李 勇

摘要:本文從管理的角度出發(fā),提出了對現(xiàn)有船舶增效節(jié)能的主要途徑。輪機管理人員不僅要保證柴油機安全可靠地運行,還應(yīng)加強維護保養(yǎng),并合理使用,努力維持其處于良好的工作狀態(tài),以提高經(jīng)濟性,降低營運成本。

關(guān)鍵詞:節(jié)能;船舶柴油機;減速;燃燒;余熱

1降低主機轉(zhuǎn)速

由于燃油成本占運輸成本的比例由13%增長到45%,甚至超過60%。多數(shù)船舶公司出于對航運市場和船舶營運成本的考慮,多采用主機降速運行的節(jié)能措施,即所謂的經(jīng)濟航速。在不影響船期的情況下,若主機選用90%的額定轉(zhuǎn)速,則其功率降為額定功率的70%左右,此時航速下降約10%,而主機消耗油量下降約30%[1]。實踐證明,主機減速航行是降低船舶營運成本的一項行之有效的措施,但是柴油機長期處于低負荷運行會使燃燒狀態(tài)惡化,因此應(yīng)注意燃燒室周圍的臟污、磨損的加劇及發(fā)生振動等問題。

2確保柴油機的燃燒良好

燃油燃燒的好壞,對柴油機的動力性、經(jīng)濟性和可靠性影響很大。燃燒過程的完善與否主要取決于燃油的品質(zhì)、正確的噴油定時、良好的油頭霧化工況和足夠的新鮮空氣量。

2.1最大過量空氣系數(shù)。

柴油機燃燒過量空氣系數(shù)(α值)與掃氣壓力、壓縮壓力和爆發(fā)壓力成正比,與排氣溫度和機器熱負荷成反比。提高過量空氣系數(shù)即提高掃氣空氣總質(zhì)量,可提高壓縮壓力并使燃油燃燒完全從而提高爆發(fā)壓力,改善柴油機工作狀態(tài),降低機器熱負荷,降低排氣溫度,最終提高總體熱效率[2][3]。應(yīng)定期清潔增壓器壓氣機進氣濾器。經(jīng)驗表明,常溫下空冷器清潔劑的清洗效果較差,若將清洗液加溫至50~60℃,清洗效率將大大增加?？绽淦魃嫌小癠”型壓差計,航行中應(yīng)注意其進出口壓差,并與試航報告中的數(shù)值相比較,以掌握其臟污程度,決定是否沖洗。當壓差超過2kPa時,表明空冷器已嚴重臟污,需解體清潔。此外在管理中對于二沖程機要注意及時清潔進、排氣口(閥)和排氣通道,四沖程機則還要保證正確的氣閥定時,若氣口被堵或氣閥定時不當都會使掃氣效果變差。

2.2保持VIT功能良好。

船用燃油市場廣泛使用CCAI(Calculated CarbonAromacity Index,碳芳香烴指數(shù))表示燃油燃燒性能。大多數(shù)船用燃油的CCAI值在800～900之間。依據(jù)燃油CCAI[4]值,適時適度調(diào)整可變噴射時間裝置(Variable Injection Timing,VIT),可改善燃燒,節(jié)省耗油量。實務(wù)經(jīng)驗顯示,燃油CCAI值超過870,燃燒延遲加長,必須考慮燃油燃燒情況和爆炸壓力,相應(yīng)調(diào)整(提前)燃油噴射定時,否則排氣溫度上升,燃燒室積碳。在維護保養(yǎng)時,一定要注意檢查和調(diào)整各缸的供油提前角,使其處于最佳供油位置,此時滯燃時間較短,壓力上升適中,最大燃燒壓力值適宜,有較高的熱效率,且耗油率低,柴油機運轉(zhuǎn)平穩(wěn),提前角過大和過小都會引起滯燃期延長,熱效率低,油耗增大。當柴油機燃用劣質(zhì)燃油時,應(yīng)適當增大噴油提前角1°～1.5°,保證在上死點附近發(fā)火。若主機需要長期降速航行,為了有較大的爆發(fā)壓力,一般也會適當增大噴油提前角。此外,噴油泵的凸輪及其傳動部件的磨損,噴油器彈簧疲勞或折斷,新彈簧的調(diào)整不當?shù)榷紩绊憞娪投〞r。

2.3改善燃油品質(zhì)。

近年來,為降低營運成本,提高競爭力,船舶柴油機普遍使用劣質(zhì)燃油。劣質(zhì)燃油的使用會引起缸套和活塞環(huán)的磨損、排氣閥的高溫腐蝕、氣缸結(jié)炭、噴油嘴臟堵、噴孔變形、針閥漏油、腐蝕等。因此,應(yīng)采取相應(yīng)的技術(shù)措施,改善燃油的性能。管理中除采用堿性氣缸油和增大噴油提前角外,還應(yīng)采取以下措施來改善燃油性能,降低燃油消耗。

2.3.1使用前對燃油進行預熱和凈化處理。

燃油使用前的加熱十分重要,一般要求噴油泵進口處的燃油粘度為12~25m2/s。對于劣質(zhì)燃油中所含的雜質(zhì)和水分,可通過凈化分離使其降至最小含量。同時應(yīng)注意燃油的過濾質(zhì)量,加強對濾器的管理,發(fā)現(xiàn)濾網(wǎng)破損應(yīng)及時修補或換新。

2.3.2保持合適的冷卻水溫。

柴油機運轉(zhuǎn)時,若水溫過高,會使缸壁潤滑油膜蒸發(fā),磨損加劇,冷卻腔內(nèi)發(fā)生汽化,缸套密封圈迅速老化;水溫過低,柴油機的冷卻強度大,滯燃期延長,使燃燒效率降低。因此,從保證柴油機可靠運轉(zhuǎn)和節(jié)能的觀點出發(fā),柴油機的冷卻水溫應(yīng)根據(jù)說明書的要求調(diào)整至正常范圍,以保證氣缸壁的溫度超過硫酸露點,防止形成低溫腐蝕,降低燃料消耗率。

2.3.3選擇合適的添加劑。

根據(jù)燃油品種,選擇合適的添加劑,并按要求的比例投放,均勻混合,以改善燃油著火性能,最大程度地利用燃油的熱能。

2.4確保燃油霧化質(zhì)量良好

燃油霧化質(zhì)量好,燃油細粒與壓縮空氣充分混合,能使燃燒前的準備時間縮短,即滯燃期短,燃油燃燒完全,柴油機工作平穩(wěn)。船用柴油機燃油霧化質(zhì)量的好壞主要取決于噴油器,應(yīng)根據(jù)實際情況對噴油器進行定期的預防性檢查和不定期的診斷性檢查。若發(fā)現(xiàn)針閥錐面密封不良,可用極細的研磨膏研磨,再用柴油或滑油研磨。若噴油孔堵塞,可先用煤油浸泡,然后用略小于噴孔直徑的鋼針或鉆頭疏通。但當針閥錐面出現(xiàn)下沉,或噴孔直徑增大10%以上時,應(yīng)換新的噴油器。此外,裝噴油器時應(yīng)注意墊片的厚度,否則油頭伸入燃燒室的高度改變,影響霧化角度,使燃油消耗增加。

3節(jié)省氣缸油消耗

3.1適時、適度調(diào)整氣缸油供油率。

節(jié)約氣缸油的前提是保證主機氣缸良好潤滑,應(yīng)該以說明書給出的相應(yīng)負荷的注油率為依據(jù)。計算氣缸油耗油率的方法很多,例如航次平均耗油率和全速航行耗油率等。機動航行時氣缸油耗油率很難計算,因為主機功率變化大。不少公司要求船舶計算航次平均耗油率,卻以柴油機生產(chǎn)廠家提供的全速航行耗油率作為衡量標準。因為低速航行氣缸油耗油率高出全速航行耗油率很多,這樣做必然迫使船舶降低全速航行氣缸油耗油率,很可能有損主機。正確的做法,是計算全速航行主機運轉(zhuǎn)某一段時間的氣缸油耗油率(以該時間、該時段的耗油量、該時段的主機功率等計算),并以柴油機生產(chǎn)廠家提供的相應(yīng)功率的耗油率為衡量標準。

3.2適時檢查主機氣缸潤滑狀況。

柴油機生產(chǎn)廠家提供的氣缸油耗油率也不是絕對標準,最終還要以氣缸潤滑效果為標準。所以,應(yīng)適時檢查主機氣缸套表面和活塞環(huán)有無異狀、掃氣室清潔程度和污油積存量、排煙總管內(nèi)部干燥程度等,最終判斷氣缸油

注油量是否合適。

4充分利用柴油機余熱

船舶柴油機燃油燃燒產(chǎn)生的熱量中大約40%轉(zhuǎn)化為柴油機的輸出功,其余通過排氣、冷卻水等排放到船外。目前,柴油機排氣余熱的利用主要是通過廢氣渦輪增壓器將廢氣能量轉(zhuǎn)換成掃氣空氣的壓力來提高柴油機的功率和效率。利用廢氣鍋爐產(chǎn)生的飽和蒸汽來滿足船員的日常雜用及油艙的加熱保溫,有的大型船舶還將蒸汽過熱后驅(qū)動透平發(fā)電機進行余熱發(fā)電。冷卻水的余熱利用主要是作為海水淡化裝置的熱源。

4.1精心維護廢氣渦輪增壓器。

4.2保持廢氣鍋爐高效工況。作為一種節(jié)能裝置,廢氣鍋爐不僅節(jié)約燃油,還能起到柴油機排氣消音器的作用。1艘萬t級船舶,利用廢氣鍋爐后每天可節(jié)約1t多燃油。若在定期檢查鍋爐時發(fā)現(xiàn)內(nèi)部結(jié)有水垢,應(yīng)及時清除(及時清除煙側(cè)的積灰)。

4.3保證海水淡化裝置正常運行。對海水淡化裝置,日常運行中要注意調(diào)節(jié)給水流量,使給水倍率在3~4左右,同時使蒸發(fā)器內(nèi)水位適宜。調(diào)節(jié)凝水泵流量,使冷凝器內(nèi)凝水水位維持在水位計的1/2~1/3高度。調(diào)節(jié)冷凝器的冷卻海水流量(必要時稍開真空破壞閥),控制真空度在合適的范圍內(nèi)?？刂萍訜崴髁?維持適當?shù)牡a(chǎn)量,防止沸騰過于劇烈。

5其他

除了采取上述節(jié)能措施之外,還要做好以下工作:

(1)每月計算主機滑油耗量,與主機說明書給出的數(shù)據(jù)核對,及時發(fā)現(xiàn)滑油消耗異常。防止和減少主機及系統(tǒng)滑油外漏。定期清潔、檢查活塞桿填料箱,及時(通常不超過8 000小時)換新其內(nèi)部的刮油環(huán)。定期檢查,防止各缸活塞桿直徑磨損超限(如MAN B&W LMC90是1.5mm[5])。因為活塞桿直徑過度磨損而間隙過大,會增大氣密不良,增加滑油泄漏量,且因雜質(zhì)污染泄漏的滑油而難以回收再使用。

(2)主柴油發(fā)電機盡量達到80%～85%負荷。

柴油發(fā)電機,熱效率與其負荷成正比。負荷低,熱效率也低。保持柴油發(fā)電機80～85%負荷,可提高熱效率。航行時盡量使用軸帶發(fā)電機,軸帶發(fā)電機的耗油率,明顯低于主(柴油)發(fā)電機,還可以減少輕質(zhì)燃油的消耗。

(3)平時應(yīng)加強甲板部和輪機部的聯(lián)系,根據(jù)實際負荷并車或解列,避免不必要浪費和節(jié)約能耗。在保證必要設(shè)備運轉(zhuǎn)情況下,合理分配用電,以減輕發(fā)電柴油機的負擔。降低輕油耗量、提高經(jīng)濟性。

參考文獻:

[1]葛鴻翔主編.船舶柴油機.北京:科學出版社,1996.

[2]張葆華,盧士勛.輪機員實用手冊[M].人民交通出版社,1990.

[3]M.David Burghardt.James.A Harbach,Engineering.Harper Collins Colle

ge Publishers,Thermodynamics 4thed 1993.

[4]Neil Cockett.Practical guides on Bunkers[M].LLP London,1997.

[5]Instructions for 50-90MC MCE type engines.operation.MAN B&WDiesel A/S Copenhagen,Denmark 2000.