船舶柴油机节能减排技术的运用分析

摘要在当今能源能源日益枯竭，全球气候变暖，为了促进低碳经济的发展，节能减排已成为国际社会的共同责任。船舶运输是石油消费的重点行业，也是温室效应气体和大气污染排放的重要来源之一。因此，加强船舶节能减排是缓解能源环境压力的必然选择之一。通过对船舶柴油机节能减排的技术分析，得出了关于尾气处理技术较好的处理方法是海水洗涤法、选择性催化还原（SCR）技术、微粒捕集器（DPF）技术相结合最为科学可行，利用废气锅炉以及造水机等技术充分利用排气废热和冷却水废热，使用低硫燃油或新能源燃料改善燃烧以及排放，使用高增压进气使燃油燃烧完全，使用电控高压共轨燃油喷射技术进行喷油，使用可变喷油定时技术、主机降功率节能减排技术、轴带发电机技术，也可以达到不同程度的节能减排效果。关键词：船舶柴油机，节能，减排

AbstractNowadays,energysourcesareincreasinglyexhausted,globalclimatewarming,promotingthedevelopmentoflow-carboneconomy,energyconservationandemissionreductionhasbecomethecommonresponsibilityoftheinternationalcommunity.Shiptransportationisthekeyindustryofoilconsumption,andalsooneoftheimportantsourcesofgreenhousegasesandairpollutionemissions.Therefore,strengtheningshipenergyconservationandemissionreductionisoneoftheinevitablechoicestorelievethepressureofenergyandenvironment.Basedonthetechnicalanalysisofenergysavingandemissionreductionofmarinedieselengine,itisconcludedthatthebettertreatmentmethodoftailgasisthecombinationofseawaterwashingmethod,SCRtechnologyandDPFtechnologyImproveemissionsandcombustion,usehigh-pressureairintaketomakefuelcombustioncomplete,useelectroniccontrolhigh-pressurecommonrailfuelinjectiontechnologyforfuelinjection,usevariableinjectiontimingtechnology,hostpowerreductionenergysavingandemissionreductiontechnology,shaftgeneratortechnology,canalsoachievedifferentdegreesofenergysavingandemissionreductionresults.Keywords:Marinedieselengine,Energyconservation,Emissionreduction

目录TOC\o"1-3"\h\u32264第1章绪论 图1.1运输一吨货物不同运输方式排放一公斤二氧化碳的运输距离（km）在环境恶化、能量利用不足等背景下节能减排现在成为了全社会共同关注的话题，在一些国家，节能减排已经成为了基本国策，节能减排技术也成为了世界技术部门的研究重点。船舶柴油机节能减排技术运用分析的背景是海洋运输需要降低成本、全球气候变暖恶化、国际节能公约和排放控制法规的建立和实施以及高油价推动的低碳经济使新的船舶节能减排技术研发并投入使用。1.2船舶柴油机节能减排技术简介根据国际海事组织（IMO）展开的调查以及推测可以看出船用柴油机需要节能和减排并行推动，油价的升高导致经营公司需要降低油耗，而环境恶化需要船舶柴油机减少污染物的排放，到了2020年，船舶的碳排放的污染会占据全球的5%左右，排放量会达到14亿吨[[]冯明志.船舶柴油机减排新形势与技术发展[J].[]冯明志.船舶柴油机减排新形势与技术发展[J].船舶轮机,2009,33(4):34－41.1.2.1废气处理技术在船舶柴油机使用当中，燃烧室中会进入过量的空气，过量的空气会使燃油中的碳氢化合物燃烧完全，所以废气中的污染物不会有超标的一氧化碳（CO）和过量的碳氢化合物，所以废气中的污染物主要以硫氧化合物、氮氧化物和微粒（PM）[[]孙未,罗勇.船舶柴油机的节能减排技术运用[J].化工设计通讯,2019,45(06):220+222.][]孙未,罗勇.船舶柴油机的节能减排技术运用[J].化工设计通讯,2019,45(06):220+222.（1）降低硫氧化物的技术。在柴油机的燃料过程中，燃烧室会进入过量的空气与燃油燃烧，这样会使燃油中的硫元素燃烧生成二氧化硫与三氧化硫，且燃油中的硫含量越高，生成的二氧化硫与三氧化硫就越多[[]刘海明,张体伟,张雷.船舶柴油机节能减排技术发展探讨[J].科技与企业,2015(19):117.]，所以控制硫氧化物[]刘海明,张体伟,张雷.船舶柴油机节能减排技术发展探讨[J].科技与企业,2015(19):117.（2）降低氮氧化物的技术。控制氮氧化物一般有两种方法，一种是对燃油进行预处理，例如乳化燃油或直接使用低氮燃油，其中乳化燃油的机理是对燃油用超声波或搅拌形成乳化的油滴，油滴在温度急剧上升时会发生微爆，形成更小的油滴，从而改进燃烧降低氮氧化物的排放；第二种是进行废气处理，目前处理效果较好的是SCR脱硝技术[[]周锋,王大庆.浅谈尿素法SCR烟气脱硝技术[J].科学技术创新,2019(28):52-53.][]周锋,王大庆.浅谈尿素法SCR烟气脱硝技术[J].科学技术创新,2019(28):52-53.（3）降低微粒（PM）的技术，船舶柴油机尾气中很大一部分都是微粒，众所周知微粒的排放会对环境和人体造成不可挽回的伤害，降低微粒排放现在主要是用机内控制和机外控制两种方法，机内控制是通过喷油压力控制等技术，使燃油燃烧完全以此减少微粒排放；机外控制主要用排气管中加装微粒捕获器的方法进行捕获，并进行冲洗重复利用，冲洗利用后并不能充分保证微粒捕获器的可靠性，并且会使柴油机排气背压升高，导致功率降低。1.2.2废热利用技术船舶柴油机在燃烧后产生的热量，绝大部分是由冷却水以及废气带走的，这部分能量可以被利用于冷却水加热用来暖缸、废气锅炉等，一般利用此部分能量的主要方法：利用柴油机冷却水热损失加热燃油日用柜、设置热管锅炉对船舶柴油机废气热量进行利用。但是在主机不同负荷产生的热量也是有变化的，加上污染物露点的限制，废热回收的设备成本比较大，废热利用技术的经济性不高。1.2.3螺旋桨技术提高船舶柴油机的推进效率也是船舶柴油机节能减排的措施，提高推进效率就是提高主机功率的利用率，目前提高船舶柴油机推进效率是将螺旋桨的直径增大，降低船舶柴油机的转速，并与船尾进行科学的搭配，就能得到最佳的船舶柴油机推进效率。1.2.4废油回收技术柴油机的废油来自于机器部件、燃油滑油管路泄漏，船舶上的废油都会集中在废油箱中储存，再经过焚烧，但是废油的20%~30%是可回收的能源，剩余的70%~80%是含油污水，还有1%的固体沉淀物。为了使可重复利用的油回到油柜，ALFALAVAL的PureDry分离器可以做到，该装置不需要加水，与其他分离器不同的是该装置可以运送超干物质，由两个主要运动部件螺旋型装置XCavator的内芯和外部的鼓壁壳以不同速度朝着相同方向转动将固体排放到装置外部。PureDry分离器处理废油没有油水损耗，可使废油量减少99%。1.3论文研究的内容意义本论文基于课题：“船舶柴油机节能减排技术的运用分析”的基础上，对船舶柴油机节能减排的部分技术在船舶上的应用进行分析，论文有五个章节，第一章绪论，第一章的第一节主要对论文的研究背景以及内容进行初步介绍，第二节对部分船舶柴油机节能减排技术进行介绍，第三节对论文研究的意义和内容进行介绍；第二章第一节主要介绍了船舶柴油机尾气处理是如何形成的和尾气可能造成的危害，分别为环境危害和对人体的危害。第二节介绍了船舶尾气排放的国际法规，可以看出国际海事组织对船舶节能减排愈发重视以及越来越严的法规。第三节主要从硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）、和微粒（PM）这三个主要的控制角度来说明介绍了船舶柴油机尾气排放的控制技术。第四节对第二章进行综合结论；第三章从其他角度介绍了船舶柴油机节能减排的技术，分别从余热利用、改善燃烧、以及其他的应用技术，并分析它们在船舶的使用利弊；第四章通过对技术的展望以及新能源的展望对比节能减排要求更高的车用柴油机分析其节能减排技术在船舶柴油机使用的可行性；第五章对本论文进行总结。在当今船舶污染排放逐年增加，并在多个排放物的排放占全世界的排放30％以上，以及国际法规的越发严格，燃油价格升高，船运公司对成本的要求以及石油的过量开采对于船舶柴油机节能的需要，本论文研究意义是，分析已经应用在船舶柴油机节能减排的技术，并探讨新技术运用在船舶柴油机减排的可靠性。

第2章船舶柴油机尾气排放控制技术2.1船舶柴油机尾气形成及危害重质的燃料油是船用柴油机的普遍燃料，其所含的成分非常复杂，也有较高的有害物含量[[]喻文烯.等离子体脱硫脱硝及其用于船舶柴油机尾气处理的研究[D].武汉纺织大学,2013.]，柴油机排放的尾气中，主要含有成分为：氮氧化物（NO占90%~95%，其余的是NO2和N2O），硫氧化物（其中SO3所占的比例为5%，剩余95%的为SOX）,颗粒排放物（PM）和碳氧化合物、甲烷、CO、CO2[]喻文烯.等离子体脱硫脱硝及其用于船舶柴油机尾气处理的研究[D].武汉纺织大学,2013.氮氧化合物（NOx）是大自然中酸雨和浓雾形成的主导因素，对人体危害极大，氮氧化物（NOx）是因为柴油燃烧的时候空气中的氮气被氧化，从而形成氮的氧化物，其中最多的是NO，有少量的NO2，NO为无色气体，化学性质不稳定，会在空气中氧化为NO2产生刺激作用，高浓度的NO会导致人中枢神经系统麻痹和痉挛，因为NO对血红蛋白的亲和力比会使人中毒的CO强1400倍。NO与氧气进一步反应生成NO2，NO2是强烈刺激性气体，NO2排放到空气中会与大自然的水生成硝酸造成大自然的雨水酸性增加，NO2也是地面附近大气中的O3形成的主要原因，对人体的心肺功能也会产生很大的危害。硫氧化物（SOx）的产生的根本原因是燃油中含有硫元素，燃油中的硫元素在燃烧中与空气中的氧气燃烧反应生成二氧化硫（SO2）和三氧化硫（SO3），这两种化合物也是酸雨形成的主要因素，在燃烧产物中SO2比例较大，SO2是一种无色带有刺激性气味的有毒气体，在空气中不同浓度会给人造成不同影响，在空气中浓度为0.5ppm以上就会对人造成潜在伤害，1~3ppm浓度下会使人闻到刺激性气味，400~500ppm浓度下会使人产生肺水肿甚至死亡。SO2还会与烟尘共同作用引起人体呼吸道疾病以及一系列潜在慢性疾病。碳氧化物主要由CO和CO2组成，其中CO是由于燃油中碳的不完全燃烧形成，CO的密度几乎与空气相同，CO会使血红蛋白与氧气结合减少，从而导致人体组织缺氧。CO2是燃油中的碳元素燃烧完全的产物，其主要危害是对环境气候的危害导致全球气候变暖。据统计，以船舶柴油机为推进动力的船舶，每年排放硫氧化物排放600万吨、氮氧化物650万吨分别占据全球排放总量的4%和30%，和微粒（PM）排放170万吨，这些数量巨大的废气污染物被排放在海洋的上空，经过气候作用会影响到一千公里以外的地区，使其对大自然造成严重的影响。如果对船用柴油机排放的废气不及时地采取非常有效的控制措施，就将对整个地球的环境造成非常严重的破坏。2.2船舶柴油机尾气排放控制要求国际海事组织（IMO）早在1990年时就提出要降低船舶废气对大气的污染，1997年在缔约国大会，国际海事组织（IMO）批准了MARPOL73／78公约附则Ⅵ《防止船舶造成大气污染规则》，其中规定了不同时期和不同区域对氮氧化物、燃油硫分以及微粒物（PM）的控制标准，附则Ⅵ《防止船舶造成大气污染规则》在2005年5月19日正式实施，我国在2006年8月23日正式生效，其中规定了不同时期和不同区域对氮氧化物、燃油硫分以及微粒物（PM）的控制标准如表2.1所示,其中Tier为等级[[]翟鸣坤,郭军武.船舶柴油机废气排放控制[J].江苏船舶,2013,30(05):22-23+35.][]翟鸣坤,郭军武.船舶柴油机废气排放控制[J].江苏船舶,2013,30(05):22-23+35.表2.1IMO对NOx和燃油硫分的控制标准柴油机转速n／(r·min-1)NOx限值／(g·(kW·h)-1)燃油硫分含量／(m·m-1)TierI(2005年5月19日生效）TierⅡ(2011年全国实施）TierⅢ(2016年控制区域实施）2012年以前2012年-2020年2020年以后n<13017.014.43.4一般区域≤4．5％≤3．5％≤0．5％130≤n<200045.00·n-0.244·n-0.239·n-0.2控制区区域（SECA）≤1．5％≤1．O％≤O．1％n≥20009.87.72.0MARPOL73／78公约附则Ⅵ《防止船舶造成大气污染规则》适用于400总吨及以上的国际航行船舶及所有海洋钻井平台，规则生效后，监控全球燃油的硫含量，船用燃油的硫含量上限是3.5%，并允许设立硫氧化物排放控制区，在控制区的船舶，尾气中硫含量不能超过1.0%。海事组织（IMO）关于氮氧化物的技术规则[[]乔红宇.船舶柴油机尾气烟度测试技术方案研究[J].无锡职业技术学院学报,2014,13(06):28-31.]，[]乔红宇.船舶柴油机尾气烟度测试技术方案研究[J].无锡职业技术学院学报,2014,13(06):28-31.2.3船舶柴油机尾气排放控制主要应用技术要使柴油机尾气排放污染降低，可以通过三个方面来解决，一就是燃油燃烧前的处理，二是燃烧中进行净化处理，三是对尾气进行后净化处理，第一种燃油燃烧前的处理主要通过改变燃油的品质，比如用低硫或不含硫的清洁燃油，以实现排放污染降低，这种方法也会方便燃烧排放阶段的处理技术。第二种燃烧中进行净化处理主要是改善燃烧系统结构，增加中冷、废气再循环[[]杨挺然.控制柴油机排放的技术分析[J].交通节能与环保,2006(02):29-31.][]杨挺然.控制柴油机排放的技术分析[J].交通节能与环保,2006(02):29-31.2.3.1硫氧化物控制处理技术船舶柴油机燃烧柴油，柴油中的硫元素会与氧气反应生成有毒有害的二氧化硫以及三氧化硫[[]于景波.船舶柴油机节能减排技术的运用[J].船舶物资与市场,2019(11):55-56.]，会生成多少硫氧化物会直接由柴油中的硫元素决定，所以减少硫氧化物生成的办法就是使用高品质的低硫油或天然气等清洁能源作为燃料，在船舶上最有效的是柴油机尾气脱硫技术[[]董继红,李占印,吴俊,邵景玲,秦亲.燃煤电厂烟气脱硫技术综述[J].化工设计,2017,27(06):3-6+1.]，柴油机尾气脱硫技术是用技术手段处理已经排放的废气中的有害物，柴油机尾气脱硫技术方法有半干法洗涤、干法洗涤和湿法洗涤，其中半干法洗涤、干法洗涤脱硫技术都有能耗高工艺复杂的缺点，且干法脱硫技术[]于景波.船舶柴油机节能减排技术的运用[J].船舶物资与市场,2019(11):55-56.[]董继红,李占印,吴俊,邵景玲,秦亲.燃煤电厂烟气脱硫技术综述[J].化工设计,2017,27(06):3-6+1.湿法洗涤方法包括石灰石-石膏法、海水洗涤法和氨法其中以石灰石-石膏法和海水洗涤法最为广泛（1）石灰石-石膏法在我国石灰石-石膏法脱硫是最广泛的脱硫技术，石灰石-石膏法的工作原理是，在脱硫吸收室将石灰石吸收剂向船舶柴油机的废气喷淋，石灰石吸收剂中的石灰石与硫氧化物生成亚硫酸钙，再将大量的空气强制排进上一步生成的亚硫酸钙中，使亚硫酸钙被空气中的氧气氧化为石膏，石膏就是石灰石-石膏法脱硫技术的主要副产物，石灰石-石膏脱硫法的脱硫效率最高能够达到95%；工艺在我国脱硫技术中最为成熟；石灰石吸收剂来源广，价格低，效果好。海水洗涤法海水洗涤法充分利用了船舶在海上航兴的特点，利用海水作为湿法洗涤的洗涤剂，洗涤的产物经过处理可以直接排放海里，不造成海洋污染，所以海水洗涤法被认为是最有前景的船舶尾气脱硫方法。天然海水PH值通常在7.8～8.5之间，并且天然海水具有天然的碱度和酸碱缓冲能力[[]郭鲁钢,王海增,朱培怡,邓培昌,邢坤.海水脱硫技术现状[J].海洋技术,2006(03):10-14.[]郭鲁钢,王海增,朱培怡,邓培昌,邢坤.海水脱硫技术现状[J].海洋技术,2006(03):10-14.海水洗涤法的工作过程是在脱硫吸收室中将废气排放到海水中，利用海水中的碳酸根和碳酸氢根离子与硫氧化合物反应，产生亚硫酸盐，经过水质恢复转化为硫酸盐，而硫酸盐本就是海水中的成分，此过程中不需要添加任何的化学添加物，节省成本，防止污染环境。脱硫过后的海水PH值下降到了2.6~3.5左右，不可以直接排放如海，需要经过水质恢复才能排放在海里，原理是将脱硫后的海水通入大量空气，使亚硫酸盐氧化为硫酸盐，最后当PH值达到可以排放的标准，排放入海。表2.2是对石灰石-石膏法脱硫技术和海水洗涤法脱硫技术的比较。表2.2石灰石-石膏法脱硫技术和海水洗涤法脱硫技术的比较（相同含硫量）项目单位石灰石-石膏法海水洗涤法废气含硫量％0.630.63脱硫效率％＞90＞90脱硫渣量t/h4.040海水用量t/h043200淡水用量t/h800脱硫剂用量t/h2.160废水排放量t/h70脱硫成本元/kwh31.2822.56石灰石-石膏法和海水洗涤法两种尾气脱硫方法成本相差不大，脱硫效果都很好，海水洗涤法不需要储存脱硫剂，初次投资也比石灰石-石膏法更加经济，工艺更加简单，相对比船舶脱硫用海水洗涤法较好。2.3.2氮氧化物控制处理技术控制氮氧化物一般有三种方法，一种是对燃油进行预处理，例如乳化燃油或直接使用低氮燃油，其中乳化燃油的机理是对燃油用超声波或搅拌形成乳化的油滴，油滴在温度急剧上升时会发生微爆，形成更小的油滴，从而改进燃烧降低氮氧化物的排放；第二种是改造船舶柴油机的内部结构，例如采用扫气空气加湿、废气再循环、缸内喷水、技术等；第三种是柴油机机外净化技术，此类技术按照反应原理划分为氧化催化、氮氧化物捕集、选择性催化还原和等离子体反应装置等。由于氧化催化装置（DOC）产生的硫酸盐可能会超过欧Ⅵ标准排放限制[[]王国莹,付海燕,于红胜,仲蕾,程秀围,任庆霜,董江峰.重型柴油机满足欧Ⅴ、欧Ⅵ排放法规的SCR后处理技术探讨[J].小型内燃机与车辆技术,2014,43(06):85-89.]，所以氧化催化装置很难成为主流使用装置。氮氧化物捕集装置（LNT）的Pt会将废气中的SO[]王国莹,付海燕,于红胜,仲蕾,程秀围,任庆霜,董江峰.重型柴油机满足欧Ⅴ、欧Ⅵ排放法规的SCR后处理技术探讨[J].小型内燃机与车辆技术,2014,43(06):85-89.（1）选择性催化还原（SCR）技术选择性催化还原（SelectiveCatalyticReduction,SCR）[[]张万恒,张洪朋,张满.基于SCR技术的船舶柴油机尾气处理系统[J].自动化与仪器仪表,2018(06):146-148.]技术是现代化船舶常用的一种降低废气中的氮氧化物的技术。此技术的原理是，利用船舶柴油机自身燃烧尾气中的物质（多为尾气中的有机物）做还原剂或者外部添加还原剂（尿素或氨气等具有还原作用的溶液在反应温度290~350[]张万恒,张洪朋,张满.基于SCR技术的船舶柴油机尾气处理系统[J].自动化与仪器仪表,2018(06):146-148.选择性非催化还原（SNCR）技术选择性非催化还原（SNCR）技术的原理是当反应温度在850~1000度时在炉膛中向废气喷入还原剂，在高温情况下，喷入炉膛中的还原剂热解生成氨气，把船舶柴油机废气中的氮氧化物还原为氮气和水。氨气把氮氧化物还原为氮气和水的主要化学反应如式（2.1）:4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O（2.1）选择性非催化还原（SNCR）技术可以小幅度的降低废气中的氮氧化物含量（约为30%~80%），好处是该技术没有任何副产物，占地面积小，运行稳定可靠。2.3.3微粒（PM）微粒是船舶尾气排放中对人体、对环境危害都比较大的排放物，处理减少微粒的排放，主要从船舶柴油机的内部和外部两个方面进行净化处理，船舶柴油机的内部控制是通过对燃烧室喷油压力的控制将油气混合均匀，使燃烧效果变好从而控制微粒的排放。船舶柴油机的外部控制是指采用DPF、IESI等装置从船舶柴油机的外部处理尾气中的微粒，将装置安装在柴油机排气后通过对燃烧器、催化剂与氧化器等的综合利用实现微粒的氧化分解及燃烧，此技术可以减少70%~80%的微粒排放量，此技术的缺点是会增加排气背压，致使船舶柴油机的功率降低，使用此技术时应当对沉积微粒及时处理，以免使排气背压由于堵塞越来越高。2.4本章小结本章主要分析了现阶段船舶柴油机尾气处理的必要性以及通过什么样的技术手段来达到国际尾气排放的标准，主要对船舶柴油机尾气中的硫氧化物、氮氧化物以及微粒（PM）着重分析，经过对当今技术的整理对比，在船舶上较为适用的技术分别为：用海水洗涤法降低硫氧化物在尾气中的含量使船舶排放的硫氧化物达到标准；用选择性催化还原（SCR）技术降低氮氧化物在尾气中的含量使之达到标准；用微粒捕集器（DPF）做好微粒（PM）的处理。以上技术可以达到船舶科学减排的目的。

其他船舶柴油机节能减排技术应用分析3.1余热利用船舶柴油机工作产生的热量绝大部分可以加以利用，余热的定义是在一定经济技术条件下，把在能源利用设备中未被充分利用的能源称为余热[[]梅磊.船舶柴油机新型余热回收利用系统研究[D].武汉理工大学,2011.]。船舶柴油机在工作燃烧中，只有50%的热量被用来完成船舶柴油机的功率输出，其余的热[]梅磊.船舶柴油机新型余热回收利用系统研究[D].武汉理工大学,2011.表3.1柴油机的热平衡热平衡的各个分项％中速柴油机％高速柴油机％转变为有效工的热量30~4530~40排气带走的热量30~4035~40冷却介质带走的热量10~2020~25其他热量损失（摩擦与润滑）10~155~10由于现代船舶的发展方向是现代化大型化，柴油机最大额定功率超过了30000KW，功率提高的使船舶柴油机冷却水温度达到了80~85℃甚至有些可以达到90℃，这部分能量可被利用的程度非常高。柴油机排气带走的热量属于中温余热，根据能量利用的原则，此部分能量可以先为动力应用，然后再进行直接热利用，目前船舶上的利用方法是作为废气锅炉以及燃气透平等，就是将排气集中带废气锅炉，利用废气的热量使锅炉中的水加热至水蒸气，再通入蒸汽透平装置，以此发电，据统计，此种发电方式可以增加30％的船舶发电量。且在废气通过废气锅炉后，温度由400℃降到270℃左右，这与废气管道的露点温度还存在将近90℃的差温可以利用。根据余热能量利用的原则，船舶柴油机能量利用的常用途径如图3.1。图3.1船舶柴油机能量利用的常用途径3.1.1废气余热利用船舶柴油机工作产生的废气温度在350~420℃几乎带走了燃油四成的能量[[]周新院,苑风云,林愉凯.简析船舶柴油机余热利用技术[J].交通节能与环保,2019,15(01):42-44.]如果这部分能量不充分加以利用，将难以提高船舶柴油机节能的经济性，船舶柴油机的废气余热利用有两种方式，第一种是直接利用高温度的烟气余热例如废气涡轮增压器、燃气轮机、汽轮机，第二种是将烟气温度转换成温度较低的其他形式的热能，这部分主要用来加热、取暖，例如热管锅炉、热交换器等下面分析几种具体的废气余热利用技术[]周新院,苑风云,林愉凯.简析船舶柴油机余热利用技术[J].交通节能与环保,2019,15(01):42-44.（1）废气涡轮增压技术废气涡轮增压技术是利用废气排出的动能带动涡轮转动，同时与涡轮连轴的压气端随着涡轮一起转动，压气端的叶轮将新鲜空气压进气缸中，进入气缸的空气增多，喷油量就可以随之增加，从而增加船舶柴油机的调节转速，废气涡轮增压器的工作原理如图2.2所示。图2.2废气涡轮增压器的工作原理废气锅炉应用船舶柴油机增压技术的船舶，船舶柴油机出口温度可达400℃，将高温废气通入废气锅炉，产生热水或水蒸气，产生的水蒸气可用于驱动汽轮机发电或带动蒸汽辅机工作，也可用于油舱加热，以及船上人员日常用水等。现有热管的热敏度和换热效率都高，故一般都以热管作为核心的换热元件。柴油机功率较大的航运船舶，会产生大量的高温废气，可利用的废气能量也随之增多，柴油机功率较大的航运船舶空间也比较大，可以用来装备废气利用装置的空间也较大，可以在废气锅炉后安装热管锅炉更进一步的利用船舶柴油机的废气余热。3.1.2冷却水余热利用为了保证船舶柴油机燃烧室的工作可靠性，会对船舶柴油机的缸套以及活塞等位置进行冷却，如果缺少冷却，会造成柴油机燃烧室的高温腐蚀以及燃烧粗暴等情况，然而冷却也会带走部分热量，使船舶柴油机热效率降低，船舶柴油机冷却水温度可以达到80~85℃，下面分析几种具体的冷却水余热利用技术。处理压载水由于压载水中可能有海洋生物，在船舶行驶不同位置的海洋生物有很大的区别，如果压载水不经过处理就排放入海，可能会造成当地的生物入侵，对当地生态环境造成巨大的影响，国际海事组织也在2009年规定了压载水必须经过处理才能排放，船舶处理压载水一般用加热法，原理是用船舶柴油机的缸套冷却水和活塞冷却水加热压载水，将其中的有害生物杀死，将压载水温度加热至35~45℃，维持4~6小时。海水真空淡化淡水是在船舶工作生活中的必需品，而船舶储存能力有限，这时就需要可靠的海水淡化装置，现在船舶上大多使用真空沸腾式海水淡化装置，将加热蒸发室的空气吸出使海水所需的沸腾温度下降，在设备外部用柴油机的冷却水进行加热，就可达到海水中的淡水蒸发所需要的温度，再对水蒸气进行冷凝，排出淡水。海水真空淡化技术提高了柴油机效率，减少成本，提高了能量利用率。3.2改善燃烧改善燃油的燃烧可以提高燃油能量的利用率，并且科学的燃烧过程会减少排气中的污染物，改善燃油的燃烧一般可以通过三个方面，第一方面就是改善燃油的品质，作为燃料，在燃烧过程直接影响发火性能以及尾气，在第2章中提到过，从源头减少排放废气的硫氧化物的方法就是使用低硫燃油，可见燃油的品质对燃烧产物的影响很大。第二个方面就是优化进气，船舶柴油机尾气中的氮氧化物中的氮元素就是由于空气中的氮气参与了反应，提高进气质量可以使燃油燃烧完全，并且减少氮氧化物的排放。第三方面就是改善喷射技术，采用电子喷射技术可以很好地弥补传统机械喷射技术响应速度不灵活等缺点。3.2.1燃油品质优化燃油的品质直接影响着燃烧品质，优化燃油品质是改善燃烧的第一环，燃油中的十六烷值、硫含量、粘度等，其中十六烷值是判断燃油质量高低的重要指标[[]李志安.现代船舶柴油机节能减排技术分析[J].内燃机与配件,2018(06):48-50.][]李志安.现代船舶柴油机节能减排技术分析[J].内燃机与配件,2018(06):48-50.3.2.2进气优化进气压力、温度、气体组成都影响着燃油燃烧的品质，主要通过控制这三个方面来改善进气。改善进气压力、温度船舶柴油机的燃油在进气的压力大、过剩空气系数大的情况下会燃烧的较为完全，使进气压力提高，则柴油机压缩也会增加，温度就会上升，温度过高就会加重氮氧化物的生成，所以在进气升压的同时，还要降低温度，控制氮氧化物的生成量。改善进气品质进气主要成分有氮气、氧气，氧气决定了燃烧反应的速度快慢，氮气决定了尾气中主要污染物质氮氧化物的生成。改善进气品质一是要清洁进气，保证进气不会造成燃烧室内部的污染，其次是改善进气的组成，将氧气的比例提高，一般方法是向进气系统中通入氧气，这样进气中的氧气成分增加从而加速燃烧，使燃烧更充分，进气但是需要其他技术辅助，导致应用不广泛；加湿技术是将水与空气混合汽化，当进气进入缸内的时候，限制温度的升高，从而限制氮氧化物的生成。3.2.3电控高压共轨燃油喷射技术改善燃烧技术可以降低不完全燃烧污染物的排放，提高燃料的利用率，电控高压共轨燃油喷射技术是根据船舶柴油机在不同负荷下采取不同的喷射压力以及根据负荷调整供油量。电控高压共轨燃油喷射技术在现代化船舶应用广泛。电控高压共轨燃油喷射技术是根据船舶柴油机在不同负荷下采取不同的喷射压力以及根据负荷调整供油量。电控高压共轨燃油喷射技术在现代化船舶应用广泛。老式船舶的喷油系统，是由船舶柴油机曲轴上安装的凸轮来控制，喷油受限于柴油机的转速，难以达到现代新型柴油机高速响应的要求，电子控制能够实现新型柴油机在喷油上的要求，电控高压共轨燃油喷射技术将燃油增压、燃油喷射互相独立，使燃油的喷射压力、喷射量与船舶柴油机的转速互相独立。高压泵为燃油增压在共轨管内，共轨管中的燃油压力经过电子调压阀可以随时调节，响应速度快，喷油器由电磁阀控制开启时间，电磁阀与压力共同作用喷油量的大小。柴油机电控高压共轨燃油喷射技术经历了三代的发展。第一代技术是使燃油压力一直保持在140MPa的较高状态下，会使排气温度居高不下，不会随着船舶柴油机的负荷变化而变化；第二代技术加入了随着工况变化调整供油压力，并实现了电子燃油预喷射和后喷射，能够使燃烧更加完全，增加了能改变油量的油泵。最高压力也升高到了160MPa，该系统可以在低负荷减小油压，不会造成燃油温度居高不下，从而节省了降温装置。第三代高压共轨燃油喷射技术将共轨系统的电磁阀替换为压电执行器，燃油调节得到了更加精确的控制，喷射压力调整范围增加到了20~200MPa，降低了尾气中微粒(PM)以及氮氧化物NOx的排放，对燃油利用率也到达了新的高度，第三代高压共轨燃油喷射技术是现在船舶装配的技术。近年来，随共轨技术发展，共轨系统的结构得到改进，共轨管由不同类型的蓄压器替代，蓄压功能由蓄压器完成。电控高压共轨燃油喷射技术对于船舶柴油机节能减排的效果良好，控制灵活，技术稳定，是现在柴油机装配的主流技术。3.3可变喷油定时技术可变喷油定时技术（VIT）是通过改变供油提前角来控制船舶柴油机燃烧爆发压力，高的爆发压力可以降低船舶柴油机的油耗，现代柴油机的爆发压力在13~18MPa之间。可变喷油定时技术会在船舶柴油机高负荷的时候防止最高爆发压力超过限制值，在低负荷的时候，通过对船舶柴油机的转速、曲轴转角、指令等进行微机分析，获得最佳的喷油提前角和喷油量，使船舶柴油机在低负荷的时候爆发压力提高，从而节省燃油以提高船舶柴油机的经济性能。3.4柴油机降功率航行船速也是决定船舶柴油机能耗的重要因素，当航速从额定时的100％下降到90％时，主机功率下降27.1％，节省燃油19％，延长航时11.1％[[]孙凯,李晓江.船用柴油机节能关键技术研究[J].价值工程,2010,29(19):126.][]孙凯,李晓江.船用柴油机节能关键技术研究[J].价值工程,2010,29(19):126.柴油机降功率运行的最大好处就是节省燃油，可是在柴油机转速低的时候会出现很多问题，滑油在气缸内润滑会过量，导致多余的润滑油参与到反应之中，使燃烧室结炭。进而造成更严重的后果，所以船舶柴油机在降功率运行时要考虑柴油机最低转速限制的问题，在保证能够不恶化柴油机的工况或者能利用技术手段解决的恶化后果时，可以对降功率节能技术加以利用。3.5增加柴油机行程和缸径比进些年来，长行程和超长行程作为船舶柴油机发展的核心特色，有诸多优越性。例如，对螺旋桨转速的明显降低又或是显著提高螺旋桨的推进效率，这些都是长行程的主要优点，由此便可以将设备的总体效率提高。这项措施对近些年来船用柴油机的经济性的提高，有着突出贡献。在活塞平均速度恒定这一情况下，由于行程缸径比S/D数值增大以后可以很大幅度降低柴油机的转幅，这样通过增大缸径比便可实现长行程。根据以往的数据统计，螺旋桨的转速同其推进效率呈反比例关系，即，推进效率随着转速的降低而提高，且转速每下降10％，效率便可提高7％。行程缸径比的增加也同时使压缩比提高，由此在较高压力下等压燃烧被近似地实现。将这一理论从工程热力学角度加以分析，如最高压确定，那么等压加热循环理论热效率为最高。现假设增大柴油机行程缸径比S/D的数值，活塞的行程加长，这样柴油机缸内气体获得更充分的膨胀，由此膨胀功损失降低，有效膨胀功随之加强。S/D这一数值的增大，在提高柴油机压缩比方面有突出表现，同时它又将燃烧室的高度提高，为可燃混合气的形成创造了环境，由此燃烧过程得以改善，柴油机的热效率也得到了提高。同时，由于S/D数值的增大，降低了柴油机转速，相同的换气持续角的时间也随之延长。由此可见，长行程通过加强膨胀功，降低透平前的压力和对换气质量的改善，进而使行程缸径比增大，同时提高了柴油机的热效率。3.6轴带发电机由于减速航行这一政策可以相对降低燃油的成本，因此为大部分航运公司所推崇。假如海况良好的情况下，船舶处于平静海面航行或出厂不久等情况，船舶的主机较大一部分储备功率并没有得到完全的利用。因此，在这一情况下，使用主机对轴带发电机进行相应配置将会为船舶节能措施提供一个不错的思路。轴带发电机由于降低了主机的燃油消耗，且燃油质量并不高，所以发电所需的成本降低，让主机配备轴带发电机，就可以实现长时间的高负荷运转，经济效益随之提高；除此之外，轴带发电机的使用，还能够减少船舶副发电机的个数，因此便能节省维修经费；适时综合地将主机和周代发电机进行配合，如在船舶正常航行时，便由轴带发电机进行供电，这种情况下，仅仅轴带发电机供电即可，不需要其他机械设备同时运行。这样就能够减少一些辅助柴油机在不必要的时候发现造成的的能源消耗，而且主机的能耗并没有增加过多，综合来看的话，结果是降低了燃油的消耗。就目前来看，船舶副机的废热并没有得到合适的回收再利用，并且四冲程柴油机相比于二冲程柴油机来说