內燃機船設備技術創新研究開發

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摘要：針對內燃機船設備中如焚燒爐在使用中發現的問題，提出了焚燒爐污油柜中污油水未被充分混合乳化是關鍵原因所在的觀點，對技術資料采取了詳細研究，尋找技術突破關鍵點等一些綜合性研究方法，運用對策分析法，提出了兩個新技術解決方案。論述了方案的研究內容，對內燃機船相關設備技術創新的技術路線做了詳細解析。

關鍵詞：內燃機船；設備；技術；創新；研究

引言

內燃機船領域實用新型專利技術的研究前景相當廣泛，造船技術及其相關應用技術層出不窮，有很大的發展空間。很多設備可以進行技術革新或創新，如內燃機船焚燒爐使用過程中時常發生熄火現象[1]，生化生活污水處理中裝置使用中365天不能停機，存在很大的使用局限性，一級船用門開啟與關閉很不方便，內燃機氣閥拆卸專用工具必須要一機一工具，缺少通用工具等。焚燒爐在焚燒污油時經常中途熄火，十小時內常見熄火可能達4～5次，故需要技術改進。本項目研究的目的就是以此為代表，提出內燃機船設備技術創新的研究及開發。

1研究的依據和意義

1.1科學意義

以焚燒爐為代表的內燃機船設備技術創新的研究及開發具有很大的應用價值，技術創新能力是衡量高校科研能力的一個重要指標，它代表著高校的技術創新能力，技術創新也是提升企業特別是內燃機船制造業競爭力的重要手段。其中專利技術的質量與數量是高校創新能力與核心競爭力的體現。企業獲得并通過專利應用可以獲得長期的利益回報。企業通過購買成果轉化獲得專利技術還可以申報高新技術企業、創新基金。高校研究和發明專利或實用新型專利再通過成果轉化使得企業與學校獲得雙贏。

1.2應用前景

內燃機船制造業是高度國際化的產業，也是技術密集型的產業，在參與國際化進程中也必然要遵循市場和自由化的運行體制。中國經濟對當前世界海運量增長影響力最大，而且為我國內燃機船制造業發展提供了廣闊的內需市場。中國經濟的持續、快速、健康的發展也為內燃機船制造業創造了良好的宏觀環境。從2001年起到現在，這一時期是我國內燃機船制造業加速發展的時期。我國內燃機船制造業抓住機遇，以能力建設和自主創新為核心，取得了突出的成就，造船產量呈現跨越式增長，自主創新能力顯著提高，我國已經發展成為具有世界影響力的造船大國強國。在引進造船技術消化吸收的基礎上，內燃機船制造業更加注重自主發展。多年來，內燃機船制造業已經形成一種在引進的基礎上加強自主品牌開發，以技術拓展市場的發展模式。內燃機船設備技術創新的應用前景很廣闊，主要涉及到內燃機制造安裝技術、船舶制造、船舶舾裝、修船技術、船機設計與安裝、船舶輪機工程技術等。

1.3國內外研究動態及問題提出

內燃機船設備實用新型技術的創新研究，包括焚燒爐等設備的技術創新。焚燒爐是用來焚燒固體垃圾、廢棄船舶機艙污油的，但主要是用來焚燒污油。固體垃圾可在船舶駛離海岸12海里后直接拋棄入海。目前國內外對內燃機船焚燒爐制造技術總體上比較成熟，但目前還存在一個比較明顯的缺陷，其相關技術研究也缺少，關注的人少，形成技術空白點。焚燒爐在焚燒污油時經常中途熄火，十小時內熄火可能有4～5次。原因分析如下：①爐溫太低；②主、輔燃燒器故障或缺少維護；③來自污油箱的污油加熱溫度低于80度，水分大于50%；④污油水未給予充分的混合乳化；⑤其它原因。上述第1、2條原因一般可以通過加強管理，減少人為控制因素消除問題，如輔燃燒器伴燒時間調節以增高爐膛溫度在850度左右為宜。主、輔燃燒器要定時保養避免燃燒器故障[2]。污油加熱溫度則完全可通過加熱器時長將溫度控制在80～110℃，通過底部釋放殘水控制水分不大于50%。剩下的原因就是污油水未給予充分的混合乳化了。

2焚燒爐研究項目的分析及內容

2.1對策分析

針對污油水未被充分的混合乳化問題。經研究分析及實踐證明，發現焚燒爐裝置原來配置的污油循環泵存在下述二個關聯原因。第一個關聯原因是采用離心泵做污油循環泵，由于離心泵對污油水的粉碎和乳化作用較弱小，達不到滿意的污油水的粉碎和乳化效果。因此建議在本污油箱的頂部加裝一個立式攪拌機，以增強粉碎和乳化強度。第二個關聯原因是污油循環泵原來安裝在污油箱的底部，這樣存在一個安裝位置不合理的因素，因為污油箱底部有垃圾殘渣，這會導致垃圾殘渣被輸出，導致污油管系堵塞，特別是堵塞主燃燒器或影響燃燒器的燃燒效果，嚴重時可直接導致污油的焚燒熄火。故建議將污油循環泵安裝在污油箱側面一般距離底部200mm處，以避免焚燒爐中途熄火。

2.2研究內容

為實現上述目的，本實用新型技術研究提供如下技術創新方案：一種內燃機船焚燒爐污油箱改造裝置，包括焚燒爐本體、煙氣風機、污油箱以及與焚燒爐本體的燃燒器連通的污油循環泵，所述污油循環泵的吸油管和回油管均與所述污油箱的側壁連通，所述；還包括一設置在所述污油箱外的立式攪拌機，所述立式攪拌機的主軸伸入所述污油箱內，主軸末端設置有槳葉；所述污油箱的排氣管內設置有一“U”型冷凝管，所述冷凝管最低處連通有一用于排水的細管，所述細管上設置有一截止閥。①焚燒爐本體內設置有火焰探測器和溫度傳感器，所述火焰探測器和溫度傳感器通過一控制器控制。②還包括一控制箱，所述控制器設置在所述控制箱的一側面上；所述控制箱包括可觸摸的顯示屏以及報警器。③吸油管與污油箱的連接位置距離污油箱的箱底距離不小于200mm。④污油箱底部還設置有一放殘閥。⑤回油管上設置有一調節閥。

3研究過程

3.1所采取的研究方法

①尋找收集與焚燒爐污油箱改造裝置相關的資料[3]。②分析并研究資料，尋找技術突破關鍵點。③利用我校實驗室設備展開現場實驗研究。④綜合分析運用，提出實用新型專利技術方案。⑤利用實驗條件及模擬方法或理論推演進行驗證。⑥修改技術方案。⑦形成專利技術交底書。⑧委托專利公司包裝潤筆，并向專利局提出專利申請。

3.2技術路線

下面將結合焚燒爐污油箱改造裝技術創新實施例中的附圖，對本技術創新實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本技術創新一部分實施例[4]，而不是全部的實施例。如圖1所示，本實施例的內燃機船焚燒爐污油箱改造裝置，包括焚燒爐本體1、煙氣風機2、污油箱3以及與焚燒爐本體1連通的污油循環泵4，所述污油循環泵4上連通有吸油管41和回油管63；吸油管41和回油管63的另一端連通于污油箱3的側壁；還包括一設置在污油箱3外的立式攪拌機5，立式攪拌機5的主軸51伸入污油箱3內，主軸51末端設置有槳葉52，立式攪拌機5與污油循環泵4共同對污油進行乳化；污油箱3還包括一加熱器，在將污油泵入焚燒爐本體1內時要預先將污油加熱至80～100℃，同時還要保證污油的含水率低于30%；通過加熱污油，能夠使得污油箱3內的水更快速的蒸發；污油箱3上還設置有一根排氣管31，排氣管31上連接設置有一根“U”型冷凝管32，冷凝管32最低處連通有一用于排水的細管33，細管33上設置有一截止閥34，截止閥34可連通污水箱將蒸汽凝結的水排走；污油箱3的尺寸根據船體的噸位來設計，一般民用船上的污油箱的容積為500升左右，根據污油箱尺寸，應當選擇型號為：JBTY———200的立式攪拌機；在焚燒爐本體1工作時，污油循環泵4停止污油的循環，通過油管向焚燒爐本體1的燃燒器供油，此時立式攪拌機5持續工作保障污油箱3內的污油不發生油水分離。所述焚燒爐本體1內設置有火焰探測器和溫度傳感器，火焰探測器和溫度傳感器通過一控制器61控制；內燃機船焚燒爐污油箱改造裝置還包括一控制箱6，控制箱6包括可觸摸的顯示屏以及報警器；在焚燒爐本體1上安裝有一倉門，用來投放固體垃圾或者清除爐灰的；當焚燒爐本體1爐內溫度降至80℃以下時，爐門才允許打開。帶觸控的顯示屏安裝在控制柜6的側面，有4個預定義的按鍵；可以用來選擇燃燒方式和停止燃燒。整個燃燒過程由PLC控制器61自動控制并由人機界面監視，并安裝有火焰探測器進行燃燒時火焰的檢測，燃燒時爐膛溫度也由PLC控制器61自動控制；焚燒爐本體1內高溫報警度是1200℃，煙氣風機2的煙道高溫報警溫度是340℃。

4結語

①該種內燃機船焚燒爐污油箱改造裝置，設置有立式攪拌機能夠配合污油循環泵對污油進行乳化作用，配合污油循環泵共同對污油箱內的污油進行攪拌，防止出現油水分離。②該裝置污油循環泵設置在污油箱的側面，吸油管與污油箱底部間隔設置，避免了污油內的雜質通過污油循環泵進入焚燒爐本體上的燃燒器，保障了燃燒器能夠持續工作而不容易發生管路堵塞。③該污油箱改造裝置，通過設置冷凝管，在加熱污油箱時避免了冷凝水回流至污油箱內，使得污油內的含水量能夠降至標準以下。2020年10月30日本項目新技術獲得了國家專利局的實用新型專利：一種船用焚燒爐污油箱改造裝置。

參考文獻：

[1]孫建波.船機管理與故障處理[M].大連：大連海事大學出版社，2012（12）：176-179.

[2]王福秋.船用焚燒爐運行管理的改進分析[J].青島：青島遠洋船員學院學報，2011（4）：35-36.

[3]施耀新.基于比例調節的船用焚燒爐系統研發[J].上海：船舶，2012（6）：43-44.

[4]周明華.船舶機艙故障分析和安全措施[J].上海：上海造船，2007（1）：22-23.

作者：呂鳳明 單位：福建船政交通職業學院