论文部分内容阅读
2016年,国际海事组织(IMO)将强制实施更加严格的氮氧化物(NOx)排放标准,废气再循环(EGR)技术是实现IMO Tier Ⅲ标准的有效途径。但是,目前在国内,还鲜有文章对船舶二冲程柴油机的EGR技术做出分析。本文选取6S50ME-C8.2型船舶二冲程柴油机为研究对象,针对其工作特点,在燃用低硫油的基础上,模拟建立高压EGR系统和低压EGR系统,深入分析了 EGR率和EGR冷却温度对柴油机性能及排放的影响;探究了 Miller循环联合EGR系统对高压EGR柴油机的影响;本文同时利用模糊综合评估模型对高压EGR系统和低压EGR系统方案进行了评价,以期为船舶二冲程柴油机EGR系统的设计提供理论参考;本文对高压EGR系统采用进气旁通技术,优化了压气机的运行点。本文主要工作及结论有:1)建立了 6S50ME-C8.2型柴油机高压EGR系统和低压EGR系统,分析了 EGR率和EGR冷却温度对柴油机性能和排放的影响,发现:EGR率越高,柴油机动力性、经济性越差,但与此同时NOx排放值越低;EGR冷却温度越低,柴油机NOx排放值越低,但柴油机功率下降,最高爆发压力和最高燃烧温度降低,油耗增多;2)对比建立的高低压EGR系统,得到:低压EGR系统EGR率的扩展范围大于高压EGR系统,且在低压EGR系统中,EGR冷却温度对柴油机性能的影响比高压EGR系统小;3)通过Miller循环对柴油机性能和排放进行分析,将排气阀关闭时间延迟后,柴油机25%、50%、75%和100%工况的燃油消耗率有着明显的上升,与此同时,NOx排放值得到了有效控制;当Miller循环与EGR联合应用后,将100%工况的排气阀调整至302℃A,NOx排放值相比未联合Miller循环时有了明显降低,但柴油机燃油消耗率也上升明显;4)本文建立了模糊综合评估模型,根据最大隶属度准则,分别对高低压EGR系统方案进行了评价,发现:当两种EGR系统均在各自的最大EGR率运行时,低压EGR柴油机的整体性能更好;5)本文采用了进气旁通的技术,对柴油机高压EGR系统进行了优化设计,优化了加入高压EGR系统后压气机的运行点,使其远离喘振线,并在高效率区运行;与此同时,加入进气旁通后,柴油机的功率和油耗相比之前得到了改善,NOx排放相比高压EGR系统下降幅度较小;与此同时,高压EGR-旁通系统能够满足IMO Tier Ⅲ关于氮氧化物的排放要求,各工况的NOx排放值均可以控制在3.4g/(kW·h)以下。据此,本文得出结论:当船舶二冲程柴油机在低EGR率(20%以下)运行时,可以关闭进气旁通,以保证相对较低的NOx排放值;当船舶在高EGR率(20%～40%)下运行时,要开启进气旁通,以保证压气机运行点远离喘振线并在高效率区运行,同时NOx排放满足IMO Tier Ⅲ要求。本文所得研究成果可为船舶二冲程柴油机采用EGR技术降低NOx排放和提高燃油经济性提供参考。