《Heliyon》：Effects of scrubber installation on a fishing boat on the variation in engine performance
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船用柴油机使用比车用燃油品质差得多的燃料油。这种劣质燃料油含有高硫分、沥青质和金属杂质，且黏度很高。船东可以选择使用极低硫燃料油（very low sulfur fuel oil, VLSFO）或安装洗涤器（scrubber）以满足硫排放要求。然而，洗涤器成本
船用柴油机使用比车用燃油品质差得多的燃料油。这种劣质燃料油含有高硫分、沥青质和金属杂质，且黏度很高。船东可以选择使用极低硫燃料油（very low sulfur fuel oil, VLSFO）或安装洗涤器（scrubber）以满足硫排放要求。然而，洗涤器成本仍然过高，因此仅适用于大型集装箱船。为此，研究人员提出设计、建造并测试一种适用于渔船的小型经济型洗涤器。使用发动机测功机（engine dynamometer）测试安装洗涤器后的发动机性能。实验结果表明，在排气管上安装洗涤器使燃油消耗率和制动比油耗（brake-specific fuel consumption, BSFC）增加。与向洗涤器内注入3种洗涤剂与柴油机排气混合的效果相比，实验结果表明使用海水洗涤剂时所需的过程进气量较少。淡水洗涤时排气温度略高。海水是渔船运行中最易获得的洗涤剂。结果表明，该洗涤器已成功完成设计、制造和测试。将洗涤器安装到发动机排气系统中后，发现其会使发动机性能包括BSFC略有下降。此外，本研究设计的洗涤器在建造费用和合理调节发动机性能之间取得了良好平衡。
**论文解读：渔船用小型开环湿式洗涤器的设计及对发动机性能影响的研究**
国际海事组织（IMO）通过《国际防止船舶造成污染公约》（MARPOL）附则VI，规定自2020年1月起，船用燃料油硫含量需由3.5 wt%大幅降至0.5 wt%以下；在硫排放控制区（SECA）内，硫含量不得超过0.1 wt%。面对这一强制法规，船东通常有两种选择：使用价格更高的极低硫燃料油（VLSFO），或继续使用高硫燃料油（HFO）并加装废气清洁系统（EGCS，即洗涤器）。然而，低硫燃油可能会降低船舶柴油机运动部件的润滑性；而商用洗涤器，尤其适用于大型商船的开环或混合式洗涤器，其建造成本高达200万至500万美元，且占用甲板空间大，普通渔船船东难以负担。此外，沿海渔船普遍使用A级渔船燃油，其硫含量虽已降至0.5 wt%以下，但仍为车用汽油和柴油（硫含量需低于10 ppm）的500倍。渔船常在人口密集的沿海或近岸区域作业，其排放的硫氧化物（SOx）和含硫酸盐颗粒物（PM）对居民健康和环境造成直接威胁。以往针对洗涤器的研究多集中于国际航线的大型商船，例如Behrendt等人提出的催化燃料处理方法、Díaz-Secades等人对近废钢龄游轮加装开环洗涤器的研究等，但针对小型渔船安装洗涤器后发动机性能变化的实际测试数据仍属空白。因此，研究人员设计并建造了一种专用于小型渔船的经济型U型开环湿式洗涤器，并以典型渔船柴油机为对象，通过台架试验系统评估了洗涤器安装对发动机动力性、经济性和排放特性的影响。该论文发表于《Heliyon》。
研究人员使用一台五十铃（Isuzu）UMBD1型渔船用柴油机，该机为直列四缸、四冲程、自然吸气、直接喷射、淡水冷却柴油机，总排量3856 cc，最大功率64.706 kW（2800 rpm）。试验中利用FE-150S型涡流测功机控制发动机负荷，固定扭矩为98 N·m，转速调节范围为1000至1800 rpm。自行设计的U型开环湿式洗涤器内部设有9个雾化喷头（单个喷头喷射率约90 cc/min）和3块折流板，以促进废气与洗涤剂的充分混合。试验燃料为A级渔船燃油（硫含量<0.5 wt%），洗涤剂采用海水、淡水和尿素三种，分别注入洗涤器与废气混合。通过排气分析仪和K型热电偶测量排气成分和温度，计算燃油消耗率、制动比油耗（BSFC）和过量空气系数（λ）等指标。每个工况独立重复3次，数据以平均值±1个标准差表示。该洗涤器由基隆的Central Marine Ltd.制造，尺寸约为长和宽高各2.5 m，可布置于渔船有限空间内。
研究结果部分如下：
**3.1 燃油消耗率**
在发动机转速1000至1600 rpm范围内，安装洗涤器后的平均燃油消耗率明显高于未安装洗涤器时；当转速升高到1800 rpm时，两者趋于一致，洗涤器造成的附加油耗几乎消失。这说明洗涤器增加了排气系统的流动阻力，发动机需要喷射更多燃油以维持设定的扭矩。
**3.2 制动比油耗（BSFC）**
在固定扭矩98 N·m条件下，1000至1600 rpm之间安装洗涤器后的BSFC均高于未安装时；但1800 rpm时，未安装洗涤器的BSFC反而高于安装洗涤器的情况。这表明在典型中低转速工况下，洗涤器安装会小幅恶化燃油经济性，而高转速下差异不明显。
**3.3 过量空气系数（λ）**
注入淡水时，由排气分析仪测得的过量空气系数最高；海水洗涤剂在大部分转速下测得的λ较低，仅1000 rpm时例外；未安装洗涤器时λ最低。由于未直接测量排气背压和洗涤器压降，该变化应归因于洗涤剂溶解二氧化碳（CO2）等气体后改变了排气成分，而非实际进气量增加。
**3.4 排气温度**
未安装洗涤器时，排气温度高于安装洗涤器并注入洗涤剂的情况。三种洗涤剂之间排气温度差异不大，但淡水状态下温度略高，这可能与其较大的热容有关。洗涤器的冷却作用使排气温度明显降低，这与现有文献中废气处理系统降低排气温度的结果一致。
在讨论部分，研究人员指出，洗涤器安装带来的性能下降与Karatu?等人在原油运输船上进行的洗涤器可行性分析结果一致，即发电量和燃油消耗均增加。同时，尽管短期可满足硫排放法规，但仍需考虑替代燃料和更先进的脱硫技术。本研究的洗涤器制造成本约3000美元，安装耗时约1天，对于近海小型渔船具有较好的经济适用性。研究结论如下：（1）在1000至1600 rpm转速范围内，安装洗涤器的平均燃油消耗率高于未安装，而1800 rpm时两者相近；（2）在固定制动扭矩98 N·m下，安装洗涤器后BSFC在1000至1600 rpm时较高，高转速下差异减小；（3）测得的过量空气系数随洗涤剂种类变化，淡水通常产生最高值，海水在多数测试转速下较低，这些结果应解释为排气成分变化，而非进气需求增加的直接证据；（4）安装洗涤器并注入室温洗涤剂后，排气温度低于未安装时，三种洗涤剂间无显著差异，但淡水洗涤时略高；（5）为近海低功率渔船设计的小型开环湿式洗涤器，制造费用约3000美元，连接至排气管约需1天，测试结果良好，表明在可接受的发动机性能下降范围内实现了经济可行的硫排放控制。
