船舶柴油机尾气SCR减排技术分析作者：王强来源：《科技资讯》2021年第21期 摘 要：国际海事组织（IMO）修订了MARPOL73/78公约附则Ⅵ，开始实施更加严格的TierⅢ阶段法规，法规要求NOx排放量相比TierⅠ阶段降低80%，通过分析比较船舶柴油机尾气排放控制技术，得出船舶柴油机尾气处理技术主要采用SCR处理技术，通过分析研 究国内外SCR排放处理技术现状，探讨SCR处理技术系统组成，探究SCR处理技术化学反应机理，为展开SCR排放技术研究提供参考。
关键词：船舶柴油机 尾气 SCR 反应机理
逐步追踪 中图分类号：U664.121 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）07（c）-0078-04
Abstract： The International Maritime Organization （IMO） revised the MARPOL 73/78 Convention Annex VI and began to implement more stringent Tier III regulations. The regulations require that NOx emissions be reduced by 80% compared with Tier I. through analysis and comparison of marine diesel engine exhaust emission control technologies， it is concluded that the marine diesel engine tail gas treatment technology mainly adopts SCR treatment technology. By analyzing and studying the current situation of SCR emission treatment technology at home and abroad， this paper discusses the system composition of SCR treatment technology， and explores the chemical reaction mechanism of SCR treatment technology， so as to provide reference for the research of
SCR emission technology.
Key Words： Marine diesel engine; Exhaust gas; SCR; Reaction mechanism
1 研究背景
海上交通运输在国际经济发展中，发挥重要作用，船舶是海上交通运输业重要工具。目前，大多数商用船舶的动力设备是柴油机，柴油机具有高热效率、高经济性等优点，得到船舶的广泛应用，缺点是在柴油机燃烧过程中会排放氮氧化物（NOx）、固体颗粒物（PM）、硫氧化物（SOx）、一氧化碳（CO）等多种污染物，其中对环境影响最大是氮氧化物、硫氧化物、固体颗粒物三类污染物。脱蜡铸造
MARPOL73/78公约附则VI修订内容在国际海事组织海上环境保护委员会（MEPC）第58次会上通过，修订内容主要包括：针对船舶污染大气，船舶柴油机氮氧化物排放标准提出了新的要求，要求协议国控制氮氧化物和硫氧化物的排放，根据船用柴油机功率和转速的不同，氮氧化物排放限值要求也不同，如图1所示。船用低速柴油机氮氧化物排放标准从117 g/kW·h减少到14.4 g/kW·h，2016年以后建造的船舶低速柴油机在排放控制区域（Emission Control Areas， ECA）内，氮氧化物排放限值低至3.4 g/kW·h[1-3]。
2018年12月20日，交通运输部发布了《船舶大气污染物排放控制区实施方案》，方案规定2022年1月1日以后在内河控制区、海南水域和沿海控制区内航行的中国籍船舶，以及建造的新船或改装的船舶，所使用的船舶柴油机单缸排量等于或大于30 L时，应满足《国际防止船舶造成污染公约》Tier III所规定的氮氧化物排放限值[3]。因此，船舶废气氮氧化物的排放控制，已需亟待解决。
2 船舶柴油机尾气排放处理技术
柴油机所排放氮氧化物的处理方式主要有两种：机内净化技术、机外净化技术。
2.1 機内净化技术
机内净化技术主要是通过优化燃烧状况，改善柴油机结构参数，使氮氧化物的生成量、排放量都降低;对柴油机添加附加设备或介质，从源头减少氮氧化物的生成，可以通过机内净化技术来满足Tier I阶段和Tier II阶段排放要求[4]，这样会增加柴油机的造价成本。
2.2 机外净化技术
通过柴油机前处理技术来满足Tier I阶段和Tier II阶段排放要求，这样会降低柴油机热效率，增加柴油机的造价成本，增加柴油机维护保养工作量;Tier III阶段氮氧化物的排放标准比Tier II阶段氮氧化物的排放标准要求要高，单靠柴油机前处理技术和柴油机内处理技术已无法满足Tier III阶段对氮氧化物的排放要求，因此，柴油机后处理技术是现阶段达到Tier III阶段对氮氧化物排放要求的首选措施[5]。
比较常用的船舶柴油机尾气脱销技术主要有以下几种。
竹炭工艺品
kvm管理系统 2.2.1 油水乳化技术（FWE）
油水乳化技术是将一定量的水喷入柴油机的气缸，一方面可以使气缸燃烧的温度降低，另一方面可以提高工质的比热容，从而使氮氧化物的生成量、排放量减少。在向柴油机气缸内喷水时，不能将水喷到气缸的润滑油膜上，若喷上会导致油膜损坏，增加气缸的磨损。乳化油水技术的好处是不仅可以使氮氧化物生成量和排放量降低，还能减少PM污染物排放量。不足之处是，喷水后，柴油机的零部件会被乳化后的燃油腐蚀，燃油储存的时候，油水分离现象会出现，这样就会大大增加船舶设备的维护成本，经济性差[5]。浮油
2.2.2 扫气加湿技术
探究氮氧化物的生成原理，分析柴油机燃烧状况，氮氧化物的生成受空气湿度影响较大。当空气中水蒸气量变少时，会增加氮氧化物浓度。减少氮氧化物排放加水方法主要有3种：直接使用加水的燃油;向柴油机气缸内喷水;向柴油机扫气箱进气口喷水。实施这几种方法需要优化柴油机燃油系统和部件。柴油机扫气箱进气口喷水加湿技术是在柴油机的扫气箱进气口加装一套喷水系统，不用改变柴油机结构和其他系统，操作性好，实用性强，降低运营成本，缺点是酸腐蚀容易发生[5]。
2.2.3 废气再循环（EGR）
废气再循环技术（EGR）是将柴油机排出的废气一部分引回到扫气箱与扫气箱内部新鲜空气混合以后，再进入到柴油机气缸用于燃烧，由于柴油机尾气中含有较多的CO2、N2、H2O等惰性气体，这类气体比热容高，从而使船舶柴油机气缸的温度降低，使氮氧化物的生成量降低，柴油机尾气还会使新鲜空气中的氧气量稀释，从而减少氮氧化物的生成。引回的柴油机尾气会使滞燃期延长，燃烧速率降低，燃烧状态向膨胀行程偏移，会使后燃加重、燃烧恶化，耗油量增加，从而降低燃烧的经济性[5]。
广告推送 2.2.4 选择性非催化还原法（SNCR）
选择性非催化还原法（SNCR）技术[4]工作原理是向900 ℃～1 200 ℃温度范围内的柴油机尾气中喷射一定量的氨水或者尿素水，氨水或尿素水中挥发出来的氨气将氮氧化物还原成无污染的水和氮气，以此来达到降低氮氧化物的目的：
船舶柴油机在处理废气方面，选择性非催化还原技术的效率相对较低，使船舶柴油机尾气中氮氧化物排放量减少约40%，选择性非催化还原发生条件要求高，一般在高温环境下才能发生还原反应，所以应用不广泛，选择性非催化还原法（SNCR）技术船舶上没有得到广泛应用的主要原因是船舶柴油机尾气排放温度较低[5]。
2.2.5 选择性催化还原法（SCR）
选择性催化还原技术SCR（Selective Catalytic Reduction）技術机理是船舶柴油机尾气中的氮氧化物和尿素水挥发出来的氨气（NH3）在催化剂的作用下，有选择性地发生化学还原反应，将柴油机尾气中的氮氧化物还原为清洁无污染的水和氮气。船舶柴油机尾气的温度约400 ℃，满足氮氧化物与氨气发生化学还原反应的温度条件，不用添加温度调节设备，由于SCR技术在化学反应过程中，具有结构简单、无二次污染物、运行安全可靠、维护保养方便、脱销效率高（高达95%以上）等优点，所以被广泛应用。
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