船用二沖程柴油機(jī)廢氣NOx處理高壓和低壓選擇催化還原法比較

1、船用二沖程柴油機(jī)廢氣NOx處理高壓和低壓選擇催化還原法比 較王秋洋0引言面對(duì)日益嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，國(guó)際海事組織出臺(tái)Her III排放標(biāo)準(zhǔn)，并于2016年1月1日起生效，也 就是說(shuō)從這個(gè)時(shí)間鋪設(shè)龍骨日期的船舶若在排放控制區(qū)(ECA)內(nèi)航行，船舶所產(chǎn)生的廢氣必須符合該標(biāo)準(zhǔn)。 由于Tier III排放較為嚴(yán)格，如圖!所示，柴油機(jī)若要滿(mǎn)足Tier III排放要求，已經(jīng)不能通過(guò)優(yōu)化燃燒來(lái) 實(shí)現(xiàn)，必須通過(guò)其他方法來(lái)滿(mǎn)足ier III排放要求。圖1I0點(diǎn) I0點(diǎn) I SBZ IEsz 1 Z5Z iuQE Io I 6昌 ，OOOE1現(xiàn)狀2016年1月1日以前的新造船，船東大都采用將鋪龍骨日期提前的方式來(lái)規(guī)避

2、ferIII排放要求，但隨 著2016年1月1日以后，船東不得不考慮通過(guò)何種方式來(lái)滿(mǎn)足ier III排放標(biāo)準(zhǔn)，目前存在以下三種常規(guī) 方案來(lái)處理二沖程柴油機(jī)廢氣NOx的方式。第一種為選擇性催化還原法(SCR: Selective Catalytic Reduction)；第二種為廢氣循環(huán)法EGB: ExhaustGas Recirculation)；第三種為雙燃料主機(jī)。但廢氣循環(huán) 法會(huì)影響主機(jī)性能，同時(shí)產(chǎn)生出來(lái)泥渣是二次污染需排岸處理；雙燃料主機(jī)的適用性較差，所以基本采用目 前較為成熟的SCR系統(tǒng)。2 SCR系統(tǒng)介紹根據(jù)主機(jī)負(fù)荷情況，40%尿素溶液被計(jì)量噴射單元送入排氣管，在高溫條件下，生產(chǎn)氨氣

3、)，通過(guò)混合 管將氨氣和廢氣充分混合，在CR反應(yīng)器內(nèi)部的催化劑表面JNH3將Nox還原成N2(2)，如下圖2所示：(NH2)2CO+H2A2NH3+CO2 (1)Nox+NH3+O2-N2+H2O (2)From engine (exhaust gas)From engine (exhaust gas)增壓器前的廢氣溫度約為300450C，壓力可高達(dá)4bar左右；而增壓器后，廢溫度約為10260C，壓 力約0.03bar,相較而言，將SCR布置在增壓器前，稱(chēng)為高壓;CR系統(tǒng)（即下圖HPSCR），而將SCR布置在增 壓器后，稱(chēng)為低壓SCR系統(tǒng)（即以下LP SCR），如圖3所示。3圖33比較分析3

4、.1溫度比較催化還原反應(yīng)溫度需大于280C，高壓SCR系統(tǒng)可以滿(mǎn)足要求，而低壓SCR系統(tǒng)則需額外配備加熱設(shè)備； 溫度也影響催化還原反應(yīng)效率，高溫情況下效率較高，所以高壓SCR可去除95%NOx；多余的氨氣會(huì)和硫化物 生成硫酸氫氨，該物質(zhì)會(huì)附著在廢氣經(jīng)濟(jì)器管壁造成堵塞，而高溫不利于硫酸氫氨的生產(chǎn)。3.2壓力比較高壓SCR系統(tǒng)管路及附件的材料要求較高，震動(dòng)較大，由于本身設(shè)備較為龐大，建議進(jìn)行振動(dòng)計(jì)算，通 過(guò)計(jì)算來(lái)進(jìn)行支撐加強(qiáng)，膨脹節(jié)定位等。而低壓系統(tǒng)會(huì)造成增壓器廢氣出口背壓.由3bar增至0.06bar， 導(dǎo)致柴油機(jī)油耗上升。3.3安裝比較高壓SCR系統(tǒng)為主機(jī)排氣系統(tǒng)內(nèi)部的改造SCR系統(tǒng)布置在主機(jī)

5、附近，而低壓可以布置在在排氣管管上， 較為靈活，但低壓SCR反應(yīng)器進(jìn)出口及旁通的閥件較為龐大，固定困難；對(duì)于高踮系統(tǒng)，由于廢氣密度 較高，所以反應(yīng)器的體積相對(duì)較小，閥件均設(shè)置在主機(jī)本體上，無(wú)需船廠額外安裝固定。3.4配套系統(tǒng)比較空氣吹灰系統(tǒng)系統(tǒng)相似，定時(shí)吹洗，保證反應(yīng)器表面清潔；尿素溶液相同，均為%的濃度；尿素供給 單元及計(jì)量單元相似，但由于低壓SCR系統(tǒng)廢氣溫度達(dá)不到280C，需要單獨(dú)的霧化裝置Decomposition unit），通過(guò)反應(yīng)器出口廢氣分一路支管進(jìn)入風(fēng)機(jī)及加熱器注入霧化單元中，將40%濃度尿素溶液分解成氨 氣，氨氣通過(guò)混合管進(jìn)入反應(yīng)器，如圖所示。低壓和高壓SCR系統(tǒng)相比，明顯

6、多出一套廢氣升溫系統(tǒng)，但 需要注意的是，在ECA區(qū)域冷機(jī)啟動(dòng)預(yù)熱時(shí)，低壓;CR系統(tǒng)可以在啟動(dòng)主機(jī)前將;CR系統(tǒng)預(yù)熱至反應(yīng)溫度， 而高壓SCR系統(tǒng)使用的是廢氣循環(huán)預(yù)熱，在預(yù)熱階段廢氣是不滿(mǎn)足erIII排放要求的，雖然目前IMO，船 級(jí)社及港口國(guó)并未對(duì)此有明確的限制，但這確實(shí)是一個(gè)隱患。Exhaust GasDosing unitUrea supply unitExhaust GasDosing unitUrea supply unit4.結(jié)論目前SCR技術(shù)理論已經(jīng)得到各方認(rèn)可各主機(jī)制造商，或獨(dú)立SCR系統(tǒng)供應(yīng)商的關(guān)鍵技術(shù)在于催化材料的 選用及設(shè)計(jì)上，只要日系統(tǒng)正常運(yùn)行，都能滿(mǎn)足tierlll要求。本文提出ICA區(qū)主機(jī)啟動(dòng)預(yù)熱問(wèn)題，希 望得到各方注意。