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喷水雾加湿进气减少船用柴油机氮氧化物排放的研究

许乐平  
【摘要】:限制发动机有害排放已经为世界各国所接受,国际社会早已制定相应的法规 对其进行限制,各国也在致力于发展经济的同时.大力开展对有害排气处理和限 制进行研究。船用柴油机作为水路运输的主要动力,减少其有害排放,是目前航 运界关注的重要问题之一。本文主要就扫气箱喷水雾减少船用四冲程柴油机氮氧 化物(NO_x)排放问题作较深入的探讨和研究, 气缸中加水燃烧减少柴油机NO_x排放的方法较为简单、成本较低。但采用此 种方法.应保证进入气缸内的水不会破坏气缸润滑油膜。不应产生非正常磨损: 此外,应确定进入气缸水的数量,保证柴油机缸内完善的燃烧,柴油机的工作指 标和使其他排放特性不受影响。本文设计了扫气箱喷水雾系统,实验证明在与足 够细水雾混合后,即使空气温度较低的状况下,也能够短时间内产生饱和空气。 保证水雾能够在短时间内与扫气箱中空气充分混合,并可避免水直接进入气缸, 本系统具有能耗低、雾化效果好、操作维护简单等特点。通过实机试验证明,达 到预期效果。 通过计算研究,证实柴油机进气加湿实质上是利用水分子吸热量大的性质, 使得燃烧期间缸内温度降低,延缓了NO生成速度。在模拟计算研究NO生成的过 程中,应用多区燃烧模型结合辐射传热模型来进行计算,避免了以往计算中由于 简化假设缸壁温度边界条件过多所带来的计算误差,模拟更加接近实际。考虑到 预测计算主要是缸内NO的形成,而NO主要产生在高于1200K的区域,因此忽 略缸内温度较低的进排气过程和膨胀后期过程计算,使计算机叠代大大简化和收 敛。计算结果基本符合实际状况。在对MAN-BW6L23/30-A船用柴油机模拟计 算研究中得出:在柴油机标定工况时,进气由湿度从30%增加到100%,柴油机 NO排放可减少约12%。 为进一步证实扫气箱喷水雾减少船用四冲程柴油饥NO_x排放的可行性,首次 在与船舶动力装置相同的系统上进行了实验研究。研究结果证明:扫气箱喷水加 湿的方法,能够有效地控制柴油机NO_x排放量。在标定工况下工作时NO_x排放减 少达到13%以上:在扫气箱喷水加湿的情况下柴油机排放特性并没有恶化;柴油 机的工作性能指标没有受到不良影响。并且在相同的功率/转速下,各缸排烟温度


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