天然气燃料在船用发动机中的应用现状分析

燃料 化学式
密度（kg/m3）
柴油 CnH1.8n
527-840
汽油 CnH1.87n
750
低热值（MJ/Kg） 42.5 44.0
辛烷值（RON） —
95
十六烷值
52
—
理论燃空比 （m/m）
着火温度（C）
0.069 250
0.068 280
甲烷 CH4 0.725 45.0 120 — 0.058
12000-18000
M46DF 460/610
L
6/7/8/9
500/514
5400-8100
柴油微引燃技术
天然气着火温度高，不适于传统压燃，柴油微引燃技术解决 了这个问题，即通过微量柴油引燃天然气使之正常燃烧。
英属哥伦比亚大 学Philip Hill教授
西港创新公司
潍柴动力
2011年，吉林大学陈长军做了柴油微引燃缸内直喷技术 的仿真研究。2013年8月，吉林大学高莹等人做了引燃柴油喷
650
氢气 H2 0.09
120.0 130 — 0.029
585
表1.1 柴油、汽油、甲烷和氢气燃料特性比较（标况下）
天然气燃料应用前景分析
排放比较
经济性分析
1.初期投资比较
额外投入部 分
动力装置 燃油系统 安装和布置 总费用
渡船 (5MV/250m3LNG）
3% 4-5% 2-3% 10%
平台供应船 （8MV/200m3LNG）
天然气发动机应用研究现状
1、天然气掺氢技术 2、双燃料发动机 3、柴油微引燃技术 4、稀薄燃烧技术
天然气掺氢发动机
改善纯天然气燃 烧的稀燃特性。
改善排放。
改善着火条件。
船用双燃料发动机
1、低速双燃料发动机 RTX5型（瓦锡兰）、 ME—GI型（曼恩） 2、中速双燃料发动机
制造 商 瓦锡 兰
曼恩
1、双燃料两用发动机作为未来5～10年的研发重点。 2、积极开展LNG发动机的研发和储备。 3、加快LNG燃料基础设施建设。 4、积极进行关于LNG动力船舶的相关规范修订。 5、加大对新建和改造LNG动力船舶的补贴力度。 6、国家进行天然气能源储备。
致谢
射时刻对缸内直喷天然气发动机的影响研究，通过改变引燃 柴油的喷射时刻，对天然气发动机的燃烧过程进行了模拟。
稀燃技术示意图
一是引入大量空 气使得气缸中整 个循环温度降低 ，降低了气缸内 热损失；
二是混合气中空 气比例的增加可 以提高绝热系数 ，从而提高循环 热效率。
发展LNG动力船舶遇到的问题
基础设施不到位。 新建LNG船舶和改造初期投入高。 船舶加气难题未攻克，补给困难。 缺乏统一的标准规范，相关法规有待完善。
卡特 彼勒
目前各主要制造商推出的中速双燃料发动机情况
主机类 型
20DF
缸径/行程 mm
200/280
气缸 排列
L
适配缸数 6/8/9
转速
功率范围kw
1000/1200 841-1584
34DF
3百度文库0/400
L
6/9
720/750
2510-4050
V
12/16
5010-4050
50DF
500/580
L
山东第一艘LNG-柴油混合动力船鲁济宁货2535号在京杭大运河中首行成功， 柴油替代率约70%，排放黑烟减少且机舱噪音明显下降。
中石油及港华燃气公司投建3艘LNG加气泵船。 安徽首艘LNG燃料动力试点船舶红日166轮，顺利取得船舶检修证书，成为 自我国船舶实施LNG燃料动力试点改造以来，首艘取得船检修证书的船舶。
发展受天然气价格影响。
总 结 与 建 议
1)天然气燃料是目前最有潜力的代用燃料之一，具有优良 的使用性能 2)世界各地天然气动力船舶发展迅速，运营情况良好。国 内外运营情况有差异，以挪威为代表的欧洲处于领先地位 ，国内以动力改造为主，也取得了不错的成绩 3)天然气动力船舶前景巨大，能缓解石油危机和废气排放 的压力 4)船用天然气发动机处于高速发展时期，其中双燃料发动 机受到船东青睐。国内外天然气发动机技术差距明显。国 外几大主机厂商占据了天然气发动机的大部分市场，国内 仍处于探索阶段
事件
全球第一套LNG船用燃料系统，通过DNV验收。 建造 两艘49.9 米CNG 动 力集 装箱 船 ， 正式 交付泰国船东 CSG公司并获得 Seatrade创新奖。 长江第一艘以LNG-柴油双燃料拖船武拖轮302号在武汉成功下水试航，柴油 替代率为70%左右。
京杭运河水域第一艘LNG-柴油动力苏货轮1260号3000吨级运砂船试航成功， 柴油替代率平均达60%-70%。该项目被交通部批准为第四批节能减排项目。
背景介绍
前景分析
现状分析
总结与建议
遇到问题
石油资源
背
限制
景 介
废气排放 限制
绍
温室气体
排放
石油资源限制
废气排放限制
国际海事组织（IMO）在MARPOL公约附则VI 中出台了关于氮氧化物（NOx）、硫氧化物（SOx） 、固体颗粒物（PM）的排放标准。
排硫 氮 放氧 氧 限化 化 制物 物
日期
2000年 2010年7月 2012年 2015年 2020年或2025年
排放区燃油含硫量 1.50% 1.00%
0.10%
全球燃油含硫量 4.50% 3.50% 0.50%
温室气体排放
京都议定书
哥本哈根协议
MARPOL附则VI
交通运输部《公路水路交通运输节能减排“十二五”规
划》明确提出与2005年相比，营运船舶单位运输周转量 CO2排放下降16%，其中海洋和内河船舶分别下降17%和 15%”的目标。
3% 2-3% 3-6% 8-12%
滚装船 (5MV/450m3LNG)
2% 5-8% 2-5% 9-15%
2.运营费用比较
2000年 2003年 2006年 2007年 2008年 2009年 2010年 2011年 2012年 2013年
渡船 1艘
1艘 4艘
4艘 4艘 4艘 1艘 5艘
天然气动力船舶运营现状
2000—2013年世界LNG燃料船舶统计
平台供应 拖船 巡逻舰 集装箱 散货船
船
船
2艘
2艘
1艘
1艘 2艘
2艘
1艘
5艘
1艘
油船/化学 品船
1艘
国内运营现状
时间 2009.02 2009.05
2010.08
2010.08
2011.03
2011.01 2011.04
2011.12
2012.03 2013.05
6/8/9
500/514
5500-8755
V
12/16/18
11000-17550
32/40DF 320/400 51/60DF 510/600
L
6/7/8/9
720/750
2400-3600
V 12/14/16/1
4800-7200
8
L
6/7/8/9
500/514
6000-9000
V 12/14/16/1 8
LNG-柴油双燃料动力长迅3号货船在长江重庆航段试航成功，柴油替代率达 到70%，LNG替代柴油的替代比平均可达1:1.05。
我国第一艘天然气游船漓江山水34号在漓江净瓶山下水试航成功。 5000吨级的LNG-柴油混合动力货船红日166号在芜湖试航成功，该船一次可 加注7吨LNG，续航能力达到4000公里，至今正常运行。