船用双燃料主机技术大起底

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“船用混烧型双燃料发动机在工作可靠性、技术成熟度、工程化程度、售后服务等方面能不能得到保证还有待时间检验。新一代双燃料发动机LNG的替代率可达到95%甚至更高。被视为船用柴油机发展未来的主流。”

虽受油价波动影响，船用双燃料发动机发展遭遇市场开发瓶颈，但我国内河双燃料动力船示范工程目前仍在有序推进，越来越多的远洋船也开始采用双燃料发动机。这个攥着绿色环保“王牌”的新技术产品，依旧颇受众人期待。

在双燃料发动机的“江湖”有一种说法，那就是国内很多内河船上安装的并非真正意义上的“双燃料发动机”。那谁又是传说中的双燃料主机呢？带着这个疑问，记者采访了哈尔滨工程大学动力与能源工程学院院长马修真。马修真自2007年开始带队研究双燃料动力，对两代双燃料技术都有深入的研究。

混烧型：我是“80后”

今年9月，山东省首艘内河双燃料动力船——“鲁宁清洁1号”投入运营。这艘船装有双燃料动力系统，可实现液化天然气（LNG）和柴油双动力同时运行。

双动力的同时运行，意味着该船的双燃料发动机为混烧型。“混烧型双燃料发动机为上世纪八九十年代的技术。”马修真介绍说，混烧型就是柴油与天然气同时燃烧做功给船舶提供动力。这种技术基于传统柴油机的运行原理，在柴油燃烧后，往汽缸内喷入天然气进行混合燃烧。据马修真介绍，国内生产的这种混烧型双燃料主机，LNG对柴油的替代率能达到70%左右。

目前，国内不少双燃料动力内河示范船运用的就是这种混烧型主机。这种技术在内河推广有一定的优势，从技术上看，混烧型双燃料机的技术难度较小，其排放指标优于传统柴油机，成本也相对较低。

然而，混烧型双燃料发动机的发展还是面临不少问题。由于是混合燃烧，不少业内人士对其安全性仍表示怀疑。而且，在排放方面，国内关于内河排放控制区的政策一旦推出，这种混烧型双燃料发动机恐怕较难满足相关排放法规的标准要求。

此外，业内对该型主机的市场推广很不乐观。一方面，国内的加气站等基础设施仍有待完善；另一方面，当前的能源价格让该型主机最重要的价格优势不复存在。况且随着国内经济增速的放缓，民间改装或新建双动力船舶也缺乏动力。

“船用混烧型双燃料发动机在工作可靠性、技术成熟度、工程化程度、售后服务等方面能不能得到保证还有待时间检验。”马修真表示。

“95%＋”替代率双燃料主机：未来主流

相比“混烧型”发动机，新一代双燃料发动机LNG的替代率可达到95%甚至更高。其被业内称为“真正意义上的双燃料发动机”，被视为船用柴油机发展未来的主流，并已被不少船东采用。

目前应用于实船的双燃料发动机，可实现主机燃油与燃气模式的自由切换。在燃气模式下，柴油承担的仅是引燃的角色，之后则完全通过燃烧天然气提供动力。

近年来，新一代的双燃料发动机技术正从中高速机向低速机领域拓展。2013年11月，瓦锡兰推出了DF系列二冲程低压双燃料发动机。今年6月，位于珠海的玉柴船舶动力股份有限公司生产的世界首台低压双燃料低速机——RT-flex50DF船用双燃料低速发动机成功交验，安装在浙江华祥海运有限公司的一艘LNG运输船上。

对于这种二冲程的双燃料发动机，相关技术要求则更高。据马修真介绍，双燃料低速机目前主要通过微量燃油引燃，即采用微喷引燃技术。

LNG与柴油性质的差异，给新一代发动机的研制带来诸多技术难点。天然气的能量密度低于柴油，因此，天然气的工作温度更高，而且其不具备柴油的润滑作用，致使发动机的磨损十分严重。“如何避免这些问题，都是双燃料发动机的研究重点。”马修真说。

与此同时，天然气对空燃比更加敏感。如果空燃比太低，天然气的浓度过高，会发生爆燃爆震，导致发动机工作不平稳；而如果空燃比太高，则会导致发动机点不着火。马修真说：“双燃料发动机比较理想的空燃比在2.2左右，工作范围较窄，这对控制系统有更高的要求。”

在双燃料主机市场，以瓦锡兰公司推出的DF系列低压型双燃料发动机和曼公司的ME-GI系列高压型双燃料发动机为主。“这两家公司采取了不同的技术路线，其产品也各有利弊。”马修真介绍说，瓦锡兰公司的低压型双燃料主机采取奥拓循环，能够满足国际海事组织（IMO）TierⅢ标准，但也在一定程度上折损了主机功率。而曼公司的高压型双燃料主机，虽然在功率上与传统船机相差不大，但无法满足TierⅢ的标准要求，对需要航行在排放控制区的船舶而言，缺乏竞争优势。

研制：产学研多点发力

在接受记者采访时，马修真刚刚从“中国船用低速机创新工程”通气会上返校。该创新工程由中船动力研究院牵头承担，参研单位包括代表国内相关专业一流水平的高校、研究所和企业单位。哈尔滨工程大学连同国内其他高校，负责关键技术研究，双燃料低速机是其中的重要课题。

2007年，从改善船用发动机排放性能及国家能源结构的目标出发，马修真开始带领团队研究双燃料发动机技术。马修真介绍说，目前两型发动机的研发在同时推进。对混烧型发动机，该团队主要研究基于电子调速的多点喷射技术。“混烧型是过渡，双燃料发动机、纯气体机是未来。”马修真表示，在纯气体机方面，哈工程大学正在进行电子点火研究，希望继续发挥在电控技术上的优势，优化发动机设计，更好的控制空燃比。近年来，马修真带领的团队与希腊船级社（HRS）、英国Ricardo公司等进行了相关技术交流；在国内，则与安庆中船柴油机有限公司进行了双燃料发动机的微喷引燃技术研究，并同淄博柴油机总公司合作进行了双燃料发动机的研究。

据记者了解，目前，我国唯一有双燃料低速机制造经验的玉柴船动将跟进的技术包括：使用重油作为引燃油、引燃油泵国产化、燃油阀单元(GVU)国产化，扩展双燃料发动机功率范围等。马修真说：“在我国企业、科研院所和高校的共同努力下，双燃料低速机的研发取得了一定进展，未来还应继续加大研发力度，争取取得更多的突破。”