柴油-LNG雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)排放特性試驗(yàn)研究.pdf

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1、第44卷第3期船海工程V01．44No．32015年6月SHIP&0CEANENGINEERINGJun．2015DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2015．03，034柴油一LNG雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)排放特性試驗(yàn)研究錢良智(中國船級(jí)社武漢分社，武漢430022)摘要：為研究單點(diǎn)進(jìn)氣雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和排放性能，將一臺(tái)傳統(tǒng)船用發(fā)動(dòng)機(jī)改裝成增壓器后單點(diǎn)進(jìn)氣雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)行原機(jī)和雙燃料模式的負(fù)荷特性對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明，單點(diǎn)進(jìn)氣雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性略有下降，NO排放基本持平，HC和CO排放大幅上升，說明簡單改裝的總管

2、進(jìn)氣雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和排放性能都不具有優(yōu)勢(shì)。關(guān)鍵詞：LNG；柴油；雙燃料；排放中圖分類號(hào)：U664．1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1671-7953(2015)03-0142-04隨著石油資源的日益匱乏，世界各國都在尋統(tǒng)，改裝成柴油／LNG雙燃料混合動(dòng)力。柴油／求理想的發(fā)動(dòng)機(jī)替代燃料；近年來全球環(huán)保意識(shí)LNG雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)具有兩種工作狀態(tài)，兩套燃料逐漸得到增強(qiáng)，對(duì)替代燃料的渴求也越來越強(qiáng)烈。儲(chǔ)存系統(tǒng)。當(dāng)使用柴油／LNG混合燃燒時(shí)，以壓作為世界主要運(yùn)輸方式的承擔(dān)方，航運(yùn)業(yè)已成為燃少量噴入缸內(nèi)的柴油作為“引燃燃料”，LNG作CO的排放大戶

3、。另外，近幾年來，國際海事組織為主要燃料4。。在不適合使用燃?xì)獾那闆r下(IMO)不斷對(duì)船舶有害氣體排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修(如燃?xì)鈬娚溟y斷路、燃?xì)鉁囟葔毫^低或水溫正，也促使船用發(fā)動(dòng)機(jī)制造商想方設(shè)法降低發(fā)動(dòng)過低等)，切斷燃?xì)鈬娚洌⒉裼偷目刂茩?quán)歸還機(jī)的廢氣排放量和有害氣體比例，并明確要求降原機(jī)控制單元。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)可以在純柴油和柴低船用發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的SO和NO比例。在船用柴油／LNG雙燃料兩種模式下工作。目前這種方式油機(jī)眾多替代能源中，LNG是一種潔凈能源，在是內(nèi)河天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的首選方式，因?yàn)楦脑焱耆l(fā)達(dá)國家得到廣泛利用。LNG也是一種易于不

4、影響純柴油模式運(yùn)行的性能，所以操作上具有推廣的替代能源，被公認(rèn)為適應(yīng)未來環(huán)保要求的極強(qiáng)的靈活性，便于在船舶上推廣使用。船舶最佳燃料。目前，我國已有多艘船舶正在進(jìn)2試驗(yàn)裝置行將LNG作為動(dòng)力燃料的改建，為了了解簡單改裝雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和排放情況，選取作為圖1為試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。內(nèi)河船舶動(dòng)力源之一的Z6170柴油機(jī)為主要研究對(duì)象，選取常用的雙燃料進(jìn)氣和控制系統(tǒng)，將常規(guī)柴油機(jī)Z6170改裝成柴油／LNG雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)行排放對(duì)比試驗(yàn)。1原理柴油／LNG混合動(dòng)力，是在不改變?cè)裼蜋C(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，加裝可燃用液化天然氣的混燃系1一發(fā)動(dòng)機(jī)；

5、2空氣濾清器；3-渦輪增壓器：4-中冷器：5-輪；6．水力測(cè)功器；7．u型壓力計(jì)：8-油箱；9-LNG燃料罐：l0．油耗儀；1l+電磁閥：l2．手動(dòng)減壓閥；13-質(zhì)量流量計(jì)：l4．ECU；15-控制臺(tái)：l6．缸壓信號(hào)采集系統(tǒng)；17．排放分析儀：18．油門執(zhí)行器；19．高壓油泉；2O-霍爾傳感器；21．共軌管；22．噴射閥；23．缸壓傳感器：24-轉(zhuǎn)收稿日期：2014—12～24速傳感器；25．角標(biāo)器：26．溫度表；27．溫度傳感器修回日期：2015—01～30圖l試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意基金項(xiàng)目：交通部科技建設(shè)項(xiàng)目(201332881153

6、0)第一作者簡介：錢良智(1960一)，男，學(xué)士，高級(jí)工程師試驗(yàn)所用的柴~$／LNG雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)由一臺(tái)研究方向：船用輪機(jī)產(chǎn)品檢驗(yàn)Z6170柴油機(jī)改裝而成，供氣系統(tǒng)采用增壓器后E-mail：lzqian@ccs．org．cn單點(diǎn)電控噴射進(jìn)氣，其主要技術(shù)規(guī)格見表1。142錢良智：柴油-LNG雙燃料船用發(fā)動(dòng)機(jī)排放特性試驗(yàn)研究船海工程第44卷表1Z6170柴油機(jī)主要技術(shù)規(guī)格1．00％、丙烷(C3H8)0．32％。該成分LNG的低熱型號(hào)Z6170ZLCZ一19值約為49．5MJ／kg，柴油低熱值為42．8MJ／kg。雙輔。立式、直列、空氣中間

7、冷卻、燃料模式當(dāng)量耗油率與純柴油耗油率對(duì)比見圖2。四沖程、廢氣渦輪增壓●缸數(shù)×缸徑×行程6×170mm×200mm●壓縮比／排量14．5／27．2L≥平均有效壓力1．454MPa●最大燃燒壓力13MPa斟震標(biāo)定功率及轉(zhuǎn)速330kW，1000r／min耀燃油消耗率200g／(kW·h)怠速轉(zhuǎn)速400r／rain圖2雙燃料模式當(dāng)量耗油率與純柴油耗油率對(duì)比試驗(yàn)中所用的主要儀器設(shè)備型號(hào)：江蘇啟測(cè)Y880水力測(cè)功器，ECK500發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試控制系統(tǒng)，低負(fù)荷時(shí)的過量空氣系數(shù)較大，缸內(nèi)溫度較發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排放分析儀CAI600。表2為試驗(yàn)所低，不利于天

8、然氣的燃燒，在10％和25％低負(fù)荷用循環(huán)。工況未摻人LNG。在50％、75％和l00％負(fù)荷下，表2恒速輔發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)循環(huán)雙燃料模式的當(dāng)量耗油率均高于柴油機(jī)，上升幅度不超過l0％。3．2NO排放對(duì)比NO排放對(duì)比見圖3。由圖3可見，中低負(fù)荷