九、新建内河纯LNG动力船舶应用技术

1.技术概要

纯LNG动力船舶是指以液化天然气代替传统燃油作为动力的船舶。使用LNG燃料作为主发动机的单一燃料，完全替代柴油。单一燃料气体发动机的主体结构和原理与柴油机一致，是将LNG燃料气化后与空气混合在机体内部燃烧释放热能转变成机械能的内燃机。相比传统船舶，具有经济性更好，环保降碳效益更高的优点。

2.适用范围

该技术适用内河运输船舶。

3.技术内容

船舶使用LNG燃料作为主发动机的单一燃料，完全替代柴油。单一燃料气体发动机的主体结构和原理与柴油机一致，将LNG燃料汽化后与空气混合在机体内部燃烧释放热能转变成机械能。

LNG燃料经过水浴式汽化器加热由低温液态转变成常温气态，在缓冲罐内蓄压，经过燃气计量阀对每个汽缸实现精确燃料流量控制，然后在混合器内与空气充分混合，通过电子节气门的启闭和开度控制，使每个汽缸获得正确的混合气体，再由每缸的火花塞进行点燃。燃烧后的废气排气端设有氧传感器，监测燃烧情况的是否完全，经过控制模块计算适当的空燃比，进而控制流量计量阀的燃料流量大小，实现充分燃烧。在废气端还设有废气控制阀，通过控制模块调节废气控制阀开关的占空比，可在一定压力范围内控制增压器废气控制阀的开度，从而达到间接控制增压器增压压力的目的。

主发动机燃气电子喷射控制系统根据使用工况设定由船机控制模块进行各机构自动控制。燃气进气方式为电控单点喷射，天然气在进入发动机管系后经过电磁阀、稳压器和燃料计量阀等部件。根据船机控制模块的信号控制是否供气、调整燃料供给量、调整燃料计量阀喷嘴脉宽占空比、控制燃料分配给每个喷嘴的喷射量，保证发动机在设定的空燃比下运行，供气及时、停气干脆，供气量和占空比精确。进机空燃比采用闭环控制，是在发动机运行时对空燃比采用闭环控制，也称为负荷闭环控制。根据油门要求通过船机控制模块控制电子节气门或点火控制模块等执行动作监测实际结果，使实际结果与目标一致从而实现实际空燃比和理论空燃比一致。废气端氧传感器测量排气中氧的浓度，并转化成电子信号传输给船机控制模块。控制模块依据预设定的空气和天然气的燃烧比数值，通过调整喷射脉宽调节燃料的供给量，使发动机机达到最佳内部燃烧状态。湿度传感器检测进气湿度，船机控制模块根据测得的湿度和其他传感器的压力等数值来修正空燃比，进而补偿环境所造成的影响，使发动机运行在最佳状态。

主发动机高温冷却水采用闭式循环，联通LNG水浴式汽化器，当主发动机启动后或需要加大油门时，主机产生的热量增加，LNG需求量相应的增加，LNG的加热汽化量也同时加大，经过大量的试验和计算数据验证，主发动机在各种工况下产生的热量均能够满足水浴式汽化器的热交换量，使主机冷却水系统的热能进行有效的利用。

船舶装载LNG燃料实时监测系统，靠泊和航行中不间断监控燃料存量等数据，并在船舶日志详细记录消耗数据，并统一汇报船舶管理部门归档整理，管理人员按照航线航程计划，充分合理的制定LNG燃料消耗补充规划，提高运营效率。

4.案例分析

（1）技术应用单位

绿色动力水上运输有限公司。

（2）技术应用情况

绿色动力水上运输有限公司共新建200艘LNG动力干货船，其中600tLNG干货船100艘，共投资29950万元，800tLNG干货船50艘，共投资17140万元，1000tLNG干货船50艘，共投资17910万元。平均新建LNG动力干货船舶投资额为325万元/艘。

（3）效益分析

使用单一LNG“清洁能源”作为燃料，可实现燃油替代率100%，据统计LNG燃料的使用情况，每船每月可替代燃油0.84t，折合标准煤1.2tce，200艘新建LNG船舶年替代燃油2016t，折合标准煤2880tce。

因LNG比柴油价格低，同里程LNG燃料成本相比柴油可节约20%，且设备故障率和保养成本低。采用主机闭式热能循环利用每船可一次性降低成本5000元。LNG监控系统防止蒸发浪费，每船每月可节约燃料成本约500元。

相比传统柴油燃料船舶，可减少CO2排放25%，SOx和PM2.5排放接近100%。此外，因使用LNG燃料，全船无油，可有效减少燃油泄漏或设备检修带来的水体和环境污染。

5.推广建议

应用企业在开展新建纯LNG动力船舶应用时，应结合当地LNG加气站布局规划，保障加气基础设施建设能够满足LNG动力船舶应用的需要。

十、基于减小螺旋桨运动阻力的船舶推进系统节能改造技术

1.技术概要

船舶螺旋桨工作时，通过电机驱动水流而产生推进力的同时，一部分动能会随螺旋桨尾流耗散到船后静止水体，造成能量损失。在保持原船推进主机、轴系不变的前提下，通过加装消涡鳍、前置预旋导轮，或可调螺距螺旋桨、高效导管等节能改造装置，对船舶的船桨推进系统进行技术改造，可有效降低螺旋桨运动阻力、回收螺旋桨尾流能量损失，从而提高船舶推进动力，达到提高能效、降低能耗目的。

2.适用范围

该技术适用于船龄较长、推进力不足、未安装导流罩等设备的旧船或新造船。