船用低速柴油机SCR后处理系统发展现状与趋势

2018-03-29戴武

成功 2018年11期

戴武

渤海船舶职业学院辽宁葫芦岛 125005

近年来，SCR后处理系统在国际法规的推动下，取得了很大的进展，在全球范围内，得到广泛使用。有鉴于此，需要分析SCR后处理系统在船用低速柴油机应用上的优缺点，并根据市场调查，科学家向大家介绍SCR后处理系统的应用情况。

1.SCR原理及反应过程

美国安格((Engelhard)公司于1957年首先发明SCR技术原理并申请了相关专利。日本随后成功研制出V205/Ti02催化剂，并被广泛使用至今，但SCR技术在上世纪70年代主要用于固定污染源如电站方面的排放控制。随着船舶排放污染法规的日益严格，由于应用SCR技术能够有效降低船用柴油机NOx,排放，再次成为了研究热点。选择性催化还原技术((SCR)是指在催化剂和氧气存在的条件下，在温度范围280-420℃内，还原剂(如氨、碳氢化合物等)有选择地将排气中的NOx,还原成N2和水，以减少NOx,排放的技术。因为整个反应具有选择性和需要催化剂的存在，故称之为选择性催化还原技术。在船用SCR系统中，还原剂一般使用40%浓度的尿素溶液，通过喷嘴雾化喷入柴油机高温排气管道中，整个过程分解生成还原剂氨气后再与NOx,发生催化还原反应，分为氨气生成和催化还原反应两个阶段:(1)还原剂氨气生成过程在柴油机排气中，尿素水溶液首先经蒸发析出固态尿素颗粒（NH2）2CO，进入气相流体中。

温度是SCR反应中的一个重要参数。在温度低于200℃时，反应生成大量NH4N03并被催化剂吸附、滞留在活性中心，引起催化剂活性的降低。在温度低于320℃情况下，排放气体中的硫化物与氨气反应会生成硫酸盐NH4HS04，沉积并堵塞催化剂孔道，在高于350℃环境下该反应生成的过程会被抑制。硫酸氢钱生成反应的温度还与燃料的含硫量和排气压力有关，为避免生成硫酸氢按，SCR反应所需的最低温度。在反应条件变化时，还会发生氨氧化等副作用。

2.SCR后处理系统在船用低速柴油机中的国内发展现状

在国内，一些高校和研究机构早已看好船舶柴油机Tier-III减排装置潜在市场，均已开始SCR系统研发；沪东重机联合哈尔滨工程大学研发了船舶低速二冲程柴油机低压 SCR系统；中船重工集团711研究所早已成立船舶柴油机尾气后处理装置研发小组，目前正在开展船用低中高速柴油机SCR系统开发。沪东重机是国内船用低速柴油机生产的领头羊，2015年1月23日，它率先发布了国内首款船用低速柴油机高压SCR系统。沪东与W?rtsil?公司合作，以5RT-flex58TD（10000kW/105r/min）为主机，耗时近1年共同开发了一款高压SCR系统。该项目主机入级LR，安装于22100DWT多用途船上。另外，沪东重机与哈尔滨工程大学联合承担了国家高技术船舶科研项目“船用低速柴油机尾气NOx后处理装置研究与开发”，共同开发一款具有自主知识产权低压SCR系统，目前该项目已经结题。沪东重工以此项目为基础，已接单生产了低压SCR后处理系统，目前正在台架试验阶段。赛林德/711所与威海中远科技、南通远洋船舶配套有限公司合作，联合开发船用SCR系统，711所于2014年开始介入低速机SCR系统，进行了概念设计及实验室台架试验，目前据称已成功开发出了船用低速柴油机高压SCR系统，台架试验能够满足 TierⅢ标准。近期711所又联合大柴开发的低压SCR系统顺利通过各项测试，台架试验也能够满足TierⅢ标准。此外，青岛双瑞海洋环境工程有限公司在WinGD的技术支持下正在开展SCR研发工作，目前处于实验阶段。国内对柴油机NOx排放后处理的研究起步相对较晚，整体水平落后于国外厂商，尤其是高温阀、尿素喷射单元、催化剂等关键性零部件受制于国外供应商。

3.SCR后处理系统的发展趋势

3.1 低压方面

低压SCR后处理系统的布置简单，更加常用，但是由于反应的环境温度较低，这就需要加大催化剂的活性，提高还原反应的效率。有鉴于此，开发抗硫性好的能在低温环境下保持高效活性的催化剂是主攻方向，保证催化剂不受硫酸盐影响，能够将低压SCR后处理系统应用到旧船的排放改造中，在旧船改造工作中，能够发挥巨大的潜力。