根据IMO描述炭黑的产生规律，船舶产生的炭黑被视为造成空气污染及全球气候变暖的一种物质。IMO的MEPC委员会正在通过下级组织PPR对炭黑的定义、测量和控制方法展开工作。在MEPC的第68届会议上，通过了来自PPR第二届会议中关于炭黑的定义，第四届PPR会议上，对成员国及国际组织自发进行的研究成果进行了收集，该会议回顾了第三届会议上提出的测量方法及草案。作为该活动的一部分，本文研究了低速机（7400kW，二冲程）、中速机（1920kW，四冲程）、高速机（403kW，四冲程）的炭黑排放特性，上述发动机被安装在绿色船舶测试和认证中心，该中心采用了FSN过滤方法。由FSN转化成的等价炭黑质量分为如下：低速机为0.02~2.53mg/m3，中速机为0.87~6.89mg/m3，高速机为22.42~35.92mg/m3，如果炭黑排放规律在未来逐渐收紧，且呈线性增加，可以预测安装后处理设备可以作为满足炭黑排放法规的一种选择。本文研究了在中低速机上安装静电沉淀剂，高速机上安装DPF，通过这2种排放后处理方式来降低炭黑，并且额外配置了同样的炭黑消除测试系统。由于采用后处理系统消除炭黑的效率超过90%，在发动机特定工况下，配置静电沉淀剂的低速机等价炭黑质量比一般测量设备的测量精度（0.02mg/m3）低，因此，在采用FSN方法来评价后处理系统时，必须要扩大测量范围，并校准设备以保证测量结果的可信度。

本文基于二冲程重油柴油机开展仿真研究，该仿真模型通过实验数据进行验证。基于该仿真模型研究了EGR、进气加湿、喷油时刻、米勒循环等措施对降低Nox排放的作用。结果表明，米勒循环、进气加湿、喷油时刻可以降低NOx排放，但是效果并不明显。满足Tier III排放要求EGR率需要达到28%，同时存在较高的燃油消耗。采用21%的EGR率和排气门晚关20ºCA的方法是较优的技术路线，可以在不降低燃油消耗率的基础上将NOx排放降低3.14g/kWh。采用21%的EGR率和第二种进气加湿方案可以将NOx排放降低1.43g/kWh，但燃油消耗率也有所提高。而采用EGR结合米勒循环以及进气加湿，可以在降低NOx排放方面有较好的结果

柴油机由于其高功率输出、高传热效率和耐用性被广泛的应用于船舶、发电、运输和农业机械行业。但是，柴油扩散燃烧方式会导致高颗粒（PM）排放值。柴油微粒的尺寸有90%在1~1000nm的范围内，并且占了排放颗粒数量（PN）的主要部分，也是雾霾的主要组成成分。在柴油机中采用新的燃烧方式和混合燃料，排放的颗粒质量会降低，但微小颗粒的比例会显著上升。目前，DPF是公认降低颗粒排放最有效的措施，并且，成为满足柴油机严苛排放要求的标准配置。即使DFP的颗粒捕获率能到达90%以上，但对于晶核颗粒（活动直径＜50nm）的捕获效率是极低的。增加壁厚和降低微孔直径可以提高DPF的捕获效率，但是会造成DPF压损的增高，以及发动机性能的退化。双极带电凝结的方法如下：当颗粒经过高电压环放电形成的充电区域时，会被充上相异的电荷。在混流运输过程中，带电粒子之间由于库伦力和相象力会相互碰撞，促进微小颗粒凝结成为较大的颗粒，从而降低PN，且无须改变DPF过滤器的结构直径，采用双极带电凝结方法可以提高DPF对微小颗粒的捕获效率。 在本文的研究中，柴油机尾气排放系统应用了自研线柱式放电设备，并以此来评估双极带电凝结方案在微小颗粒捕获上的效果。采用Zeta电压和质量比例充电方法研究了颗粒大小、放电反应的结构参数和柴油机颗粒充电特性的金属附加性。研究结果表面：更高的电压有助于颗粒的充电，并且反向放电拥有更低的初始电压、更高的衰减电压和更优的充电效果，这也更加适合颗粒的充电。在同样的电场条件下，放出电压越高，单个颗粒的带电电荷及电荷-质量比会显著升高，从而提高了Zeta电压的绝对值。金属附加性可使碳微晶达到低能量稳定性，并且能提高粒子表面电荷的数量。采用20kV的放电电压和小直径铜电极时，放电反应能够获得最佳的充电效果。 此外，本文通过电荷移动、PM样本分析系统和观测微观电子等方法，研究了充电凝结在粒子颗粒大小分布，DPF捕获效率及分布的影响。研究结果表明：采用双电极充电凝结可以减低柴油机尾气排放颗粒中的集中总数，提高数量平均直径（CDM）和质量平均直径（CMM）。提高放电电压，直径低于93nm的颗粒数量会降低，直径大于93nm的堆积颗粒数量会升高。在额定条件及20kV，平均颗粒集中数会降低22%,10~20nm的颗粒数甚至可降低60%，CDM和CMM分别降低20%和13%。双极电荷凝结能同时提高颗粒质量和DPF颗粒捕获数量。按照欧标稳态循环，放电电压从0提高至10kV时，平均颗粒质量捕获效率提高了11%。在额定条件下，对于直径在6~17nm之间的颗粒，捕获效率从60%提高至75%，对于直径在17~220nm的颗粒捕获效率从81%提高至91%。随着放电电压的升高，颗粒的重量分布及DPF压降均提高，但是，壁面沿着DPF轴向通道方向的渗出速度是降低的。此外，在DPF中充电凝结的颗粒分布变得更加的均匀。 本文采用双极带电凝结协同DPF能够有效的捕获柴油机尾气中的微粒，并且将柴油尾气中的颗粒排放由质量控制转变为数量控制

利用50%的NaOH作为脱硫剂，自主设计的船用废气脱硫装置在6EX340EF型柴油发动机实现废气脱硫化试验。试验中，通过改变冲洗水流速、PH值、温度及柴油机运行工况等参数研究其对脱硫效率及整体系统压降的影响。试验结果表明，冲洗水流速对脱硫效率有显著的影响，而对压降几乎没有影响。冲洗水PH值对脱硫效率有明显的影响，冲洗水的适宜PH值为7.5~8.0，冲洗水温度对脱硫效率也有影响，并存在最优的温度范围。当柴油机运行工况上升时，装置的脱硫效率是降低的，并且系统总压降同运行工况是成比例的。

摘要：随着双燃料发动机在船舶领域中的广泛应用，甲烷逃逸已经引起了持续高度关注，因为甲烷的温室效应是二氧化碳的28倍。甲烷需要在温度超过600℃时才会发生C-H键断裂氧化，而稀薄燃烧的双燃料发动机的排气温度在400℃以下，故采用后处理技术控制甲烷逃逸是一个巨大的挑战，在排气温度较低的情况下，催化氧化是一种技术方案，但仍未解决催化剂降解和甲烷转化比的关系。 为了解决在低温废气下的甲烷转化问题，本文研究了使用非均质低温等离子DBD技术催化激活低温下的甲烷活性。等离子反应器固定在管状火炉中，从不同的稀有金属中提取出来的钯、铂催化剂分别放置在反应器的下游放电区。分别开展单独等离子和等离子-催化条件下的对比研究。通过试验，对输入功率、混合气体流动率、混合燃气温度和甲烷初始浓度对甲烷转化效率的影响及CO、CO2的选择性均进行了研究。另外，在催化剂方面，研究了不同稀有金属的影响情况。最终确认了甲烷转化效率最高的最佳条件。而且，低温等离子技术能大幅降低甲烷反应温度。相比单独等离子体方案，等离子体-催化剂方案即便在排气温度低的情况下，通过提高等离子反应器的功率可以使甲烷的反应效率提高。 译者简介： 李垂孝，男，32，中国船舶重工集团公司第七一一研究所，工程师，研究方向：发动机性能。 翻译：李垂孝 校对：李翔

尽管当前全球动力市场正在发生变化，但内燃机仍起到重要的作用。相比于传统的柴油燃料发动机，采用稀薄燃烧的天然气发动机由于高经济性和环境友好性而被广泛研究和应用，而且相比于2008年，IMO已经初步制定政策：到2030年，至少降低船舶GHG40%排放；到2050年，至少降低50%排放。为了达到上述环境目标，寻找比柴油更低，甚至零碳排放的燃料显得更为迫切。由于甲烷相比于CO2的温室效应更强，法规对未燃碳氢，尤其是甲烷的要求更加严格，这也限制了诸如德国或荷兰在CHP市场的天然气销量。对于航运业，IMO的政策并没有忽略这样的一个事实：随着甲烷排放的快速发展，LNG燃料混合物的份额也越来越高（虽然全球航运的基数低，但是这与发动机的燃烧过程有关）。由于CH4的氧化需要极高的激活能量, 因此对于稀燃发动机应对最严格排放设定标准而采用的甲烷排放技术，其商业可行性仍旧是受到限制的。 本文研究了在小的热电单元中采用2种不同的方案降低高速稀薄燃烧开式燃烧室气体机的甲烷逃逸。第一种方案是集中在燃料方面，具体研究在天然气和沼气中添加不同体积分数的氢气（2.5VOL.-%,5 VOL.-%，8 VOL.-%）。通常调节点火正时对循环变动、热效率、CO和碳氢排放会有积极作用，同时一定程度上降低NOx排放。当氢气浓度为88VOL.-%时，甲烷逃逸量将减小10%。因此，诸如天然气中添氢的措施能够提高燃烧性能和稀薄燃烧发动机的品质。高氢气掺混比可以实现非常低的甲烷逃逸。 稀薄燃烧较低的排气温度对催化甲烷是一大挑战，因此，一项关于采用局部电加热的钯金属网催化后处理装置已用于试验。为了获得一个基本对机制和过程的理解，针对停留时间、过量空气系数、最关键的局部温度、电功率等不同参数进行了研究。试验结果表明，局部加热废气的方式可以减小甲烷排放至两位数ppm水平。通过改变加热顺序和催化剂金属网结构，能够很好的体现局部加热反应加速的重要性。从概念研究中得出的重要结论可以进一步借助研究项目的具体工作包展开研究，目的是增加对在线甲烷氧化机制的理解和当前排序的设计优化，进而开发出一整套用于发动机的测试系统。上述研究信息和数据的分析将会有力的支撑安装在挪威的渡轮上的大型船用天然气发动机的测试设备的改进提升。 关键词：甲烷逃逸；开放式燃烧室；稀薄燃烧；气体机 译者简介： 李垂孝，男，32，中国船舶重工集团公司第七一一研究所，工程师，研究方向：发动机性能。 翻译：李垂孝 校对：李翔

未来天然气将会是一种大范围替代传统柴油发动机的充满前景的燃料。然而，由于排气中的未燃甲烷的四面体的稳定结构和远低于燃烧界限（5%-15%）的含量浓度使其氧化成为难题。高温环境（>550℃）需要采用催化转化的方法对稀薄甲烷进行完全氧化，因此，在发动机的许多运行工况点，排气温度很难使未燃甲烷完全氧化。本研究中，一种新型的电场催化氧化系统被应用于稀薄CH4的氧化。超过1%的Pd/Co3O4催化剂，存在电场时稀薄甲烷（0.2%）的点火温度从358℃降低至293℃，稀薄甲烷完全转化的温度是350℃。另外，在保持相同的效率水平条件下，电场可以减小Pd量。相比于等离子技术，电场联合催化剂技术可使用输入电流3mA、输入电压不超过500V、功率超过37Kw的小容器达到更节能、更实用的效果。 研究证实，电场对稀薄甲烷氧化的影响超过Pd/Co3O4催化剂。电场提供自由电子来促进Co3O4中晶格氧的释放，因此加强了Pd的氧化。另外，在电场中钴元素氧化作为良好的“水槽”可以加速PdO表面的氢元素的分离，因而更容易激活甲烷活性。TPR结果证明，电场可以加强PdOx的还原性，在低温下CH4更容易氧化。采用in-situ FTIR技术，电场可以很大程度上促进CH4的化学吸附和脱氢作用，加速中间产品的化学反应，进一步加快稀薄CH4的催化氧化。最后，通过上述复杂研究提出了采用电场进行CH4的催化氧化机理。 关键词：天然气发动机;甲烷催化;电催化;排放 译者简介： 李垂孝，男，32，中国船舶重工集团公司第七一一研究所，工程师，研究方向：发动机性能。 翻译：李垂孝 校对：李翔

一方面，甲烷在能源和化工产品上是重要的资源，另一方面，它是一种造成全球变暖的温室气体。相比于其他碳氢燃料，稀薄燃烧气体机相比其他燃料可以产生更低的碳氧化物排放来实现热电联产。未来可通过减少废气中的未燃甲烷实现温室气体排放的减少。作为生产高速稀薄燃烧气体机的制造商，MTU通过提高发动机效率和降低甲烷排放为减少温室气体排放做出了重要贡献。当前应用的稀有金属作为催化剂来降低废气中的甲烷技术对废气中的水和硫化物非常敏感。废气中这两种组份的存在会使甲烷转化效率在一定涡前排温条件下急剧下降。将催化器放置在排气涡轮上游可以利用高温来提高催化效率。然而，面临诸如热应力、效率降低、机械性能衰减带来的额外挑战需要进行攻关研究。目前已经开展评估设计了一整套的涡前催化装置以提高稀薄燃烧气体机甲烷转化率。在发动机运行期间，通过对质量流量、温度、催化容积等变量影响规律的研究可以更好的理解催化器性能情况。同时，基于时间的涡前催化技术已经随整机运行超过400h。与此同时，在另外一个测试台架进行了对比试验，该台架采用新鲜和人工合成老化后的试验试制催化器样品。在真实废气温度条件下，涡前催化拥有很高的催化转化效率的潜力。热液老化效应受时间影响较大，增加催化容积可以改善该问题。然而会带来增大系统体积、成本提高、效率降低等不利因素。发动机测试得出了详细的关于涡前催化技术对发动机的实际影响情况。 关键词：天然气发动机；甲烷催化；后处理装置；排放 译者简介： 李垂孝，男，32，中国船舶重工集团公司第七一一研究所，工程师，研究方向：发动机性能。 翻译：李垂孝 校对：李翔

当可再生资源不能满足总体要求时，动力装置对可再生能源的需求急剧增加。对急需的动力装置而言,气体机是切实可行的选择。然而，在天然气或生物气体燃烧过程中，未燃燃料,尤其是甲烷将随废气排出。实践证明Pd-Pt/AI2O3催化转化器对甲烷催化效率最高，但很容易被废气中的水和硫污染，污染过的催化器是失效的,且转化效率非常低。可通过再生的技术手段实现催化器再生。根据文献表明，喷氢是最有效的再生方式。本文研究了在3种不同温度条件下，分析喷氢对Pd-Pt/AI2O3催化转化器的再生情况。已经在一台改装中速天然气发动机尾气中展开研究。通过分析催化器下游的甲烷转化和SO2浓度评价催化再生情况。试验方案包括H2的喷射浓度（1%-2.5%）和持续时间（10min-1h）。结果表明，激活催化器的最低排气温度是380℃，在甲烷转换方面，500℃的试验温度比较成功，但不具备长时间的再生效应。在所有的试验中，催化再生开始后废气中立即生成大量的SO2，这表明催化器中添氢后释放了SO2。进一步研究则需要针对改善再生过程及评估高温下的长效机制。 关键词：气体机；甲烷逃逸；催化转化；喷氢；排放 译者简介： 李垂孝，男，32，中国船舶重工集团公司第七一一研究所，工程师，研究方向：发动机性能。 翻译：李垂孝 校对：李翔

天然气燃料是一种含硫量低、在稀薄燃烧条件下可以取得高的热效率、低NOx排放的清洁能源，其具有广阔的市场前景。然而在稀薄燃烧技术路线中，一些燃料在燃烧过程中随废气逃逸至大气中。因为天然气主要成分是甲烷，甲烷的温室效应是CO2的21倍，即使很少的排放也需要高度重视。 借助后处理催化可实现大部分燃烧过程中未燃燃料的催化转换，对甲烷逃逸的处理是一个很大的挑战。甲烷中的HC很难被氧化，氧化反应需要很高的温度。 一些与甲烷激活相关的论文介绍了诸如特殊金属材料的选择及使用的催化器材料，同时确定了催化过程中反应器中合适位置所需的发动机废气温度，然后更有挑战性是诸如催化器性能因为废气中的水分和硫化物引起的衰减等问题。 众所周知,“Fit and Forget”技术方案的催化器并不能够解决上述问题，而是需要考虑发动机本体和排放控制技术相互依赖的整体方案，更多的在线检测技术等，调节发动机状态以实现短时间内再生催化器活性。 本文重点介绍了基于试验室及实际应用数据，对高功率高效天然气发动机甲烷逃逸的最新思考。 关键词：天然气发动机;甲烷逃逸;后处理催化;排放 译者简介： 李垂孝，男，32，中国船舶重工集团公司第七一一研究所，工程师，研究方向：发动机性能。 翻译：李垂孝 校对：李翔