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会议报告:2019年CIMAC大会

2019年6月28日

这29thCimac世界大会于2019年6月10日至14日在加拿大温哥华举行。中国CIMAC国会每三年组织一次,是一个主要的技术会议,涵盖了船舶推进,发电和铁路牵引力的内燃机技术。BOB体育APP大约170篇论文刊登了四个并行技术会议,在4天内显示60名海报。今年,国会还在展览馆的午餐期间包括一个发言者角,提供了10分钟的24篇论文的10分钟演示。国会还包括展览发动机,发动机组件和相关产品,具有欧洲供应商的强烈参与。会议由多达800名代表参加。

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会谈的一些重要话题包括即将到来的IMO 2020硫磺上限问题、IMO减少温室气体排放承诺的解决方案、电气化和杂交以及IMO III级后处理解决方案的细节。

imo硫磺帽

从2020年1月1日开始,海洋燃料的全球硫极限将从目前的3.5%下降至0.5%。船舶操作员需要使用不超过0.5%硫的燃料或使用洗涤器来实现可比的SOX排放。全球范围内的大约70,000个海洋船舶的绝大多数需要使用液体石油燃料,硫比0.5%。在2020到3500的距离为2020到3500的血管数量的估计值。开环湿式洗涤器是最常见的,但也可提供干洗技术BOB体育APP[4260].虽然LNG是另一种正在使用的选项,但估计将在2020年运营的LNG燃料血管的数量超过300(DNV GL:318确认,141液化天然气即可截至2019年6月1日的订单。还将使用许多其他燃料,例如甲醇,乙烷和LPG,但主要限于几十个运输为货物的载体。由人ES提供的2020年后燃料的一个可能分布如图1所示[4261].其他预测显示出对高硫HFO的突出作用[4264][4262][4263]

图1.预测2020年后海洋燃料的潜在分布

液态石油燃料将是馏分(DM级)或残渣型燃料(RM级),例如来自低硫原油、脱硫馏分、裂化馏分、重质和轻质加氢馏分,以及与馏分混合以达到硫限量的残余燃料[4261].图2提供了在2020年后可用于生产海洋燃料的不同炼油流的一个解释[4265].鉴于馏分率的价格比含有残留物质的燃料的价格相当高,预计残留型燃料最为常见。用于描述各种燃料的CIMAC术语是[4266]

图2.生产船用燃料油的可能混合工艺

虚线显示2020年后vlsf - rm可能的混合工艺。预计7c路径将是2020年后海洋燃料最常见的路径。

随着这种燃料组合物的显着变化,将在许多燃料特性变化。虽然燃油生产商正在采取措施,以确保其产品良好工作[4267][4268]毫无疑问,过渡期内的挑战将会发生。燃料兼容性和稳定性可能是造成最令人担忧的性质。可能影响的其他性质包括:猫粉,燃烧特性,粘度,密度和冷流量[4261][4266][4269]

稳定的燃料将使沥青细胞悬浮在悬浮液中。为了实现这种情况,燃料必须包含足够的芳烃。稳定性是燃料供应商提供的燃料的特征。ISO 8217具有稳定性要求,如果要求燃料符合ISO 8217,则必须是稳定的。燃料兼容性更多是燃料处理和存储问题。热应力或将稳定的燃料与其他燃料更高,例如链烷烃可以产生不稳定的混合物,并使沥青质掉落并过载板上的燃料清洁设备。

Cawawe研究正在评估48个潜在的海洋燃料混合物(7 ulsfo,26 vlsfo,4个LSFO,11 HSFO),用于稳定性和相容性[4270].它们发现约50%的混合物在整个混合比上彼此相容,其余部分在特定的混合比上相容,例如,10%/ 90%。通过保持燃料尽可能多地进行燃料和仔细管理在可能不相容的混合物之间的燃料切换,可以减轻不相容的问题,以尽量减少沥青质污泥形成的风险。在可能不可能的情况下,污泥分散剂添加剂可能有所帮助[4269][4271].PAS 23263将包含进一步的指导(见下文)。

猫粉是一种小的硬颗粒(Al + Si),可引起高发动机磨损。它们来自FCC机组的炼油厂的泥浆油,用于生产澄清的油(CLO),图2.猫粉通常从燃料中取出,用车载清洁设备取出[4272].虽然ISO 8217-2017将CAT罚款限制为60 ppm的RMG,发动机制造商喜欢在发动机处看到<5 ppm,但可以在短时间内容忍高达15 ppm的值[4261].在许多低硫燃料中可以发现高达百万分之100的含量。vlfos预期的较低粘度应该有助于猫的精细去除[4266][4269]

用于vlfo的一些潜在混合燃料的芳香含量较高,预计将降低这些燃料的一些“最坏情况”的点火质量。这可能是一些高速和中速四冲程发动机的关注,图3[4273].长时间的点火延迟会导致高压梯度和“柴油爆震”。[4275].采用米勒进气气门正时的柴油机在压缩行程结束时可以有较低的缸温,并且对点火质量较差更敏感[4276].而糟糕的点火质量不是一个重要的问题,低速二冲程发动机[4261][4274][4269]在美国,一些劣质燃料的长燃烧时间被怀疑会导致环磨损和衬套磨损等摩擦学问题[4277][4278][4275].后者由图3的蓝色区域反射。假设燃烧的燃料喷雾可以接触气缸套的顶部。通过较小的喷射器喷嘴孔缩短燃烧持续时间,更高的喷射压力是解决后期挑战的一种可能方法[4275].一些发动机制造商还推荐金属陶瓷涂层的活塞环,以减少在边缘润滑条件下磨损的风险[4261]

图3.估计十六烷数在高速、中速四冲程及低速二冲程发动机中的影响

对于VLSFO的粘度可以在馏分到典型的剩余燃料的值之间变化。在Veritas Verifuel测试的试验样品中,注意到50°C的6至386 CST之间的值[4266].可能需要在更宽的范围内调节燃料系统温度,以在发动机处实现比HFO的情况更正的正确粘度。

基于市场上的VLSFO,可以预期低于970千克/ M3的密度。高硫HFO密度通常更接近990 kg / m3[4261]

预计云点,CFPP和倾点等冷流性能也有很大差异,在某些情况下可能会产生挑战。例如,如果使用高度链烷烃低粘度Vlsfo,则在发动机上保持足够高的粘度,同时避免蜡累积可能是一种挑战[4269]

虽然ISO 8217预计是为了响应2020硫磺帽而更新,但由于本文件的5年版本周期,下一个版本将于2022年出版。与此同时,工作正在公开的规格下进行工作PAS 23263:“燃料供应商和用户关于海洋燃料质量的指导,考虑到2020年最多0.50%的实施,”应该在2019年底之前准备就绪。PAS 23263的意图是为燃料供应商提供详细的指导预计在2020年的燃料混合物类型的用户,以及如何在2020年占据全球地堡市场,特别是在稳定性,与其他燃料和冷流性能的兼容性方面进行管理这些燃料。

有关邮政2020年船舶燃料周围问题的其他信息可以在其他地方找到[4279][4280][4278][4265]

GHG减排

2018年,IMO采用了一个初始策略关于从船舶减少GHG排放,确定了国际航运部门三个雄心壮志的船舶:

  1. 通过对新船舶实施进一步阶段的能源效率设计指数(EEDI)来降低船舶的碳强度
  2. 减少国际航运平均碳强度(CO2与2008年相比,排放量/运输工具单位)至少40%到20分,并追求70%以上的努力;和
  3. 与2008年相比,2050年,每年年度温室气体排放量(吨/年)减少至少50%。

虽然临时达到2030年的目标减少了40%的目标2通过效率措施可以实现强度,广泛接受2050个目标只能通过低碳替代物到当前的海洋燃料来实现。

该点由集装箱托运人CMA CGM组说明。他们估计了通过诸如零排放容器进料容器等措施优化其操作的2050年GHG排放的影响,这些措施使用用于运输易腐货物的较小血管中的生物燃料,将能力从中型容器转移到超大集装箱船(ULCS),更好地协调港口活动,以避免ULCS调度延迟和船只更新,具有更现代化和高效的船舶。2050年相对于2008年的GHG变化的总变化范围为-11%,体积增长低(+ 114%的增长)情景,+ 11%在高卷增长(+ 197%的增长)方案[4281].虽然措施减少了他们运营的温室气体强度,但通过广泛的测距效率改进,GHG的降低无处可获得50%。

Roland Clift教授在Collin Trust讲座上研究了一些可用于实现2050年目标的燃料选择。克利夫特教授演讲的背景集中在IPCC 2018年的声明上,该声明称,2030年至2052年期间,全球变暖可能会达到1.5°C。为了避免温度上升超过1.5°C,温室气体必须在2030年前开始减少。

虽然生物燃料可以提供一些温暖的减少,但它们不太可能更换我们目前的化石燃料的使用,因为更换我们当前化石燃料的土地所需的土地〜400 EJ / Y的数量超过当前的土地(牧场+农田)用于食品生产。此外,碳回收期(抵消GHG所需的时间长度释放出在未采用的土地被转换为农田时)可能超过100 y。与生物燃料有关的额外因素是收获,过程和分配所需的能量,它们可以在许多情况下使净能量产生没有吸引力;特别是如果需要大量处理。Clift教授表明,使用生物燃料最有益的方式是应用最少的加工,并在本地使用它们以抵消其他石油燃料的使用。生物质加热和组合的热量和功率(CHP)生成是生物质最有益的用途。将它们转换成精制燃料是最不利的用途之一。

虽然一些人认为液化天然气是减少温室气体排放的良好开端,但从天然气生产到最终使用,液化需求和甲烷排放的不稳定最终使温室气体的好处微不足道。如果我们认真考虑到本世纪中叶将升温限制在1.5°C以内,如果海洋工业认真考虑在类似的时间框架内将温室气体减少50%,那么在确定CO时,应使用较短的20年时间范围内甲烷的全球变暖潜势(GWP)2相当于逃逸甲烷排放。这将甲烷的GWP放在约72左右,而不是在100年的时间范围内适用的〜30的更典型值。较短的时间范围意味着甲烷的逃逸排放量超过〜2.5%,足以使天然气的总温室气体排放与煤炭相似。美国天然气的逃逸排放量由美国EPA估计为2015年的1.4%(其他索赔它可能高达2.3%),而对于俄罗斯的天然气,该价值可能高达8-10%。

将天然气转化为甲醇可以避免一些与挥发性甲烷排放相关的问题,并使其比液化天然气有一点好处。虽然从温室气体的角度来看,从煤炭甚至生物质生产甲醇没有吸引力,但从一些残余生物质如林业残留物生产甲醇可能是有益的。如果不需要大量的清洁,沼气也是有益的。虽然未经清洁的沼气可能不适合用于发动机应用,但它在加热和热电联产应用中的燃烧可以抵消传统天然气的使用。

剩余的无碳电力可以用来制造许多燃料,包括氢、氨和其他使用氢和隔离CO的合成燃料2.然而,使运输燃料可能不是最佳使用碳无碳电力。

由于普遍吹捧的燃料选择似乎不太可能在2050年实现海洋部门温室气体总排放量减少50%的目标,克利夫特教授建议,也许最现实的选择是核能。几十年来,核反应堆一直在为船只提供动力,尽管存在其他问题,但温室气体的排放量确实很低。

In addition to Prof. Clift’s lecture, a number of papers presented views on the most viable fuels to achieve a 50% GHG reduction from the marine sector by 2050. DNV GL concluded that LNG, LPG, methanol, biofuel and power-to-fuel options are the most promising. Power-to-fuel (PtoF, PtX or Power-to-X) is the use of renewable electricity to produce hydrogen or other synthetic fuels[4282].曼能源解决方案讨论了他们的Power-to-X概念,并声称合成天然气来自可再生电力和CO2应该进一步考虑从工业烟囱气体隔离,因为它很适合现代气体和双燃料发动机[4283]

许多文件讨论了使用包括各种生物燃料的各种替代燃料的实际考虑因素[4286][4289][4288]、甲醇[4290][4284][4287],氢气[4290][4285]和合成链烷烃[4291]

杂交

许多论文讨论了杂交技术对船舶的好处。应用,例如客船的时间表操作[4292],集装箱饲养者[4293],渔船[4293],港口船只[4295],离岸支撑船只(OSV)[4296]和公路渡口[4297]通常被认为是杂交的潜在候选者。在这些应用中的一些中,传统的柴油/机械推进系统包括柴油发动机尺寸,该柴油发动机尺寸为船舶需要的最大功率 - 即使这很少需要或仅需要相对较短的时间段。通过缩小主发动机并使用电池电量[4292][4297]或者[4294]为了提供峰值功率,缩小式发动机可以更接近峰值效率,以产生显着的燃料节省。在某些应用中,例如集装箱馈线和渔船,频繁的起重机或绞车操作可以为再生能量捕获提供机会[4293][4294].还可以实现较低的维护成本,并且在某些情况下,是一个证明混合动力驱动器的增加成本的决定因素[4292].电池成本仍然很高,电池非常大的系统(例如,> 10米)可能难以证明[4293].通常需要更大的电池来实现零发射端口操作。但是,并非所有混合方法都需要电池[4294].Another benefit is that hybridization can enable variable speed operation of the propulsion system in systems that would normally require constant speed operation (e.g., due to genset operation) and allow lower engine speeds to be used at part load and/or the use of more efficient propeller systems[4294].在混合动力系统设计中,船舶的运行剖面是一个关键因素。但这种方法的缺点是,混合船的操作灵活性可能会受到限制——操作剖面的重大变化可能会延长回收期,甚至使操作变得不经济。

虽然远洋货船也可以从杂交技术中获益,但这种好处很难证明。代尔夫特大学(Delft University)的一项研究考察了使用混合动力系统实现港口零排放的操作,与传统机械推进相比,船舶的总燃料消耗增加了[4298]

微粒和甲烷排放

随着NRMM阶段V在2020年生效的大型发动机的要求,需要解决在内陆水道上运行的高速和中速海洋发动机的颗粒数(PN)排放。虽然Wärtsilä和VTT提出的排放测量表明,燃气发动机应该能够满足NRMM阶段V PN限制1×1012.#/kWh,那些带有柴油的燃料将不会[4309][4310].这些要求似乎在这些应用中使用的新柴油发动机上强制柴油微粒过滤器(DPF)。

使用馏分燃料的高速发动机的DPF解决方案作为欧盟资助的Hercules 2的一部分,其使用柴油氧化催化剂(DOC),然后是SCR涂覆的DPF(SCRF)。根据这项工作,人们计划在将来测试更传统的Doc-DPF-SCR系统[4300].虽然DPFS与DMA和汽车柴油等一些馏出物燃料相结合时,当与低SAP(硫酸化灰,磷,硫)润滑油结合时,含有甚至少量残留的燃料可能是有问题的并且导致由于灰分而导致快速堵塞积累[4301]

虽然PN排放的测量方法可用于通道和重型车辆,但这些方法可能是挑战,适用于需要大型发动机,并且需要用于大型发动机的替代方法[4309]

甲烷排放受到显着的关注 - 无疑反映了海洋发动机中天然气利用的增加,结合了一些来自这些应用中的一些甲烷排放的意愿。甲烷氧化催化剂得到了显着的关注,包括MTU在预涡轮催化剂上的纸张[4311]以及约翰逊·马修(Johnson Matthey)的简短评论[4312].挪威科技大学和辛特夫海洋的一些中速贫燃SI和低压双燃料发动机的测量表明,虽然新发动机的甲烷排放量减少了甲烷排放,但这些发动机的排放率仍然在约4之间BOB体育APP到11克/千瓦时[4313].在双燃料发动机上应用先进的燃烧策略,如预混料压缩点火(PCCI)或反应性控制压缩点火(RCCI),也可以通过降低淬火效果,显著降低甲烷排放[4314][4315].可用于降低甲烷排放的其他措施包括圆柱停用,闭环先导喷射控制,最小化在低负荷下的操作和导频注射参数的优化[4317][4318].在一些细节中检查WindG的X-DF发动机的甲烷排放,并将猝灭层鉴定为主要来源。根据负载和孔径,THC排放(50-70%,甲烷)的含量约为1-3%。未来的发展可以将甲烷排放量减少超过50%[4316]

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下一届CIMAC大会计划于2022年在韩国釜山举行。

会议网站:cimaccongress.com