柴油機排氣與冷卻水余熱的再利用燃油在氣缸內(nèi)燃燒后的熱量大部分被排氣和冷卻水帶走，只有小部分熱量得以充分利用。因此，對于我國龐大的遠洋運輸船隊來說，節(jié)能領(lǐng)域是大有作為的。對這些可用熱量的有效利用，現(xiàn)在最為普遍的就是廢氣鍋爐以及主機暖缸利用冷卻水熱量，燃氣透平也是利用主機排氣廢熱。1）增設(shè)熱管鍋爐對主機排氣進行二次回收。眾所周知，柴油機具有較高的排氣溫度，二沖程增壓、橫流掃氣排氣溫度為270～310℃，增壓、直流掃氣為360～380℃。由于遠洋系統(tǒng)大部分為二沖程柴油機，僅以此為例予以說明。在理論上，船舶柴油機排氣余熱的溫度在吸收利用時其溫度可降低到環(huán)境溫度。大家都知道，主機排氣通過廢氣鍋爐后，排氣溫度由原來的360～380℃下降到260～280℃，這個溫度離露點(假如為180℃，有時還要低)還有100℃左右溫度可利用?，F(xiàn)在假設(shè)在遠洋船舶的每個廢氣鍋爐之后增設(shè)一熱管鍋爐，對柴油機的排氣余熱進行二次回收，使排氣溫度降到180℃左右。用這些回收的熱量加熱燃油以及供船員日常生活用氣是非常富裕的，并可避免冬季單靠廢氣鍋爐供熱有時不能滿足船舶正常需要的供熱量。熱管鍋爐由氣水管及煙道箱組成。它是利用熱管作為傳熱元件來回收船舶主機排氣余熱的。由于熱管的傳熱效率高，熱敏度高，劉凱：輪機工程專業(yè)畢業(yè)論文又結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠，使其具有重量輕、體積小、蒸發(fā)量大等特點。這是其它型式的廢氣鍋爐無法比擬的。2）采用主機冷卻水熱損失來加熱日用油柜的燃油。主機冷卻水溫度一般都在60～75 ℃，屬于低品熱能。一般的遠洋船舶都是利用各種型式的冷卻器對主機冷卻，進行熱量交換，把其熱量帶走，白白的浪費掉這部分熱能。這樣既增加了船用設(shè)備，又增加了海水泵的功率消耗。假如采用主機冷卻淡水加熱日用油柜(設(shè)計一個比較完備的循環(huán)系統(tǒng))，使燃油吸收冷卻水的熱量而進行預(yù)熱，這不僅可減少加熱主機日用燃油的蒸汽耗量，而且通過這個所謂的燃油—淡水熱交換器后，使淡水溫度先行下降，再通過淡水冷卻器對其進一步冷卻，可提高其冷卻效果。相對而言其結(jié)構(gòu)復(fù)雜了，可在達到同樣冷卻效果的前提下對淡水冷卻器的要求相對低些[5]。 提高船舶動力裝置的效率船舶動力裝置包括主、輔機和傳動軸系與設(shè)備等。因此，要提高整個動力裝置的效率需從各個方面采取有效的措施。1）優(yōu)選主機。由于柴油機技術(shù)的發(fā)展，無論是低速、中速或高速柴油機其耗油率均有較大幅度的降低，但各種機型間的差別也是明顯存在的。因此，在建造船舶時應(yīng)根據(jù)船舶具體情況，選擇性能穩(wěn)定，經(jīng)濟性好的主機。由于主機的能耗在整個動力裝置中所占的比例最大，因而主機的優(yōu)選對提高動力裝置的效率影響最大。目前柴油機主機趨向低轉(zhuǎn)速、長沖程，其目的主要是降低耗油率，同時該類主機與低速大直徑螺旋槳匹配效果較好。節(jié)能型大功率主機主要是降低耗油率，燒重質(zhì)燃油或代用燃料，提高船舶營運經(jīng)濟性。2）主發(fā)電機燃燒劣質(zhì)油。主發(fā)電機燃燒與主機相同的重質(zhì)燃油，實現(xiàn)了燃用單一品種油，使機艙布置和管路布置大大簡化，減少維修工作量。同時也節(jié)約燃油開支。3）優(yōu)化船、機、槳的配合特性。由于船舶實際航行情況比較復(fù)雜，而外界條件(裝載、海況、污底等)又經(jīng)常變化。同時，船、機、槳本身的技術(shù)狀態(tài)也會改變，從而使三者的配合特性發(fā)生變化，使它們的技術(shù)經(jīng)濟指標偏離設(shè)計工況，影響能量轉(zhuǎn)換的完善程度，為此，使用管理人員應(yīng)在船舶運行中清楚地了解各種特性并經(jīng)常調(diào)整運行點，使其處于最佳狀態(tài)下運行，達到節(jié)能的目的。4）提高傳動效率。從主機到螺旋槳的傳動效率取決于傳動方式和傳動軸及設(shè)備的效率，因此，應(yīng)采取下列措施：（1）盡可能采用直接傳動。劉凱：輪機工程專業(yè)畢業(yè)論文（2）如采用間接傳動，應(yīng)提高傳動設(shè)備(如減速裝置、聯(lián)軸節(jié)等)的效率。（3）保證傳動軸系的對中良好。（4）采用高效的軸封裝置，減少軸封對漏油及傳動效率的影響。5）采用主機軸帶發(fā)電機。由于柴油機在部分負荷工作時，其經(jīng)濟性較差，耗油率增加。當某些船舶較長時間處于部分負荷工作時，可采用主機軸帶發(fā)電機，這樣，不僅可使主機工作在效率高的運行區(qū)域，提高效率，而且有可能減少柴油發(fā)電機組的數(shù)目[6]。 廢氣處理技術(shù)1）降低微粒的新技術(shù)。目前最普遍的方法是在排氣管上加裝一個微粒捕獲器，用來捕獲廢氣中的微粒，并在一定的工況或條件下加以清潔，使微粒捕獲器得到再生。就目前而言，再生的方法有很多，但受捕獲器材料、工藝等的限制，捕獲器再生的可靠性不能很好地保證。還需要廣泛地研究。還有其它的技術(shù)也在廣泛深入地研究，如:靜電捕獲技術(shù)、旋風分離PM技術(shù)、燃油添加劑技術(shù)。但這些技術(shù)離實用仍有不小的距離。2）降低NOx的新技術(shù)。就目前的技術(shù)水平而言，在降低柴油機的NOx方面，只有采用在排氣中加入還原劑與NOx 進行還原反應(yīng)的方法。還原NOx的方法有:選擇非催化還原、非選擇催化還原和選擇催化還原。目前國外進入實用化的技術(shù)包括選擇催化還原技術(shù)和NOx吸附催化技術(shù)。目前采用的還原劑是：氨和尿素。 螺旋槳新技術(shù)推進效率是影響船舶航速的主要因素。欲提高船舶航速可在降低船舶阻力、提高推進效率、合理增大船主機功率等諸多方面采取有效措施，提高推進效率的措施有以下幾個方面: 1）設(shè)計低轉(zhuǎn)速大直徑螺旋槳增大螺旋槳直徑且降低轉(zhuǎn)速，可提高螺旋槳敞水效率，使推力減額因數(shù)增加以及增大伴流分數(shù)，提高船身效率。因此，設(shè)計低轉(zhuǎn)速大直徑螺旋槳，與其優(yōu)配最佳船尾形狀是船舶節(jié)能的重要措施之一。對于高速船舶，設(shè)計安裝低轉(zhuǎn)速大直徑螺旋槳，可獲取最佳的船舶推進效率。2）采用內(nèi)旋槳國內(nèi)研究雙尾船配內(nèi)旋槳表明，采用內(nèi)旋槳的船身效率比外旋槳的提高約20%左右。對于MAU 型和B型螺旋槳而言，%左右，旋轉(zhuǎn)效率提高3%～5%。其機理主要是產(chǎn)生一種反槳效應(yīng)，因為內(nèi)旋螺旋槳與來流流入槳盤的切向速度方向相反，則螺旋槳的轉(zhuǎn)速相對于水流的旋轉(zhuǎn)速度增加，導(dǎo)致螺旋槳推力劉凱：輪機工程專業(yè)畢業(yè)論文增大，從而提高船舶推進效率。若巧妙設(shè)計最佳的船尾形狀，更好地改善伴流場，提高伴流分數(shù)值，降低推力減額分數(shù)值，使螺旋槳處于穩(wěn)定高伴流區(qū)工作，則船舶推進效率的提高會更加顯著。3）采用高效螺旋槳——PBCF裝置國外研究的一種PBCF裝置，在螺旋槳軸套蓋上設(shè)有鰭，鰭的數(shù)量與螺旋槳葉數(shù)相同，形狀不一，與船尾形狀有關(guān)。PBCF裝置的主要作用是降低螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的渦流，以降低旋渦阻力。此裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，費用低等優(yōu)點。適用于各類船舶，尤以安裝在螺旋槳螺距較大的船上效果更佳。4）采用船舶助推輪裝置船舶助推輪裝置是一種回收螺旋槳旋轉(zhuǎn)尾流的裝置，它可將一部分尾流能量轉(zhuǎn)換為船舶前進的附加推力。該裝置采用滾柱軸承支撐安裝在螺旋槳軸的末端，在螺旋槳尾流的作用下，可自由地在槳軸上轉(zhuǎn)動，以產(chǎn)生附加推力，從而提高船舶推進效率。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝、改裝、拆卸和維修保養(yǎng)。 VIT技術(shù)柴油機的效率與最高燃燒爆發(fā)壓力有關(guān)，爆壓上升則燃油消耗率下降。當代柴油機的爆壓已達13~15MPa，甚至18MPa。由于結(jié)構(gòu)、材料等多種因素的制約，柴油機的爆壓不可能無限提高。而且，如此高的爆壓通常只有在額定負荷時才能達到，而在部分負荷時，因供油量減少，最高燃燒壓力也隨之降低，經(jīng)濟性相應(yīng)下降。VIT機構(gòu)（即可變噴油定時機構(gòu)）的實質(zhì)是：保證變負荷時，油泵自動調(diào)整供油提前角，使柴油機在部分負荷時有較高的爆壓，在高負荷運行時最高燃燒壓力不超過額定值，有效地改善了柴油機運轉(zhuǎn)時的經(jīng)濟性[7]。 采用電子噴油系統(tǒng)裝置電子噴油系統(tǒng)裝置采用微機控制，可即時將柴油機工況的各類參數(shù)，如主機轉(zhuǎn)速、曲軸轉(zhuǎn)角、燃油燃燒壓力、掃氣泵壓力以及排氣溫度等數(shù)值輸入微機進行綜合分析處理，從而得出最佳的噴油壓力和提前角以及噴油量，實現(xiàn)燃油在氣缸內(nèi)的燃燒過程的最佳控制，達到節(jié)能效果。 優(yōu)化機艙布置及改善主機進氣環(huán)境機艙布置應(yīng)首先滿足總體布局，機電及其輔機布置合理，既便于操縱，又易于維修。同時，機艙周圍環(huán)境應(yīng)滿足柴油機進氣的需求，可及時進氣擾動，以使主機進氣充足，燃燒良好，排氣順暢。換氣良好，燃料燃燒充分，從而達到節(jié)能減排的目的。劉凱：輪機工程專業(yè)畢業(yè)論文 采用EGR廢氣再循環(huán)技術(shù)廢氣再循環(huán)在技術(shù)成本增加較少的情況下，可以有效抑制NOx的生成，受到了廣泛重視。廢氣再循環(huán)(EGR)是通過回引部分廢氣與新鮮空氣共同參與燃燒反應(yīng)，利用廢氣中含有大量化學(xué)惰性氣體(CONH2O等)具有較高的比熱這一特性來降低NOx的生成。因為NOx 的生成條件是高溫富氧，而廢氣的引入一方面使混合氣熱容量增大，造成使相同量的混合氣升高同樣溫度所需熱量增加，從而降低最高燃燒溫度；另一方面廢氣對新鮮充量的稀釋也相應(yīng)降低了氧的濃度，從而有效地抑制NOx的生成。EGR與其它技術(shù)相結(jié)合是改善發(fā)動機整體性能的總的發(fā)展趨勢。采用氧化催化劑與EGR反饋控制能同時改善PM和NOx；采用高壓共軌噴油系統(tǒng)，結(jié)合高EGR率可使NOx和煙度同時大幅下降；改進燃燒系統(tǒng)和冷卻EGR可進一步降低NOx排放[8]。 加強維護保養(yǎng)通過研究和實踐，技術(shù)節(jié)能有效降低船舶燃油消耗，已被大家所認同，并已廣泛應(yīng)用在船舶節(jié)能工作中。但是船舶節(jié)能減排是一項系統(tǒng)工程，在注重技術(shù)節(jié)能的同時還應(yīng)加強船舶管理，把節(jié)能減排的基礎(chǔ)性工作做好。機電設(shè)備是船舶油料最直接的消耗者，抓好機電設(shè)備的維護保養(yǎng)，確保機電設(shè)備的工況，充分挖掘節(jié)能降耗潛力，首先要使柴油機保持良好的工作狀態(tài)?？梢詮囊韵聨讉€方面著手：1）調(diào)整最佳噴油提前角。每一種柴油機都有一個最佳噴油提前角，在維護保養(yǎng)時，要注意檢查和調(diào)整各缸的供油提前角，使其處于最佳供油位置。2）保持進排氣系統(tǒng)的通暢，定期調(diào)整氣閥間隙。3）定期檢查調(diào)整供油定時和噴油壓力，確保其在規(guī)定范圍內(nèi)。4）保持燃燒室組件之間的適宜間隙。5）保持潤滑系統(tǒng)的順暢。潤滑系統(tǒng)不順暢會使機械磨損加劇，增加油耗。6）保證足夠的新鮮空氣供給量?，F(xiàn)代柴油機大都采用廢氣渦輪增壓，若空氣通道堵塞，如臟污、結(jié)炭、變形等，都會因流阻增大，使增壓壓力下降，影響掃氣效果，導(dǎo)致燃燒不良油耗增加，嚴重時還會引起喘振。7）保持操作系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)處于良好技術(shù)狀態(tài)，將大大提高機械效率，從而降低油耗。船舶動力裝置節(jié)能減排技術(shù)的展望 新型油料節(jié)能技術(shù)燃油添加劑滲入到柴油中，對柴油起催化、氣化作用，使柴油在氣缸中充分燃燒，劉凱：輪機工程專業(yè)畢業(yè)論文減少黑煙，達到節(jié)省油量。新的添加劑技術(shù)主要有鈉米技術(shù)和核磁共振技術(shù)。1）鈉米技術(shù):在反應(yīng)瓶中加入一定量的金屬鈉米微粒和表面活性劑，加入適量溶劑，在一定條件下反應(yīng)1～2h，并經(jīng)處理后即可得到表面修飾金屬鈉米微粒添加劑。%質(zhì)量分數(shù)加入柴油中，能顯著提高燃料燃燒效率5~%，～%，效果良好；2）核磁共振技術(shù):該技術(shù)利用核磁共振處理異辛酸稀土活性復(fù)合物，提高該活性物質(zhì)的催化活性，作為添加劑，實驗表明可提高柴油燃燒效率，節(jié)油可達2~5%，并能降低有害排放。隨著科技的發(fā)展，燃油添加劑技術(shù)將不斷進步，不斷適應(yīng)節(jié)能減排大環(huán)境的需求。 開發(fā)代用燃料發(fā)達國家的經(jīng)濟主要依賴于油基燃料，而油基燃料的獲得是有限的，容易出現(xiàn)短缺，許多科學(xué)家已經(jīng)考慮到原油的儲存量、燃油的生產(chǎn)和原油的消耗等。未來的船