船用柴油機(jī)SCR系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程影響因素及應(yīng)對(duì)措施研究

鄧炯

摘要：柴油機(jī)排放的氮氧化物主要是由一氧化氮和二氧化氮組成，這兩種類(lèi)型的氮氧化物對(duì)環(huán)境和人體健康都具有較大的危害性。目前SCR技術(shù)為是公認(rèn)能滿足IMO Tier III排放要求的最為成熟可靠的排放后處理技術(shù)。文章針對(duì)目前船用柴油機(jī)SCR系統(tǒng)船用柴油機(jī)SCR系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程影響因素開(kāi)展分析，得出應(yīng)對(duì)措施。

關(guān)鍵詞：船用柴油機(jī) SCR

1.概述

SCR（Selective Catalystic Reduction，選擇性催化還原反應(yīng)）系統(tǒng)主要由SCR蒸發(fā)混合器、SCR反應(yīng)器及SCR輔助系統(tǒng)組成。SCR輔助系統(tǒng)包括還原劑供應(yīng)系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)及SCR加熱系統(tǒng)。還原劑供應(yīng)系統(tǒng)按照控制策略將還原劑噴入SCR蒸發(fā)混合器中，在高溫下還原劑迅速蒸發(fā)、混合隨排氣進(jìn)入SCR反應(yīng)器，并在催化劑作用下發(fā)生SCR催化還原反應(yīng)，將NOx轉(zhuǎn)化成無(wú)毒無(wú)害的N2和H2O。對(duì)應(yīng)用SCR系統(tǒng)的船用柴油機(jī)開(kāi)展調(diào)研，存在較多共性問(wèn)題。

2.主要影響因素分析

2.1 SCR系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)選型的影響

伴熱系統(tǒng)主要在SCR不工作時(shí)，用于對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行預(yù)熱。在一個(gè)完整航次中，僅在碼頭靠港，即主機(jī)停車(chē)時(shí)，需要啟動(dòng)伴熱系統(tǒng)（其他時(shí)段可利用主機(jī)廢氣預(yù)熱）。所以在電力負(fù)荷計(jì)算書(shū)中，各工況的計(jì)算以及系數(shù)選取，需要特別注意。

發(fā)電機(jī)SCR系統(tǒng)消耗的電功率較為固定，最大用戶為兩臺(tái)尿素泵，總功率只有5kw左右。

SCR系統(tǒng)對(duì)船舶電站的影響，除了SCR系統(tǒng)本身消耗的電功率外，還需要考慮SCR空壓機(jī)功率。

2.2 SCR系統(tǒng)對(duì)主機(jī)、發(fā)電機(jī)排氣背壓的影響

2.2.1主機(jī)高壓SCR

因主機(jī)高壓SCR布置于主機(jī)增壓器前，其對(duì)主機(jī)排氣管系沒(méi)有直接影響。但需要注意，MAN要求SCR管系（主機(jī)集氣管-SCR混合管-SCR反應(yīng)器-主機(jī)增壓器）自身管路壓降小于70mbar，否則將會(huì)影響增壓器效率。

2.2.2主機(jī)低壓SCR

主機(jī)低壓SCR布置于主機(jī)增壓器后，其設(shè)備壓降值及管路布置情況，直接決定了主機(jī)的排氣背壓?？紤]到排氣管系上可能有的鍋爐、脫硫塔等，布置難度不小。

目前市面上沒(méi)有高硫版的主機(jī)低壓SCR，所以在Tier III模式下主機(jī)必須使用低硫油，煙氣也就不需要經(jīng)過(guò)脫硫塔處理。這樣，SCR和脫硫塔就不會(huì)同時(shí)使用。為主機(jī)排氣背壓滿足MAN的要求提供了有利條件。

2.2.3發(fā)電機(jī)SCR

目前市面上，發(fā)電機(jī)只有低壓SCR供選擇，即SCR組件安裝于發(fā)電機(jī)增壓器后。SCR組件以及管路的布置情況，直接決定了發(fā)電機(jī)的排氣背壓。

考慮到發(fā)電機(jī)排氣管系上可能會(huì)先后安裝SCR混合管、SCR反應(yīng)器、鍋爐、消音器、脫硫塔等，系統(tǒng)壓降值極容易超出發(fā)電機(jī)允許范圍，需要小心布置，嚴(yán)格核算。

2.3 SCR系統(tǒng)對(duì)主機(jī)、發(fā)電機(jī)油耗的影響

2.3.1 主機(jī)高壓SCR

對(duì)于主機(jī)高壓SCR，即使SCR反應(yīng)器位于渦輪增壓器前，其廢氣溫度在低負(fù)荷下仍會(huì)偏低。這時(shí)需要打開(kāi)CBV旁通閥，讓進(jìn)入氣缸的空氣量減少，使得廢棄溫度升高。同時(shí)，燃油消耗率會(huì)有所上升，具體差異視溫度升高情況而定。

2.3.2主機(jī)低壓SCR

對(duì)于主機(jī)低壓SCR，SCR反應(yīng)器位于渦輪增壓器后，其廢氣溫度通常不夠高。這時(shí)控制系統(tǒng)會(huì)開(kāi)啟EGB旁通閥，使高溫側(cè)的廢氣直接進(jìn)入排氣管系，升高廢氣溫度。旁通閥的開(kāi)啟，會(huì)造成主機(jī)油耗的升高，具體油耗差異視溫度升高情況而定。

2.4 SCR系統(tǒng)對(duì)鍋爐的影響

2.4.1 硫酸氫銨

SCR系統(tǒng)中逃逸的氨氣將與煙氣中的硫化物在溫度相對(duì)較低的鍋爐表面發(fā)生反應(yīng)生成ABS（硫酸氫銨）。ABS的生成數(shù)量取決于Tier III模式下主機(jī)所使用燃油的含硫量以及SCR反應(yīng)器中氨氣的逃逸量。

如使用含硫量不超過(guò)0.1%的低硫油，因硫化物總量較低，生成的ABS也較少。沉積于鍋爐的ABS可使用常規(guī)方法輕易清除掉。

如使用含硫量超過(guò)0.1%的燃油，生成的ABS數(shù)量較多。沉積在鍋爐中的ABS將相互粘結(jié)，難以使用常規(guī)方法去除。通常，高硫版SCR將嚴(yán)格控制SCR反應(yīng)器的氨氣逃逸量，但這仍不足以解決鍋爐中ABS的沉積問(wèn)題。MAN推薦高硫版SCR的排氣管系中，設(shè)計(jì)一路鍋爐旁通管。在Tier III模式下，煙氣從旁通管繞過(guò)鍋爐。

2.4.2 鍋爐蒸發(fā)量

主機(jī)在Tier II和Tier III模式下，煙氣量和煙氣溫度均有差異。大部分工況下，Tier III模式的煙氣量更多，煙氣溫度更高，使得這時(shí)鍋爐的蒸發(fā)量更大。

2.5 SCR系統(tǒng)對(duì)空壓機(jī)、空氣瓶選型的影響

Tier III模式下，SCR系統(tǒng)需要使用壓縮空氣霧化尿素溶液及為反應(yīng)罐吹灰、清潔。Tier II模式下，SCR系統(tǒng)也需要通入壓縮空氣，使管路內(nèi)保持正壓，防止煙氣泄入。

為提供SCR系統(tǒng)所使用的壓縮空氣，需新增SCR空壓機(jī)和SCR空氣瓶或者增大原有空壓機(jī)、空氣瓶容量。

市面上各廠家SCR產(chǎn)品需要的壓縮空氣量和壓力都各不相同，且部分廠家之間相差較大。

3.主要應(yīng)對(duì)措施

3.1 SCR系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)選型影響應(yīng)對(duì)措施

Tier III項(xiàng)目在發(fā)電機(jī)選型時(shí)，需考慮主機(jī)SCR系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)SCR系統(tǒng)，以及供氣空壓機(jī)的電功率。具體數(shù)據(jù)取決于柴油機(jī)的功率。

3.2 SCR系統(tǒng)對(duì)主機(jī)、發(fā)電機(jī)排氣背壓的影響應(yīng)對(duì)措施

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)要求廠家提供SCR混合管、SCR反應(yīng)器的實(shí)際壓降值，并給出計(jì)算過(guò)程;聯(lián)系消音器廠家，要求提供消音器的實(shí)際壓降值，并給出計(jì)算過(guò)程;聯(lián)系鍋爐廠家，要求提供發(fā)電機(jī)測(cè)的實(shí)際壓降值;聯(lián)系脫硫塔廠家，要求提供實(shí)際壓降值;聯(lián)系發(fā)電機(jī)廠家，增大柴油機(jī)允許的背壓值。

3.3 SCR系統(tǒng)對(duì)主機(jī)、發(fā)電機(jī)油耗的影響應(yīng)對(duì)措施

主機(jī)高壓SCR及主機(jī)低壓SCR均會(huì)影響主機(jī)燃油消耗率。在編寫(xiě)規(guī)格書(shū)時(shí)，需明確區(qū)別主機(jī)Tier II及Tier III的油耗。發(fā)電機(jī)SCR對(duì)油耗的影響很小，暫不考慮此差異。

3.4 SCR系統(tǒng)對(duì)鍋爐的影響應(yīng)對(duì)措施

1）設(shè)計(jì)過(guò)程中，Tier III的項(xiàng)目在規(guī)格書(shū)談判階段，需明確主機(jī)和發(fā)電機(jī)都配備低硫版SCR。避免排氣管系中設(shè)置額外的旁通管路，增加船廠布置難度。

2）在規(guī)格書(shū)中，需要明確鍋爐的蒸發(fā)量是基于Tier II還是Tier III的煙氣數(shù)據(jù)，以免后期產(chǎn)生爭(zhēng)議。

3.5 SCR系統(tǒng)對(duì)空壓機(jī)、空氣瓶選型的影響應(yīng)對(duì)措施

空壓機(jī)、空氣瓶的選型，要充分考慮SCR系統(tǒng)的耗氣量，留充足的余量。規(guī)劃出合理的空壓機(jī)啟停時(shí)間。如果條件允許，可將SCR空壓機(jī)與雜用空壓機(jī)設(shè)定為互為備用，改善空壓機(jī)運(yùn)行條件，增加系統(tǒng)的可靠性。

4.結(jié)論

文章對(duì)船用柴油機(jī)SCR系統(tǒng)船用柴油機(jī)SCR系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程影響因素開(kāi)展分析，得出應(yīng)對(duì)措施，可為船廠設(shè)計(jì)SCR系統(tǒng)提供經(jīng)驗(yàn)支撐。

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