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船用柴油机SCR减排技术的研究

船用柴油机SCR减排技术的研究

0引言

随着船舶运输业的发展，船舶柴油机的排气对大气环境的污染日益加剧。据瑞典资料导

报统计，一台船用中速柴油机，以每年运转4000小时计算，月产生1500吨的NOx。国

际海事组织(IMO)在1997年9月审议通过了《MARPOL73/78公约》的新增附则Ⅵ《防

止船舶造成大气污染规则》，对船舶柴油机的排放提出了严格的限制。因此，控制船舶柴油

机的排气污染已刻不容缓。

1船舶柴油机的排放污染及其危害

1.1废气的有害成分

柴油机排出的废气是由燃烧产物与剩余空气组成的。可分为有害成分和无直接危害(简

称无害)成分两类，无害成分有水蒸气(H2O)、二氧化碳(CO)、过量空气以及残余氮(N)

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等;有害成分又称污染物，包括一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)、二

[1]

氧化硫(SO、三氧化硫(SO)、臭氧和微粒物质等。

2)3

本文主要研究氮氧化物减排技术的应用。

氮氧化物(NOx):柴油机排气中的氮氧化物90%以上是NO，少量是NO，因此用

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NOx表示。NO是无色气体，本身毒性不大，但在大气中会缓慢氧化成NO，NO是一种

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棕色的刺激性气体，对肺和心肌有很强的毒害作用。船舶柴油机排放污染的控制措施柴油机

排放污染的控制，重点是NOx与颗粒，其次是HC。但NOx与颗粒之间存在相互关联的

关系，即在一方改善的同时另一方会恶化，这就为柴油机的排放控制造成了特殊的困难。大

量研究表明，要有效地控制柴油机有害物的排放，必须从柴油机燃烧过程的改进、排气后处

理及改善燃油品质入手。

2减排方法

2.1燃烧过程的改进

研究表明，在柴油机燃烧过程中，碳粒在燃烧温度大于1500K，过量空气系数小于0.6

的过浓混合气中形成，NOx在燃烧温度大于2300K的富氧条件下生成。因此，要同时降低

NOx和颗粒排放，需寻找一个同时满足限制NOx和颗粒生成的条件。为了降低NOx排放，

必须降低燃烧温度，这可以通过在预混合燃烧阶段将可燃混合气量减到最小程度来实现。为

了降低颗粒排放物，在扩散燃烧阶段必须保持良好的燃油和空气的混合以及高的火焰温度来

实现。为了达到上述目的，在柴油机中，采用高压喷射、引导喷射、电控喷射、废气再循环、

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直接喷水等证明是有效的。

2.2排气后处理

排气后处理是对排出的废气在进入大气环境前进行处理，使废气中的有害成分的含量进

一步降低。柴油机排气后处理，一方面是对碳烟等微粒的捕集，如水洗法、静电分离法、离

心分离法以及微粒过滤法等，另一方面是通过催化转化的方法使NOx还原为N和O。即

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用来降低NOx的选择性还原催化转化器(SCR，SelectiveCatalyticReduction)。这是目前可

以大幅度降低NOx排放的最有效方法。

3SCR技术

选择性催化还原技术(SelectiveCatalyticRe-duction,SCR)是指利用尾气中有机物为还原

剂或添加还原剂,在氧浓度高出NO浓度两个数量级以上条件下,高选择性地优先把NO还