图3 ME-GI和XDF典型燃气供应系统对比
XDF的燃气供应系统,其16bar/30℃/45℃的燃气可以由LNG经增压泵加压再经过低压蒸发器和燃气加热器加热或者由BOG压缩机压缩获得。而双燃料四冲程发电机所需要的6bar燃气则由16bar的燃气经减压获得。
在上述两种高、低供气系统中,LNG运输船货舱中的燃气泵位于货舱内部,而LNG动力商船上的LNG泵则位于燃料舱外部。
3、柴油机排放性能对比
对于柴油机来说,其排放性能主要体现在温室气体(CO2、CH4)排放、SOX/NOX以及颗粒物PM等几方面。
对于ME-GI柴油机来说,相对比于其HFO工作模式,燃气模式的温室气体GHG减排量可达25%-30%,而XDF由于存在甲烷逃逸问题,其整体温室气体GHG减排效果只是达到约18%。但是如果考虑ME-GI的燃气压缩机及燃气增压泵等辅助系统所带来的GHG排放,XDF总体GHG排放效果反而要优于ME-GI系统,图4所示为某船实测数据。
图4 ME-GI和XDF温室气体GHG排放对比
由于LNG中已经被除硫,所以ME-GI和XDF柴油机的硫排放基本为零(点火燃油对硫排放影响微小)。这也是为什么以LNG为燃料的柴油机被选为应对2020硫排放限制的主流措施之一。
ME-GI燃气模式的NOX排放可以比其HFO模式降低24%,但是由于燃气模式采用迪塞尔循环燃烧温度较高氮氧化物排放量高,仍不不满足Tier III排放要求,需要加装SCR或者采取EGR技术减排。而XDF燃气模式采用奥托循环,通过控制空燃比λ和点火正时获得最佳燃烧速度,从而获得最佳效率和最低NOx排放效果,可以直接满足Tier III排放要求。X-DF柴油机可实现燃气模式NOx排放比HFO模式减少90%。
因为天然气燃烧充分,ME-GI和XDF的颗粒物PM排放基本为零。
4、燃料消耗率对比
对于MAN和WIN GD两种机型,选取MAN B&W G50ME-C9.6-GI-Tll和WN GD 6RT-Flex50-TII进行比较两者燃油及燃气消耗率。油耗率的测定是用热值为42700Kj/kg的燃油,在ISO条件:大气压1bar/环境温度及冷却水温度均为25℃下测量的。
表1 ME-GI和XDF燃油燃气消耗率对比
通过上表可以看到,对于同样的500mm缸径的柴油机, ME-GI柴油机无论是在燃油模式还是在燃气模式下其油耗率均优于XDF柴油机;而XDF柴油机的点火油消耗率低于ME-GI柴油机。
图5 ME-GI与XDF燃料消耗率对比
总体来说,采用迪塞尔循环的ME-GI柴油机采用燃气直接喷射的扩散燃烧方式,因而其燃烧温度较高,拥有整体较高的热效率。对于选定型号的这两种二冲程双燃料柴油机来说,两者的燃油和燃气消耗率差别明显。
5、热效率对比
得益于二冲程柴油机的较高热效率,ME-GI柴油机在燃气模式下仍然继承了其母型的热效率水平,可达50%左右。而XDF柴油机因为采用奥托循环,压缩比为7-10,低于ME-GI柴油机的迪塞尔循环的11-22水准,因而其热效率只有47%左右。