环境湿度对船舶主机动力和排放的影响

收稿日期: 2018 – 09 – 25 作者简介: 曾向明 (1979 – ·
舰船科学技术
第 41 卷
1 计算模型介绍与验证
1.1 缸内燃烧的基本方程
1）质量守恒方程
dm dφ
=
dms dφ
+
dme dφ
+gf
dx 。 dφ
式中：m 为喷入气缸燃油质量；mS 为喷入气缸空气质
ZENG Xiang-ming, HE Yong-ming (Merchant Marine College Shanghai Maritime University, Shanghai 201306, China)
Abstract: Large low-speed two-stroke diesel engines have a large number of applications on ships due to their good dynamic performance and low fuel consumption. However, with the deteriorating global environment and the increasing awareness of environmental protection, the ship's main engine has attracted people's attention because of poor fuel quality and relatively low emission control level, which has become important parts of pollution, especially in port cities, and these have become a factor that cannot be ignored. In this paper, GT-POWER is used to establish a one-dimensional simulation model to analyze the influence of ambient humidity on the power and emissions of the ship's main engine. The results show that with the increase of environmental humidity, the peak value of combustion pressure and the peak temperature of the marine diesel engine are reduced, NOx will be greatly reduced in terms of emissions, and Soot will increase.
关键词：船舶主机；GT-POWER；NOx
中图分类号：U664.121.1 文献标识码：A
文章编号： 1672 – 7649(2019)09 – 0085 – 05
doi：10.3404/j.issn.1672 – 7649.2019.09.016
Influence of ambient humidity on power and emission of ship main engine
量；me 为流出气缸尾气质量；gf，kg/cyc 为柴油机的 dx
循 环 喷 油 量 ； dφ 为 燃 烧 速 率 ， 或 者 称 为 放 热 率 。 2）能量守恒方程
2）燃烧过程中，水的存在会导致“水煤气反应” 进而降低 Soot 的排放，其本质是水受热分解为 H 基和 OH 基团，OH 基和 N 的反应较迟钝，且促进 Soot 的氧化。
3）进气湿度的增大会稀释进气氧浓度，可抑制 NOx 的产生，但同时会提高 Soot 的生成[4 – 6]。
本文以 GT-Power 为工具建立船用柴油机的一维模 型，分析不同的进气湿度对柴油机 NOx 和 Soot 排放的 影响。
环境湿度、环境温度以及环境压力都会对柴油机 的燃烧过程产生影响，但是进气湿度对柴油机燃烧和 排放的影响具有较大的影响，且其具有难度低、成本 小、耐久性好、减排潜力可观的优势，是未来船舶柴
油机达到法规的主要技术手段。进气湿度对柴油机燃 烧的影响主要在热效应、化学反应、稀释效应等方面。
1）水的高比热容能降低燃烧温度，水相对湿度的 增加会提高进气的热容值，进而吸收更多的热量降低 燃烧温度，从而减少 NOx 的产生。
第 41 卷 第 9 期 2019 年 9 月
舰船科学技术 SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY
Vol. 41, No. 9 Sep. , 2019
环境湿度对船舶主机动力和排放的影响
曾向明，何永明 (上海海事大学 商船学院，上海 201306)
摘 要: 大型低速二冲程柴油机凭借良好的动力性和低油耗的特点，在船舶上有大量的应用。然而，随着全 球环境的日益恶化和人们环保意识的不断增强，船舶主机因为燃油质量差和排放控制水平相对较低排放出尾气中的 NOx 和 Soot 成为影响大气污染的重要部分，尤其在港口城市中，已经成为不可忽视的因素。本文用 GT-POWER 建 立一维仿真模型，分析环境湿度对船舶主机动力和排放的影响，结果显示随着环境湿度的提高，船舶柴油机的燃烧 压力峰值和温度峰值都有所下降，排放方面 NOx 会大幅降低，Soot 会提高。
Key words: main diesel engine；GT-POWER；NOx
0 引 言
二冲程柴油机在船舶上大量应用，具有低油耗、 高效率的特点，有着良好的经济性和动力性。随着全 球大气污染的加重和人们环保意识的增强，船舶柴油 机的尾气污染引起了大众的广泛关注，IMO 对船舶柴 油机排放提出了更高的要求[1 – 2]。因此，船用二冲程柴 油机的动力性和排放性能成为船舶运营商关注的焦 点，故对柴油机的燃烧排放优化提出了迫切的要求[3]。