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1、柴油和 LNG 混合动力技术在船舶上的应用江西省开展了船舶油改气的前期调研工作，选定一条 在赣江内具有代表性的主流船型 “赣抚州货 0608”干货 船进行赣江内首艘天然气 -柴油混燃实船试验。柴油 LNG 混合动力原理LNG是液化天然气的英文（Liquefied Natural Gas）首个 字母的缩写，一种液态的流体，主要组分是甲烷（CH4）,并含有少量的乙烷、丙烷、氮或常见的其他组分，燃烧后的排 放气体以水为主，不含什么颗粒污染物，所以被叫做“清洁 能源”。柴油一LNG混合动力，是在不改变原柴油机结构的基础 上，加装可燃用液化天然气的混燃系统，改变成柴油 ?CLNG 双燃料混合动力，LNG
2、-柴油双燃料发动机具有两种工作状 态，两套燃料储存系统。当使用LNG-柴油混合燃烧时，同等工况下柴油供给量减少 70。以压燃少量喷入缸内的柴油作 为“引燃燃料” ，天然气作为主要燃料，通过混合器中与过 滤后的空气均匀混合后进入气缸参与燃烧，对外做功。当使 用纯柴油燃烧时，通过 ECU行车电脑控制系统）自动切换装 置关闭，切断天然气进气通路，调整喷油泵总油量至100位置，从而恢复 100全柴油燃烧。使用双燃料时，其最高爆发压力略低于燃用柴油值，而 功率相当，因此，燃用双燃料时的动力性能能满足船用推进 主机的需要。使用双燃料时柴油机的热负荷降低，排气烟度大大降低， 气缸内的积碳很少，可减少气缸与活
3、塞之间的磨损，有利于 延长发动机的使用寿命。使用双燃料时其碳烟排放值远远低于采用柴油时的排 放。其燃烧后排出总管的温度较燃烧柴油时低，汽缸最高爆 破压力和噪声也略低于燃用柴油工况。由于 LNG 价格比柴油低， 使用双燃料时可降低成本 20% 左右。实船改装2011 年 2 月江西省开展了船舶油改气的前期调研工作， 选定一条在赣江内具有代表性的主流船型， “赣抚州货 0608” 干货船进行赣江内首艘天然气 -柴油混燃实船试验。该船 2008 年建造，总长 59.3 m ，型宽 11.8 m ，设计载货量 1585 T， 两台8138CZ9型柴油机，主机总功率为220 KW。根据气体 燃料动力船检
4、验指南 （报批稿）的要求，制定了该船的混 燃技术改造方案，双燃料动力由三大系统组成，即LNG储供气系统，柴油一天然气混燃电控喷射系统，消防报警系统。LNG储供气系统，由LNG储罐，气化及稳压装置和天然 气供应管系组成。LNG储罐是低温燃料储存设备，采用双层 金属、真空结构， 保温性能优异， 同时配备有各种安全装置， 可确保超压情况下系统的安全。储罐的安装位置选在二层甲 板，属敞开处所，有利于可燃气体的散发。首先对安放储罐 的二层甲板进行加固，为罐体安装基座和支撑并吊装储罐。 见下图：根据气体燃料动力船检验指南的要求，储罐和管线的压力设计压力不低于 I.OMPa,本项目储罐设计压力 1.05 M
5、Pa,管线设计压力1.6 Mpa。储罐处所按照 气体燃料动力 船检验指南的要求，安装有安全阀，储罐压力高于 1MPa 的时候，安全阀自动打开，通过放散管泄压。储罐处还安装 有电动、手动、气动三个串联的紧急切断阀，保证在紧急状 态下安全可靠地从储罐出液口根部切断天然气供应，确保天 然气不外泄。柴油天然气混燃电控喷射系统由天然气电控喷射系 统、柴油油量控制系统和电子控制系统三部分组成。天然气电控喷射系统主要由低压电磁阀、天然气喷射阀 以及天然气喷管等组成。气化并稳压后的天然气进入低压电 磁阀和天然气喷射阀， 天然气的喷射量由 ECU根据发动机的 负荷和转速来控制。柴油油量控制系统，通过控油器来控制
6、 喷油泵齿杆的行程，调节喷油量。电子控制系统主要由电子 控制单元（ECU）、油门位置传感器、转速传感器等组成。当 控油器恢复到初始状态时，电子控制单元（ECU）切断天然气气源，返回到全柴油模式双燃料船舶消防除依靠原船消防系统外，还新增加一套 可燃气体报警系统，包括一台可燃气体报警控制器和三个可 燃气体探头、两台防爆轴流风机、四台干粉灭火器。气体报 警控制器布置在驾驶室上，带有声光报警功能，该报警系统 会显示哪个部位报警，并自动采取相应的动作。实船营运该船于 2011 年 6 月 8 日改装完毕， 出厂投入使用。 6 月 15 日首次充装 1.64 吨液化天然气， 6 月 19 日正式开始柴油
7、-LNG混燃料应用试验。通过三个月的运行到9月18日止，航行了 23个双航次，运行了 918.6小时，航行10370km,运 输沙石 43950 吨，完成运输周转量 9920ktkm ，充装 12.1 吨 液化天然气（一吨天然气可汽化1450 Nm3），燃用天然气15596Nm3，燃用柴油10954.54kg,天然气取代纯柴油 12981.5kg（1.2Nm3 天然气取代纯 1kg 柴油） ,减少碳排放 10774.645kg（ 1kg 柴油产生 0.83kg 碳排放量） ,降低燃料成本 费 40474 元。实船效益分析1 、初投资船用柴油一LNG混合动力是由LNG储罐，气化及稳压装 置，柴油
8、一天然气混燃电控喷射系统和消防报警系统组成， 赣抚州货0608号船改装费用为38万元。期中：LNG储罐19万元（含汽化器） ，柴油天然气混燃电控喷射系统5 万元，消防报警系统 2 万元，附件费用 3 万元，船舶改造及安装费 用 9 万元 .2、成本节约率赣抚州货 0608 号船运行 90 天，运输沙石 43950 吨，完 成运输周转量 9920ktkm ，燃用天然气 15596Nm3 ，燃用柴 油 10954.54kg, 天然气取代纯柴油 12981.5kg, 平均取代率 54.23%，由于柴油价格为 8.4元/kg,而天然气价格为4.4元/ Nm3，降低燃料成本费 40474元，单位成本下降
9、 4.08元 /ktkm（纯柴油单位成本为 20.27元/ktkm，柴油一LNG混合燃 料单位成本为 16.19元/ktkm）,成本节约率为 20.1%。3、投资回收期据不完全统计赣抚州货 0608 号船年完成运输周转量 39680ktkm左右，根据此数据测算，该船使用柴油一LNG双燃料，天然气取代纯柴油51926kg，减少碳排放43098.58kg,年燃料成本费可降低 16.1894 万元 . 投资回收期为 2.488 年。推广前景通过实船验证，柴油一LNG双燃料动力在技术上是可行 的，实船营运三个月表明，使用柴油一LNG混合燃料与使用单一纯柴油切换自如，燃用双燃料时，其最高爆发压力略低 于
10、燃用柴油值，而功率相当，因此，燃用双燃料时的动力性 能能满足船用推进主机的需要。实船营运数据表明，在使用柴油 -LNG 混合燃料时， LNG替代柴油的综合替代率可达54%以上，燃料消耗费用按当前市场价可下降 20%以上，经济效益显著。 同时，使用柴油 -LNG 混合燃料时柴油机的排气烟度明显降低， 碳排放减少 43 吨， 减排效果明显。柴油 LNG 双燃料动力技术从试验到推广还需进行艰难 的努力，首先从管理部门要尽快制定相关的规范、标准、管 理办法和鼓励政策。其次天然气供应商要尽快建立水上 LNG 的供应体系，以确保满足推广应用船舶的需求。同时还必须 解决推广中的经费、培训和宣传等问题。江西省目前正在制定 “十二五” 水运节能减排专项规划， 拟推广柴油 LNG 双燃料动力船 100 艘，力争达到碳排放量 减少5000吨，天然气取代纯柴油 6000吨，柴油-LNG混合动 力船舶燃料成本下降 20%的目标。为实现绿色水运做出新的 贡献。（作者单位：江西省港航管理局 ）