天然气燃料在船用发动机中的应用现状分析

1、背景介绍前景分析现状分析遇到问题总结与建议背景介绍石油资源限制废气排放限制温室气体排放石油资源限制废气排放限制 国际海事组织（IMO）在MARPOL公约附则VI中出台了关于氮氧化物（NOx）、硫氧化物（SOx）、固体颗粒物（PM）的排放标准。 日期排放区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 交通运输部公路水路交通运输节能减排“十二五”规划明确提出与2005年相比，营运船舶单位运输周转量CO2排放下降16%，其中海洋和内河船舶分别下降17%和15%”的目标。京

2、都议定书哥本哈根协议 MARPOL附则VI温室气体排放燃料柴油汽油甲烷氢气化学式CnH1.8nCnH1.87nCH4H2密度（kg/m3）527-8407500.7250.09低热值（MJ/Kg）42.544.045.0120.0辛烷值（RON）95120130十六烷值52理论燃空比（m/m）0.0690.0680.0580.029着火温度（C）250280650585表1.1 柴油、汽油、甲烷和氢气燃料特性比较（标况下）天然气燃料应用前景分析排放比较经济性分析 1.初期投资比较额外投入部分渡船(5MV/250m3LNG）平台供应船（8MV/200m3LNG）滚装船(5MV/450m3LNG)

3、动力装置3%3%2%燃油系统4-5%2-3%5-8%安装和布置2-3%3-6%2-5%总费用10%8-12%9-15%2.运营费用比较天然气动力船舶运营现状20002013年世界LNG燃料船舶统计 渡船平台供应船拖船巡逻舰集装箱船散货船油船/化学品船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 国内运营现状国内运营现状时间事件2009.02全球第一套LNG船用燃料系统，通过DNV验收。2009.05建造两艘49.9米CNG动力集装箱船，正式

4、交付泰国船东CSG公司并获得Seatrade创新奖。2010.08长江第一艘以LNG-柴油双燃料拖船武拖轮302号在武汉成功下水试航，柴油替代率为70%左右。2010.08京杭运河水域第一艘LNG-柴油动力苏货轮1260号3000吨级运砂船试航成功，柴油替代率平均达60%-70%。该项目被交通部批准为第四批节能减排项目。2011.03LNG-柴油双燃料动力长迅3号货船在长江重庆航段试航成功，柴油替代率达到70%，LNG替代柴油的替代比平均可达1:1.05。2011.01我国第一艘天然气游船漓江山水34号在漓江净瓶山下水试航成功。2011.045000吨级的LNG-柴油混合动力货船红日166号在

5、芜湖试航成功，该船一次可加注7吨LNG，续航能力达到4000公里，至今正常运行。2011.12山东第一艘LNG-柴油混合动力船鲁济宁货2535号在京杭大运河中首行成功，柴油替代率约70%，排放黑烟减少且机舱噪音明显下降。2012.03中石油及港华燃气公司投建3艘LNG加气泵船。2013.05安徽首艘LNG燃料动力试点船舶红日166轮，顺利取得船舶检修证书，成为自我国船舶实施LNG燃料动力试点改造以来，首艘取得船检修证书的船舶。天然气发动机应用研究现状1、天然气掺氢技术2、双燃料发动机3、柴油微引燃技术4、稀薄燃烧技术改善纯天然气燃烧的稀燃特性。 改善排放。改善着火条件。1、低速双燃料发动机 R

6、TX5型（瓦锡兰）、 MEGI型（曼恩）2、中速双燃料发动机天然气掺氢发动机船用双燃料发动机制造商主机类型缸径/行程mm气缸 排列适配缸数转速功率范围kw瓦锡兰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双燃料发动机情况柴油微引燃技术英属哥伦比亚大学Philip Hill教授西港创新公司潍柴动力 2011年，吉林大学陈长军做了柴油微引燃缸内直喷技术的仿真研究。2013年8月，吉林大学高莹等人做了引燃柴油喷射时刻对缸内直喷天然气发动机的影响研究，通过改变引燃柴油的喷射时刻，对天然气发动机的燃烧过程进行了模拟。天然气着火温度高，不适于传统压燃，柴油微引燃技术解决了这个问题，即通过微量柴油引燃天然气使之正常燃烧。稀燃技术示

8、意图一是引入大量空气使得气缸中整个循环温度降低，降低了气缸内热损失；二是混合气中空气比例的增加可以提高绝热系数，从而提高循环热效率。发展LNG动力船舶遇到的问题基础设施不到位。新建LNG船舶和改造初期投入高。船舶加气难题未攻克，补给困难。缺乏统一的标准规范，相关法规有待完善。发展受天然气价格影响。总结与建议1、双燃料两用发动机作为未来510年的研发重点。2、积极开展LNG发动机的研发和储备。3、加快LNG燃料基础设施建设。4、积极进行关于LNG动力船舶的相关规范修订。5、加大对新建和改造LNG动力船舶的补贴力度。6、国家进行天然气能源储备。1)天然气燃料是目前最有潜力的代用燃料之一，具有优良的使用性能2)世界各地天然气动力船舶发展迅速，运营情况良好。国内外运营情况有差异，以挪威为代表的欧洲处于领先地位，国内以动力改造为