天然氣燃料在船用發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

1、背景介紹前景分析現(xiàn)狀分析遇到問題總結(jié)與建議背景介紹石油資源限制廢氣排放限制溫室氣體排放石油資源限制廢氣排放限制 國(guó)際海事組織（IMO）在MARPOL公約附則VI中出臺(tái)了關(guān)于氮氧化物（NOx）、硫氧化物（SOx）、固體顆粒物（PM）的排放標(biāo)準(zhǔn)。 日期排放區(qū)燃油含硫量全球燃油含硫量2000年1.50%4.50%2010年7月1.00%2012年3.50%2015年0.10%2020年或2025年0.50%氮氧化物硫氧化物排放限制 交通運(yùn)輸部公路水路交通運(yùn)輸節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃明確提出與2005年相比，營(yíng)運(yùn)船舶單位運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量CO2排放下降16%，其中海洋和內(nèi)河船舶分別下降17%和15%”的目標(biāo)。京

2、都議定書哥本哈根協(xié)議 MARPOL附則VI溫室氣體排放燃料柴油汽油甲烷氫氣化學(xué)式CnH1.8nCnH1.87nCH4H2密度（kg/m3）527-8407500.7250.09低熱值（MJ/Kg）42.544.045.0120.0辛烷值（RON）95120130十六烷值52理論燃空比（m/m）0.0690.0680.0580.029著火溫度（C）250280650585表1.1 柴油、汽油、甲烷和氫氣燃料特性比較（標(biāo)況下）天然氣燃料應(yīng)用前景分析排放比較經(jīng)濟(jì)性分析 1.初期投資比較額外投入部分渡船(5MV/250m3LNG）平臺(tái)供應(yīng)船（8MV/200m3LNG）滾裝船(5MV/450m3LNG)

3、動(dòng)力裝置3%3%2%燃油系統(tǒng)4-5%2-3%5-8%安裝和布置2-3%3-6%2-5%總費(fèi)用10%8-12%9-15%2.運(yùn)營(yíng)費(fèi)用比較天然氣動(dòng)力船舶運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀20002013年世界LNG燃料船舶統(tǒng)計(jì) 渡船平臺(tái)供應(yīng)船拖船巡邏艦集裝箱船散貨船油船/化學(xué)品船2000年1艘 2003年 2艘 2006年1艘 2007年4艘 2008年 2艘 2009年4艘 1艘 2010年4艘 1艘2艘 2011年4艘2艘 1艘1艘2012年1艘5艘 1艘 2013年5艘 國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀時(shí)間事件2009.02全球第一套LNG船用燃料系統(tǒng)，通過DNV驗(yàn)收。2009.05建造兩艘49.9米CNG動(dòng)力集裝箱船，正式

4、交付泰國(guó)船東CSG公司并獲得Seatrade創(chuàng)新獎(jiǎng)。2010.08長(zhǎng)江第一艘以LNG-柴油雙燃料拖船武拖輪302號(hào)在武漢成功下水試航，柴油替代率為70%左右。2010.08京杭運(yùn)河水域第一艘LNG-柴油動(dòng)力蘇貨輪1260號(hào)3000噸級(jí)運(yùn)砂船試航成功，柴油替代率平均達(dá)60%-70%。該項(xiàng)目被交通部批準(zhǔn)為第四批節(jié)能減排項(xiàng)目。2011.03LNG-柴油雙燃料動(dòng)力長(zhǎng)迅3號(hào)貨船在長(zhǎng)江重慶航段試航成功，柴油替代率達(dá)到70%，LNG替代柴油的替代比平均可達(dá)1:1.05。2011.01我國(guó)第一艘天然氣游船漓江山水34號(hào)在漓江凈瓶山下水試航成功。2011.045000噸級(jí)的LNG-柴油混合動(dòng)力貨船紅日166號(hào)在

5、蕪湖試航成功，該船一次可加注7噸LNG，續(xù)航能力達(dá)到4000公里，至今正常運(yùn)行。2011.12山東第一艘LNG-柴油混合動(dòng)力船魯濟(jì)寧貨2535號(hào)在京杭大運(yùn)河中首行成功，柴油替代率約70%，排放黑煙減少且機(jī)艙噪音明顯下降。2012.03中石油及港華燃?xì)夤就督?艘LNG加氣泵船。2013.05安徽首艘LNG燃料動(dòng)力試點(diǎn)船舶紅日166輪，順利取得船舶檢修證書，成為自我國(guó)船舶實(shí)施LNG燃料動(dòng)力試點(diǎn)改造以來(lái)，首艘取得船檢修證書的船舶。天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用研究現(xiàn)狀1、天然氣摻氫技術(shù)2、雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)3、柴油微引燃技術(shù)4、稀薄燃燒技術(shù)改善純天然氣燃燒的稀燃特性。 改善排放。改善著火條件。1、低速雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī) R

6、TX5型（瓦錫蘭）、 MEGI型（曼恩）2、中速雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)天然氣摻氫發(fā)動(dòng)機(jī)船用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)制造商主機(jī)類型缸徑/行程mm氣缸 排列適配缸數(shù)轉(zhuǎn)速功率范圍kw瓦錫蘭20DF200/280L6/8/91000/1200841-1584 34DF340/400L6/9720/7502510-4050V12/165010-405050DF500/580L6/8/9500/5145500-8755V12/16/1811000-17550曼恩32/40DF320/400L6/7/8/9720/7502400-3600V12/14/16/184800-720051/60DF510/600L6/7/8/9500

7、/5146000-9000V12/14/16/1812000-18000卡特彼勒M46DF460/610L6/7/8/9500/5145400-8100 目前各主要制造商推出的中速雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)情況柴油微引燃技術(shù)英屬哥倫比亞大學(xué)Philip Hill教授西港創(chuàng)新公司濰柴動(dòng)力 2011年，吉林大學(xué)陳長(zhǎng)軍做了柴油微引燃缸內(nèi)直噴技術(shù)的仿真研究。2013年8月，吉林大學(xué)高瑩等人做了引燃柴油噴射時(shí)刻對(duì)缸內(nèi)直噴天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的影響研究，通過改變引燃柴油的噴射時(shí)刻，對(duì)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過程進(jìn)行了模擬。天然氣著火溫度高，不適于傳統(tǒng)壓燃，柴油微引燃技術(shù)解決了這個(gè)問題，即通過微量柴油引燃天然氣使之正常燃燒。稀燃技術(shù)示

8、意圖一是引入大量空氣使得氣缸中整個(gè)循環(huán)溫度降低，降低了氣缸內(nèi)熱損失；二是混合氣中空氣比例的增加可以提高絕熱系數(shù)，從而提高循環(huán)熱效率。發(fā)展LNG動(dòng)力船舶遇到的問題基礎(chǔ)設(shè)施不到位。新建LNG船舶和改造初期投入高。船舶加氣難題未攻克，補(bǔ)給困難。缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，相關(guān)法規(guī)有待完善。發(fā)展受天然氣價(jià)格影響?？偨Y(jié)與建議1、雙燃料兩用發(fā)動(dòng)機(jī)作為未來(lái)510年的研發(fā)重點(diǎn)。2、積極開展LNG發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)和儲(chǔ)備。3、加快LNG燃料基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。4、積極進(jìn)行關(guān)于LNG動(dòng)力船舶的相關(guān)規(guī)范修訂。5、加大對(duì)新建和改造LNG動(dòng)力船舶的補(bǔ)貼力度。6、國(guó)家進(jìn)行天然氣能源儲(chǔ)備。1)天然氣燃料是目前最有潛力的代用燃料之一，具有優(yōu)良的使用性能2)世界各地天然氣動(dòng)力船舶發(fā)展迅速，運(yùn)營(yíng)情況良好。國(guó)內(nèi)外運(yùn)營(yíng)情況有差異，以挪威為代表的歐洲處于領(lǐng)先地位，國(guó)內(nèi)以動(dòng)力改造為