船用高壓SCR反應器結構設計與流場分析

周士龍，劉 洋，陳祖睿，朱良兵

(1.揚州中遠海運重工有限公司，江蘇 揚州 225211；2.中國船舶集團有限公司第七一一研究所環裝部，上海 200090)

1 引言

氮氧化物 (NOx) 是大氣污染物中主要污染物之一, 也是柴油機排放主要污染物[1]。目前，隨著船舶數量的急劇增加，船舶柴油機煙氣排放污染物也越來越多，有數據統計顯示，煙氣中僅氮氧化物NOx的排放量年排放量可達1275萬t[2]。船舶柴油機煙氣污染物導致的環境問題越來越嚴重。為防止船舶柴油機煙氣污染物繼續污染海洋、河流及大氣環境，國際海事組織(International Maritime Organization, IMO)頒布的《MARPOL公約》中對船舶柴油機煙氣污染物中NOx濃度限制做出了明確規定：2016年后在指定的排放控制區內(Emission Control Areas, ECA)，柴油機轉速n<130 r/min的排放限值為3.4 g/(kW·h)[3,4]。

根據現有的控制技術水平，僅僅通過柴油機內部凈化措施，已經很難滿足如此嚴苛的法規要求，必須采取煙氣排放后處理技術才能有效降低煙氣中NOx的排放水平。目前最常用的控制煙氣中NOx的技術為煙氣再循環洗滌技術(Exhaust Gas Recirculation, EGR)和選擇性催化還原技術(Selective Catalytic Reduction, SCR)[5～7]。SCR技術是以催化劑為核心，將柴油機尾氣中的NOx與尾氣中添加的還原劑進行氧化還原反應，促使NOx轉化為N2和H2O，其中還原劑主要是以尿素熱解產生的NH3[8]。相較于EGR技術而言，初期投資相對較少，而且脫硝效率更高，NOx排放控制效果更好。SCR技術是目前國內外研究重點，歐美發達國家率先建立船舶排放區，控制船舶排放，在船用柴油機氫氧化氫后處理的理論和實踐上處于世界領先地位。其中，荷蘭、瑞士、德國和美國是造船業最發達的國家，是最早開發船用柴油機SCR系統的國家[9～12], Johnson等[13]在船用SCR系統中對尿素噴射系統進行設計和測試以實現噴射的單獨控制,該系統可以達到Tier Ⅲ階段的標準。……