大型船用柴油机高压SCＲ系统研究.docx

随着人们环保意识的日益增强，船用柴油机作为一个重要的污染源已经引起高度重视。

根据国际海洋环境保护委员会(MEPC)2008年正式通过的MAＲPOL公约附则Ⅵ的修正案的要求，船用柴油机NOx排放须逐步降低，各阶段限值如图1所示。

图1NOx排放限值

2016年起，行驶在排放控制区域内的船舶的NOx、SOx和颗粒物排放受到严格限制。

排放控制区具体如图2所示。

图2排放控制区

目前，降低大型船用柴油机NOx排放的主要方法之一是SCＲ(选择性催化还原)法，这也是目前应对IMO排放法规的切实有效的技术。

该技术采用NH?作为还原剂，利用NH?对NOx的选择性催化还原，优先将NOx还原成N?和H?O。

此技术具有转化效率高，成熟可靠，对柴油机性能影响小，对柴油机零部件及船体改造要求小等特点。

一、SCＲ国内外研究现状

1、国外SCＲ技术研究现状

美国Engehard公司首先发现SCＲ技术原理并于1957年申请了专利。

MDT作为全球船舶柴油机两大专利商之一，于1989年首次在其6S50MC船用二冲程柴油机上使用了SCＲ技术，将NOx排放降至约2(g·kW－1.h－1)，并进行了实船试验。

MDT经过近30年的研究与改进，通过匹配增压器、鼓风机，调整正时等技术，优化了SCＲ技术中对柴油机性能有影响的因素，使其SCＲ技术完全满足TierⅢ的排放法规要求。

2011年MDT的首条满足TierⅢ法规的实船在日本进行了试航。

WinGD作为世界上另一船用柴油机专利商，从1970年起就开始研究SCＲ技术。

目前的技术特征主要是:?

以V?O?/TiO?为催化剂，尿素水溶液为还原剂;SCＲ系统的NOx转化率达到85%左右，同时CO和HC可降低70%。

2、国内SCＲ技术研究现状

相对于国外的SCＲ技术，国内的SCＲ技术尚处于起步阶段。

有科研院所从2010年开始着手研究SCＲ技术。

沪东重机与中船三井于2014年联合研发了国内首套低速柴油机增压器前SCＲ系统，匹配的主机为5ＲT-flex58T-D，最大持续功率10000kW。

2015年，两公司再次以6S50ME-C8.2主机为载体，进行了增压器前、后SCＲ系统试验，取得了一系列成果及核心技术，为SCＲ技术商品化打下了坚实的基础。

二、大型船用柴油机SCＲ技术研究

1、SCＲ原理

SCＲ的原理是:?

还原剂在SCＲ催化剂的作用下，选择性地与排气中NOx反应，生成无害的N?和H?O。

如图3所示。

图3SCＲ原理

柴油机废气进入排气集管和SCＲ催化器中，尿素水溶液在喷射后转化为氨气，再与废气中的NOx发生还原反应。

具体反应过程如下:

2、SCＲ技术方案

大型船用柴油机及船体结构复杂，改动成本较大。

目前针对大型船用柴油机设计的SCＲ技术方案主要有两种，如图4所示。

图4SCＲ系统的两种方案

一种是增压器前SCＲ系统(Pre-turbineSCＲ)，简称为高压SCＲ系统;

另一种是增压器后SCＲ系统(PostturbineSCＲ)，简称为低压SCＲ系统。

3、高压SCＲ系统

高压SCＲ系统布置如图5所示。

图5高压SCＲ系统

其采用反应温度高于300℃的催化剂。

高温催化剂抗硫中毒性能强，对燃料含硫量不敏感。

该系统可用于使用重油燃料的主机。

4、低压SCＲ系统

低压SCＲ系统反应器安装在涡轮增压器后，如图6所示。

图6低压SCＲ系统

其采用反应温度低于300℃的催化剂，相对于高压SCＲ系统，反应温度低于300℃的催化剂容易发生硫中毒。

但低压SCＲ系统布置灵活，柴油机可以维持原设计不变，可以减少占用主机舱空间，具有空间优势。

5、SCＲ系统技术指标

SCＲ系统作为一种减排技术手段，其降低排放的能力是一个主要的考核指标。

结合SCＲ的反应过程，其主要技术指标有以下4个:

(1)NOx排放量

此处的NOx排放量是指经过SCＲ系统后排气中的NOx量。

NOx排放量由有资质的第三方按MAＲPOL73/78的相关规定进行测量，是衡量主机排放是否达到TierⅢ排放标准的重要指标。

(2)NOx转化率

NOx转化率是指安装SCＲ系统的柴油机在指定工况下运行时，反应器进出口的NOx量的变化率。

该指标要求的是在各工况下的最低NOx转化效率。

(3)NH?泄漏量

NH?泄漏量是评价SCＲ系统是否会产生二次污染的重要指标。

(4)排气压力损失

船用柴油机在安装SCＲ系统后会对主机的排气背压产生一定的影响，而排气背压直接影响柴油机的性能，因此排气压力损失是SCＲ系统性能的另一个重要指标。

针对最大持续功率为9960kW的6S50ME-C8.