船用低速柴油機(jī)SCR后處理系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

戴 武

渤海船舶職業(yè)學(xué)院 遼寧 葫蘆島 125005

近年來，SCR后處理系統(tǒng)在國際法規(guī)的推動下，取得了很大的進(jìn)展，在全球范圍內(nèi)，得到廣泛使用。有鑒于此，需要分析SCR后處理系統(tǒng)在船用低速柴油機(jī)應(yīng)用上的優(yōu)缺點(diǎn)，并根據(jù)市場調(diào)查，科學(xué)家向大家介紹SCR后處理系統(tǒng)的應(yīng)用情況。

1.SCR原理及反應(yīng)過程

美國安格((Engelhard)公司于1957年首先發(fā)明SCR技術(shù)原理并申請了相關(guān)專利。日本隨后成功研制出V205/Ti02催化劑，并被廣泛使用至今，但SCR技術(shù)在上世紀(jì)70年代主要用于固定污染源如電站方面的排放控制。隨著船舶排放污染法規(guī)的日益嚴(yán)格，由于應(yīng)用SCR技術(shù)能夠有效降低船用柴油機(jī)NOx,排放，再次成為了研究熱點(diǎn)。選擇性催化還原技術(shù)((SCR)是指在催化劑和氧氣存在的條件下，在溫度范圍280-420℃內(nèi)，還原劑(如氨、碳?xì)浠衔锏?有選擇地將排氣中的NOx,還原成N2和水，以減少NOx,排放的技術(shù)。因?yàn)檎麄€(gè)反應(yīng)具有選擇性和需要催化劑的存在，故稱之為選擇性催化還原技術(shù)。在船用SCR系統(tǒng)中，還原劑一般使用40%濃度的尿素溶液，通過噴嘴霧化噴入柴油機(jī)高溫排氣管道中，整個(gè)過程分解生成還原劑氨氣后再與NOx,發(fā)生催化還原反應(yīng)，分為氨氣生成和催化還原反應(yīng)兩個(gè)階段:(1)還原劑氨氣生成過程在柴油機(jī)排氣中，尿素水溶液首先經(jīng)蒸發(fā)析出固態(tài)尿素顆粒（NH2）2CO，進(jìn)入氣相流體中。

溫度是SCR反應(yīng)中的一個(gè)重要參數(shù)。在溫度低于200℃時(shí)，反應(yīng)生成大量NH4N03并被催化劑吸附、滯留在活性中心，引起催化劑活性的降低。在溫度低于320℃情況下，排放氣體中的硫化物與氨氣反應(yīng)會生成硫酸鹽NH4HS04，沉積并堵塞催化劑孔道，在高于350℃環(huán)境下該反應(yīng)生成的過程會被抑制。硫酸氫錢生成反應(yīng)的溫度還與燃料的含硫量和排氣壓力有關(guān)，為避免生成硫酸氫按，SCR反應(yīng)所需的最低溫度。在反應(yīng)條件變化時(shí)，還會發(fā)生氨氧化等副作用。

2.SCR后處理系統(tǒng)在船用低速柴油機(jī)中的國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

在國內(nèi)，一些高校和研究機(jī)構(gòu)早已看好船舶柴油機(jī)Tier-III減排裝置潛在市場，均已開始SCR系統(tǒng)研發(fā)；滬東重機(jī)聯(lián)合哈爾濱工程大學(xué)研發(fā)了船舶低速二沖程柴油機(jī)低壓 SCR系統(tǒng)；中船重工集團(tuán)711研究所早已成立船舶柴油機(jī)尾氣后處理裝置研發(fā)小組，目前正在開展船用低中高速柴油機(jī)SCR系統(tǒng)開發(fā)。滬東重機(jī)是國內(nèi)船用低速柴油機(jī)生產(chǎn)的領(lǐng)頭羊，2015年1月23日，它率先發(fā)布了國內(nèi)首款船用低速柴油機(jī)高壓SCR系統(tǒng)。滬東與W?rtsil?公司合作，以5RT-flex58TD（10000kW/105r/min）為主機(jī)，耗時(shí)近1年共同開發(fā)了一款高壓SCR系統(tǒng)。該項(xiàng)目主機(jī)入級LR，安裝于22100DWT多用途船上。另外，滬東重機(jī)與哈爾濱工程大學(xué)聯(lián)合承擔(dān)了國家高技術(shù)船舶科研項(xiàng)目“船用低速柴油機(jī)尾氣NOx后處理裝置研究與開發(fā)”，共同開發(fā)一款具有自主知識產(chǎn)權(quán)低壓SCR系統(tǒng)，目前該項(xiàng)目已經(jīng)結(jié)題。滬東重工以此項(xiàng)目為基礎(chǔ)，已接單生產(chǎn)了低壓SCR后處理系統(tǒng)，目前正在臺架試驗(yàn)階段。賽林德/711所與威海中遠(yuǎn)科技、南通遠(yuǎn)洋船舶配套有限公司合作，聯(lián)合開發(fā)船用SCR系統(tǒng)，711所于2014年開始介入低速機(jī)SCR系統(tǒng)，進(jìn)行了概念設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)室臺架試驗(yàn)，目前據(jù)稱已成功開發(fā)出了船用低速柴油機(jī)高壓SCR系統(tǒng)，臺架試驗(yàn)?zāi)軌驖M足 TierⅢ標(biāo)準(zhǔn)。近期711所又聯(lián)合大柴開發(fā)的低壓SCR系統(tǒng)順利通過各項(xiàng)測試，臺架試驗(yàn)也能夠滿足TierⅢ標(biāo)準(zhǔn)。此外，青島雙瑞海洋環(huán)境工程有限公司在WinGD的技術(shù)支持下正在開展SCR研發(fā)工作，目前處于實(shí)驗(yàn)階段。國內(nèi)對柴油機(jī)NOx排放后處理的研究起步相對較晚，整體水平落后于國外廠商，尤其是高溫閥、尿素噴射單元、催化劑等關(guān)鍵性零部件受制于國外供應(yīng)商。

3.SCR后處理系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

3.1 低壓方面

低壓SCR后處理系統(tǒng)的布置簡單，更加常用，但是由于反應(yīng)的環(huán)境溫度較低，這就需要加大催化劑的活性，提高還原反應(yīng)的效率。有鑒于此，開發(fā)抗硫性好的能在低溫環(huán)境下保持高效活性的催化劑是主攻方向，保證催化劑不受硫酸鹽影響，能夠?qū)⒌蛪篠CR后處理系統(tǒng)應(yīng)用到舊船的排放改造中，在舊船改造工作中，能夠發(fā)揮巨大的潛力。

3.2 價(jià)格方面

SCR系統(tǒng)目前仍然處于發(fā)展的初級階段，催化劑、耐高溫閥等關(guān)鍵零部件制造商較少，其成本居高不下，致使SCR系統(tǒng)價(jià)格過高，甚至達(dá)到主機(jī)價(jià)格50%以上，從而影響SCR的推廣應(yīng)用。未來隨著排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，SCR市場逐漸擴(kuò)大成熟，相信SCR系統(tǒng)集成商、零件制造商將會越來越多，其成本也會隨之降低。

3.3 高壓方面

高壓SCR后處理系統(tǒng)對于柴油機(jī)的要求較高，而且容易造成損傷，降低柴油機(jī)的性能，同時(shí)體積較大，布置不是很靈活。如果想要繼續(xù)推廣和使用高壓SCR后處理系統(tǒng)，就需要從開發(fā)高效的催化劑和減少催化劑的體積入手，增加安裝的靈活性，同時(shí)減少損耗。

綜上所述，隨著環(huán)保法規(guī)的頒布和落實(shí)，以及要求越來越具體和嚴(yán)格，在航運(yùn)中，必須使用SCR后處理系統(tǒng)。只有這樣，才能夠減少污染，保護(hù)環(huán)境，走可持續(xù)發(fā)展道路，造福人民。根據(jù)目前SCR后處理系統(tǒng)的發(fā)展情況，相信在不遠(yuǎn)的將來，SCR后處理系統(tǒng)一定會發(fā)揮更大的作用，在減少廢氣排放方面，做出更大的貢獻(xiàn)。