2016年10月，美国环保署修改了针对使用气体燃料的重载车用、非道路、船用及机车的排放监测程序，其中就有碳氢排放的限制值。原来适用于非甲烷碳氢，而目前仅适用于非甲烷碳氢中的非乙烷碳氢，也就是所谓的非甲烷非乙烷碳氢。本文就美国环保署对天然气发动机和双燃料发动机碳氢排放测试和报告的变化进行梳理。同时将使用压缩天然气的调车机车的非甲烷和非甲烷非乙烷碳氢排放试验作为案例进行研究，其中非甲烷碳氢一般采用基于FID原理的测试方法，而非甲烷非乙烷碳氢则采用FTIR以及FID-FTIR测试程序，这两种测试程序均依照美国环保署目前的测试标准。

瓦克夏4系VHP气体机是VHP家族里最新的12缸气体机。该系列气体机在转速1200rpm时可以提供1417kW的高功率，具备良好的燃料适应性、较低的活塞温度、更长的维修间隔、更佳的可靠性、更强的缸盖冷却、更低的运行成本及极低的排放水平。 3台瓦克夏VHP5系气体机在美国马塞勒斯页岩气地区的气体压缩站分别运行了超过8000小时，完成了型式认可试验。据此VHP5系气体机已于2018年年中发布，并且在年底前售出超过200台。 瓦克夏VHP5系气体机相比之前提升了13%的功率、10%的效率，其燃料适应性可以适用于含丙烷39%的天然气，并且降低了75%的碳氢排放及20%的全生命周期运行成本，同时维修间隔延长了30%。上述这些改进直接降低了用户的使用成本。

中国针对内河船舶排放的限制法规日益严格，尤其是对气体机甲烷逃逸排放的控制。对于单点预混的气体来说，很难实现法规要求，主要受限于不完全燃烧及气阀重叠期时甲烷随扫气过程进入排气管。多点燃气喷射可以对各缸燃气进行控制。燃气喷射时刻对混合气的形成及扫气过程影响较大，因此需要进行优化来改善燃烧并降低甲烷排放。本文针对1000r/min, 10%负荷, 燃气喷射时刻10-40°CA ATDC的工况进行试验。试验在一台玉柴6K6缸火花塞点火发动机上进行，该发动机的额定功率为294kW。当发动机在低负荷运行，燃烧温度和压力相对较低，因此燃烧较为恶化且甲烷排放较高。于此同时，运用三维仿真对进气过程及点火时的燃气分布计算分析，该过程对燃烧尤为关键。该计算对优化点火时刻和降低甲烷排放提供参考。

由于排放法规日益严格，天然气逐渐成为船用动力的代用燃料。在这一市场趋势下，上海船用柴油机研究所开发了一款代号为M23G的气体机，缸径230mm，行程320mm。该款气体机采用稀薄燃烧和空燃比控制技术，利用燃气独立供给的预燃室来拓展稀薄极限，而空燃比可以在任何负荷下实时控制。开发这款机型的目的是为了满足对船机高效率低排放的排放性和经济性要求。 M23G的热效率指标为42.5%，单缸功率为200kW，平均有效压力为18.1bar，排放满足IMO Tier Ⅲ限值要求。为了满足上述指标，采用了先进预燃室技术和控制技术来实现稀薄燃烧。在此基础上，对进气道和燃气喷嘴也进行了优化设计。为了实现高效率，采用了较高的几何压缩比，并通过米勒循环来实现有效压缩比的平衡，并通过提升增压比来对米勒循环进行补偿。M23G是在已经成功投入市场的CS21柴油机上改型而成，通过扩缸来保持较高的平均有效压力。此外，对空燃比、燃气压力、点火正时、瞬态限油和运行区域进行了标定。因此，该款气体机适用于提供高效低排放的船用动力。本文对该款气体机的8M23G样机性能开发过程进行了介绍，具体包括总体技术方案及一些仿真和试验细节。此外，该样机已经通过了型式认可试验及600小时的耐久试验。

鉴于日益严格的排放法规，液化天然气为船东提供了一种洁净、全球可获取且成本可接受的燃料替代方案。在2017年，103条LNG燃料船（包括LNG运输船）已经在运行，还有97条船的订单。这种形势正以23%的比例逐年递增[1]。 尽管如此，不同于传统船用燃料，LNG来自不同的地域、经过不同的处理或包含不同的气体组分[2]。不仅如此，新兴的替代燃料层出不穷，例如石油伴生气、生物质气等。这将会持续影响后续燃料的热力学特性，同时对相关设备的制造产生影响[3]。 此外，由于不可避免的热量损失及液相到气相的转换，随着逐步的转化会对燃料特性，如甲烷值和低热值产生显著影响。 最终都会对发动机性能、控制策略、排放和运行特性产生影响。举例来说，老化会降低甲烷值而增加排放和燃料消耗。在一些案例中，低甲烷值会带来爆震风险[4]。驾驶者建议供应商将老化因素加入到爆震限制的考虑中[5]。 基于上述原因，在船舶行程中准确的评估燃料组成的影响是保证能量平衡和开展技术经济性分析的关键。通过流动计算与试验对比，对燃料从气罐经过燃料系统进入发动机的整个路径进行分析。在上述研究中，气罐被设计成压力容器（C型罐）[7]。燃料系统包含2个热交换器：蒸发器和压力提升单元[8]。利用各种不同的计算公式，可在数十秒至数小时内通过仿真计算轻松获得参数数据。文中对典型气体的组成进行了研究。基于作者的认识，该项研究尚属首次。 研究结果主要聚焦在对“甲烷值不明确“问题的定义。进而对如何利用蒸发过程来提升甲烷值进行分析。最后强调由于燃料成分的变化，热能审计不可或缺。 该工作属于TSM研发小组的博士研究项目，为了对船用LNG动力的零维/一维多体数据库进行扩充。

过去十多年来，发动机的瞬态性能已经在船用和陆用领域扮演主要角色，成为终端用户在商业项目的考量因素之一。与此同时，随着纯气体和双燃料2种燃料形式的稀薄燃烧天然气发动机市场的蓬勃发展，其在降低环境污染、提高能源利用效率等方面成为可持续发展的全球性战略产品。气体机与柴油机在技术上容易比较的一个方面就是加载能力。由于气体机稀薄燃烧对空燃比较为敏感，因此其负载瞬态变化性能会受到限制。 过去的研发主要针对改进气体机在起动、加载步长及转速稳定时间的性能。本文对瓦锡兰在相关开发中的最新成果，具体包括灵活的硬件如可变正时和共轨燃油系统，以及实时的缸内空燃比或增压压力的瞬态补偿控制脉谱等智能软件的开发。 开发的技术方案已经在瓦锡兰相关纯气体机和双燃料机，从小缸径（例如Wärtsilä 20DF）到中等及大缸径（例如Wärtsilä 34SG, 31SG, 46DF, 50DF）等的开发过程中被验证和改善。能实现的技术提升主要依赖于灵活性硬件的应用情况。举例来说，在最好情况下，采用上述改进措施可以减少至少50%的发动机从零到满负荷的加载时间，有时会比柴油机更好。 这些技术的开发最终是为了满足市场对发动机动力高可靠性的需求（例如数据中心的备用发电机组、挖泥船等）。本文对研发过程进行了介绍，同时展示了成功的用户案例。

过去十年来，船东对气体燃料船用发动机的兴趣极大地增加。造成这种现象的原因不仅是因为距离2020年度全球限硫法规越来越近导致低硫油的供应短缺，而且也是由于船用气体机技术的快速发展从而可以为全球海事行业提供更加灵活且高效的动力解决方案。 随着操作不同类型船用气体机的轮机人员具备越来越多使用经验，关于能做什么和需要做什么的理解也更为深刻。不再仅从技术层面关注某一个影响耐久性的发动机部件，而是聚焦在稀燃火花塞点火及低压双燃料发动机的低工况的效率问题。这种类型的气体机涵盖了目前船东经常关注的低负荷运行工况，以及由此带来的燃料消耗和运行成本增加的问题。与此同时，研发人员更关注高负荷下带来的未燃甲烷（也就是俗称的甲烷逃逸）增加的问题。甲烷排放不在目前的海事法规控制范围内，因而船东的角度可以不予考虑。但是值得注意的是，甲烷是一种很强的温室气体，一般在陆用上都会严加控制。 挪威在船用气体机应用方面处于领先地位，有众多挪威公司在运营以气体为燃料的船舶运行。同时，挪威针对船舶排放的法规也是较为严格，并且长期致力于针对目前及未来的各种有害排放产物研究其减排技术。甲烷逃逸自然不能排除在外。 本文针对实船与实验室各自测试的排放组成及相关数据进行对比分析。重点针对甲烷逃逸测试数据，也包括来自主机厂的测试数据。这些数据包括稀薄火花塞点火的气体机和低压双燃料发动机。文中讨论了在不影响IMO Tier III排放达标并降低甲烷逃逸的方法，从正反两反面进行了讨论。

预燃室已被用于工业用气体机实现低NOx排放和高热效率指标（CIMAC 2013 No.289, CIMAC 2010 No.182)。由于预燃室内混合气的过量空气系数一般为当量比，因此会产生较多的NOx。基于之前的CIMAC文章所述(CIMAC 2016 No.203)，稀薄燃烧天然气发动机有大约75%的NOx排放来源于预燃室。如果通过降低预燃室内的燃气量来降低NOx排放，则又会因为预燃室内初始火核不稳定而带来缸内燃烧变动水平的增大。换句话说，燃烧稳定的区间变得狭窄。因此，为了改善NOx和热效率的折中关系、降低NOx排放，同时抑制缸内燃烧循环的变动，则稀薄混合气预燃室可以作为一种较好的解决方案。 第一步，先对缸内混合气均匀性进行研究，具体包括利用CFD开展缸内涡流和滚流的分析，并基于此对进气道、活塞顶等的设计进行优化。 下一步就是对预燃室内空燃比的分布进行优化。目的是找到保持燃烧稳定性下较稀薄的混合状态。由此带来的影响还包括由于预燃室内较稀薄的混合气而带来热负荷的降低，这样就有可能抑制润滑油的预喷量(ISME A02-205)。基于这些步骤，针对热效率、THC、指示压力循环变动在原机方案（预燃室内为当量比混合气）和稀薄预燃室方案下进行试验验证。 试验结果表明，在相同点火正时下，稀薄预燃室可以在保持THC排放和指示压力循环变动不变的情况下降低约20%的NOx排放，同时可以改善NOx和热效率的折中关系。本文对各步骤下的内容和试验结果进行介绍。

船用SCR系统配套锅炉对脱销和催化还原的影响研究 4-减排技术-未来技术储备 Jaehwan Jang （STX Engine Corp.） 摘要:为了工业的可持续发展，有效利用能源和减少污染物排放是尤为重要的问题。虽然替代能源和可再生能源系统已得到深入研究，但天然气和石油等传统化石燃料仍然是发电的主要来源。柴油机燃烧化石燃料带来的环境污染问题，特别是NOx排放，加速了全球环境污染、肺病、癌症和酸雨等全球性和地方性问题。在各种减排技术中，SCR被认为是最能满足国际海事组织在船用柴油机应用方面环境法规的有效技术。 NOx通过SCR催化剂和还原剂（一种高纯度尿素溶液）一起被还原。还原剂被喷射到催化剂上游的废气中，被转化为氨。氨与废气混合，与催化剂表面的NOx分子发生反应，形成无害的N2和水。然而，由于催化剂的NOx转化效率会根据0.1%含硫量、工作温度从250～350℃急剧变化，控制废气的温度对催化剂的正常使用至关重要。 此外，当催化剂置于低废气温度环境中，硫氧化物会使催化剂中毒，降低催化剂的氧化反应，从而显著降低催化转化效率。但是，将废气温度提高到360/410℃的高温，硫氧化物中毒的催化剂可以通过还原过程再生，因此能产生高温的燃烧器是必不可少的。 本文研究采用燃烧器控制废气温度，提高柴油机NOx的转化效率，并利用PM、碳烟和硫酸氢铵来再生催化剂，即解决催化剂中毒问题。通过燃烧器控制催化剂工作温度，优化NOx减排性能，表明在高温（360/410度）环境下，95%或更多的催化剂能够再生达到最初性能。研究结果表明，该技术对提高催化剂耐久性和转化性能具有积极的作用。 关键词：SCR催化剂；燃烧器；稳定燃烧；再生温度；燃油消耗率 译者简介： 金玉山，男，40，中国船舶重工集团公司第七一一研究所，高级工程师，专业方向：性能排放。 翻译：金玉山 校对：李翔

UE发动机NOx排放控制的最新技术 4-减排技术-未来技术储备 Takahiro Nakagawa, Kazuhisa Ito， Koji Edo，Akihiro Miyanagi （Japan Engine Corporation） 摘要:UE柴油机具有高效、可靠和环保的特点，其高经济性为船东节约运营成本，实现长期安全运行提供了解决方案。半个多世纪以来，进一步发展和完善了UE柴油机，以满足更加严格的环境法规和市场需求。国际海事组织（IMO） NOx Tier III法规已适用于2016年1月1日或之后铺设龙骨的船舶。该法规与排放控制区内的Tier II法规相比，NOx排放约减少76%。为符合IMO Tier III要求，开发了后处理技术LP-SCR和LP-EGR，其具有大幅度降低NOx的可能性。LP-SCR是一种在涡轮增压器后废气发生反应的后处理技术，系统处理涡轮增压器下游的废气，称为低压系统。对涡轮增压器后的废气进行处理，使其与发动机运行分离。然而，发动机排气温度较低，优化调节发动机是SCR有效运行的必要条件。考虑到催化剂的重要性，通过耐久试验确定最佳用量，建立SCR系统。为商用发动机调整和提供SCR，并证实能满足排放要求。LP-EGR技术是通过改变发动机内部燃烧条件，将发动机涡轮增压器出口排放的部分低压废气经EGR洗涤后再循环进入涡轮增压器，从而降低NOx排放的技术。在EGR洗涤器中，洗涤水用于净化废气，处理后再循环使用，节约用水。水处理的作用是从冲洗水中去除碳烟，并防止由于中和而导致比重增加。根据除灰和比重控制结果，残余水从洗涤水中分离出来。残余水需按规定作为工业废物进行处理。因此，不仅要符合NOx的排放规定，还要对洗涤水进行处理。为了适应法规的要求，在某商用6UEC45LSE-Eco-B2发动机上应用了一体化的发动机LP-EGR系统。根据试验发动机的使用经验进行了耐久性试验。经测试证实和日本海事协会见证，开发的SCR系统符合IMO Tier III排放法规，并且引起的发动机燃油消耗率增加量小于1%。此外，还将该系统配装于一艘3.4万吨散货船上，并在商业航行期间进行了长期耐久性确认，验证了LP-EGR的可靠性。根据装船验证的结果，对系统进行了改进和简单的方案处理，如简化水处理系统，优化渣油和废水处理。本文对这些最新的概念和技术进行了介绍。 关键词：低压EGR系统；紧凑化布置；参数优化；运行可靠性 译者简介： 金玉山，男，40，中国船舶重工集团公司第七一一研究所，高级工程师，专业方向：性能排放。 翻译：金玉山 校对：李翔