氢氧减排技术在船用柴油机中的应用

2020-06-23 03:28:48 中国水运 2020年5期

黄斌华

摘 要:近些年来,随着我国航运事业的迅速发展,船用柴油机的尾气排放也带来了严重的空气污染。柴油机排放尾气中的碳氢化合物、CO及 PM2.5颗粒悬浮物等污染气体,都是燃烧不完全造成的。氢氧减排技术,是利用电能将蒸馏水电解出氢、氧气,注入到柴油机进气系统,利用氢气速燃特性以及氧气助燃的特点,提升柴油机燃烧速率,使燃油达到充分燃烧,从而减少黑烟颗粒物,降低燃油消耗,减少积碳产生,延长柴油机寿命。

关键词 :氢氧减排技术;电解水;助燃;柴油机;减排;节能

中国航运资源非常丰富,随着经济的快速发展,我国海运吞吐量排名常年位居世界首位,但发达的水运业也带来了严重的空气污染。经相关研究院测算结果显示,一条中大型船舶用七成负荷航行一天,其船上柴油机产生的 PM2.5污染物,相当于二十一万辆“国四”标准重货车的PM2.5排放量。随着空气污染治理进入新的阶段,我国海事部门对船舶空气污染防治的力度也日益增加。

以氢氧减排技术为代表的尾气前处理技术,在船舶大气污染治理方面大有可为。该技术能有效减少碳氢化合物、CO及 PM2.5颗粒悬浮物等污染的产生,同时也能减少设备油耗,还能有效减少柴油机内燃烧室积碳的产生,使柴油机的使用寿命相应增加。

1氢氧减排技术的减排原理

众所周知,船用燃油的碳链相对较长、粘度较大,与新鲜空气的混合情况较差,因此容易造成燃油燃烧不充分,未燃烧的燃油以碳氢化合物、CO及PM2.5颗粒悬浮物的形式从排烟中排放,而这也是空气污染的重要污染源。

氢氧减排技术利用电能将蒸馏水电离分解成氢气和氧气,经安全隔离器及管路将氢氧输送到柴油机进气系统,送到柴油机的燃烧室内与燃油同时燃烧做功。氢气会使火焰传播迅速,使得更多的燃油在动力冲程中被燃烧干净。氧气助燃,提高了燃烧效率。加入氢气和氧气后燃油的燃烧急剧增加,柴油机尾气中的碳氢化合物、CO及PM2.5颗粒悬浮物等污染物也被完全燃烧干净。所以,氢氧减排技术能从根源上减少有害尾气的生成。

2氢氧减排技术的节能原理

电解水本身是耗能的,它消耗了小部分电能,所电解产生的氢氧气,帮助原本没有充分燃烧而排放掉的燃料得到充分燃烧,将从前端就将尾气排放的污染物转化成动能,原先不能充分燃烧的燃料也重新变成了柴油机的动能,提高了燃油的效率。其中氢气是一种高效的能源,在缸体内进行燃烧可增加动力,氢气作为燃料代替部分燃油的供给。所以,氢氧减排技术直接降低了燃油成本,有明显节能效果。

3氢氧减排技术的安全性

电解水装置的工作温度只有60到80度,低于着火点。氢氧气即产即用,不储存,没有隐患。氢气是一种易燃易爆的气体,爆炸极限浓度在4%-75%之间,如果其浓度低于或者高于此范围则在常压下不可燃烧或者爆炸。实际应用中,进入到柴油机内的氢气浓度一般都低于1%,远低于4%的爆炸极限值。满足设备在任何情况下都能稳定使用,并使助燃装置与不同品牌、排量、工况下的柴油机相匹配,保证电解水助燃装置产生合适的氢氧量,帮助燃油充分燃烧。

遇突发情况助燃装置自动停机、柴油机恢复原有工况,设备配有过载保护器,电流变化不会导致设备损坏。柴油机开启后装置同时开始工作,停车后装置同时停止工作。柴油机运行中,随时可以关掉设备,不影响柴油机运行安全。现在市场上比较成熟的氢氧减排设备都具有防爆、防冻、防热、防回火等功能,在任何情况下装置故障也不会造成危害。

4氢氧减排技术的经济性

(1)节省燃油消耗。据统计,使用氢氧减排技术后,重型卡车节油5%-10%,中小型车节油20%左右。由于氧气的输入使原来的燃油获得更充分的燃烧,增加了燃油的使用效率。而氢气是一种环保高能燃料,燃烧热能比汽油柴油都高,是汽油燃烧热能的3倍,氢气的注入就是增加了燃料,节省燃油的消耗,从而起到节油降耗的目的。

(2)延长柴油机使用寿命,节约维护费用。因为柴油机性能不好或者油品质量不好,燃油不能充分燃烧,一则造成排气污染,另一则造成发电机燃烧室积碳。氢氧减排技术作为前端治理技术,利用氢气燃烧速率快以及氧气助燃的特点,提升柴油机燃烧速率,燃油达到充分燃烧,同时也可将设备内部的积碳燃烧清理干净。机油更换时间也可以适当延长,从而减少机油损耗。由于设备一直处在良好的工作状态,这样可以延长柴油机的使用寿命。

(3)氢氧减排设备性价比高,后期维护成本极低。节能降耗省下的钱,设备成本可以在一到两年内收回。船东短期可收回投資,相当于免费设备,一次投入,长期受益。

5结束语

氢氧减排技术目前在柴油机上已经有了成熟的应用,为蓝天保卫战做出了突出的贡献。作为尾气前处理技术的代表,既能减少柴油机对大气的污染,同时还能为船东节省油耗、延长设备使用寿命,适合在船用柴油机上广泛使用。想要做好大气污染的防治工作,减少船用柴油机的尾气排放势在必行,减少对大气的污染也是船舶企业应尽的社会责任。

参考文献:

[1]1孙彦华.进气掺氢及二甲醚对柴油机燃烧与排放影响的数值模拟研究[D].大连理工大学,2014.

[2] 刘东宇.船舶柴油机废气模拟系统的设计与测试[D].大连海事大学,2014.

[3] 王虎.船舶柴油机排放和控制技术介绍[J].内燃机与配件,2013(8).