一、前言隨著全球防止大氣污染控制措施的不斷升級，在硫分控制的基礎(chǔ)上，對氮氧化物(NOx)的控制也越來越趨于嚴(yán)格，目前全球已有北美、

一、前言

隨著全球防止大氣污染控制措施的不斷升級，在硫分控制的基礎(chǔ)上，對氮氧化物(NOx)的控制也越來越趨于嚴(yán)格，目前全球已有北美、加勒比海、波羅的海和北海四個氮氧化物(NOx)控制區(qū)，對船舶管理方面也提出了更高的要求，在現(xiàn)有的柴油機(jī)技術(shù)下，僅依靠機(jī)前和機(jī)內(nèi)的措施很難大幅度降低 NOx 的排放，于是尾氣后處理裝置 SCR(Selective Catalytic Reduction)---選擇性催化還原技術(shù)開始進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域并逐步延伸應(yīng)用到了船舶柴油機(jī)上。在不改變柴油機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，不增加燃油消耗，適應(yīng)極低 NOx 排放要求的前提下，為柴油機(jī)配置合適的尾氣后處理裝置 SCR 是當(dāng)前最好的選擇。國內(nèi)在 SCR 系統(tǒng)研究開發(fā)和應(yīng)用上還處于初始階段，對船舶管理來說屬于新設(shè)備和新技術(shù)的應(yīng)用。由于副機(jī) SCR 配置和操作相對簡單，其僅由 SCR 系統(tǒng)本身控制。本文以國內(nèi)某研究所設(shè)計研發(fā)配置于62000DWT 系列紙漿船，主機(jī)型號：5G60ME-C9.5 功率 8304KW 的主機(jī) LP-SCR 裝置(型號：SD077B)為例，介紹本裝置的反應(yīng)原理，結(jié)構(gòu)組成，操作方法與管理維護(hù)等方面的問題。希望借此和更多的人共同學(xué)習(xí)和探討。

二、工作原理

SCR 的工作原理是在催化劑的作用下，以還原劑有選擇性地與船舶柴油機(jī)排放中的 NOx 反應(yīng)并生成無毒、無污染的氮?dú)夂退Ｊ褂玫倪€原劑是濃度為 40% 的尿素水溶液（NH3）。SCR 系統(tǒng)中主要的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理如下方程式所示：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O(1)

4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O(2)

柴油機(jī)廢氣中NO 含量通常占氮氧化物總量的 85%-95%，經(jīng)過化學(xué)方程式(1)和(2)的反應(yīng)，絕大多數(shù)的 NOX 能夠被轉(zhuǎn)化為沒有污染的氮?dú)夂退_(dá)到脫硝減排的目的。

三、結(jié)構(gòu)組成

主機(jī) SCR 系統(tǒng)由氣動蝶閥、混合管路、噴槍組件、反應(yīng)器、供給噴射單元、人機(jī)界面控制單元、尿素溶液日用罐和傳感器，溫度管理單元，受控于主機(jī) MOP 的 SCRCU 等組成。其中噴槍組件由尿素噴嘴及管路，空氣清洗管路，霧化空氣管路組合在一起搭配三個相應(yīng)的電磁閥控制。供給噴射單元包含兩臺互為備用的離心噴射泵，用于控制流量的比例閥以及流量計組成。

為了更直觀的介紹主機(jī)SCR 裝置的構(gòu)成，在此把它按系統(tǒng)劃分為：空氣系統(tǒng)， 尿素系統(tǒng)，廢氣加熱系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)。見圖-1.

1. 空氣系統(tǒng)：由 SCR 空壓機(jī)和 SCR 氣瓶提供 0.7Mpa 壓縮空氣，分別供給反

應(yīng)器前后的吹灰器，氣動蝶閥開關(guān)轉(zhuǎn)換，減壓至 0.40Mpa 后送至噴射組件，一路氣用來噴射尿素前和噴射后的清洗，一路氣用來在尿素噴射過程中持續(xù)的霧化。

2. 尿素系統(tǒng)：由尿素駁運(yùn)泵從尿素儲存艙駁運(yùn)尿素溶液至尿素日用罐，離心噴射泵建立約 0.45Mpa 的壓力后經(jīng)出口比例閥調(diào)節(jié)合適的流量后送至噴槍，經(jīng)空氣霧化在混合管路和柴油機(jī)廢氣充分混合熱解水解后進(jìn)入反應(yīng)器，催化劑安裝

在反應(yīng)器內(nèi)部，在催化劑的作用下，混合后的尿素和廢氣中的 NOx 在反應(yīng)器中快速分解為氮?dú)夂退欧糯髿狻?/p>

3. 廢氣輔助加熱系統(tǒng)：在柴油機(jī)負(fù)荷較高時，僅依靠柴油機(jī)本身的廢氣熱量基本可以維持反應(yīng)器前后溫度均在反應(yīng)溫度范圍之內(nèi)，但在主機(jī)負(fù)荷降低以及SCR 系統(tǒng)開啟使用初始階段，需要從兩方面來補(bǔ)充廢氣熱量達(dá)到反應(yīng)溫度。其一， 通過安裝在排氣總管上的煙氣旁通閥 EGB 來旁通部分煙氣，即減少進(jìn)入主機(jī)透平增壓器的廢氣量來達(dá)到提高透平后的廢氣溫度。EGB 煙氣旁通閥由主機(jī) MOP 根據(jù)負(fù)荷和透平后溫度來自動調(diào)節(jié)。其二，通過溫度管理單元(俗稱小鍋爐)點(diǎn)火燃燒產(chǎn)生廢氣熱量混入廢氣總管來提升廢氣溫度。溫度管理單元的啟停由 SCRCU 根據(jù)反應(yīng)器后溫度 T-scr out 210℃啟，245℃停。

4. 控制系統(tǒng)：SCR 控制單元以獨(dú)立的雙 CAN 總線組成現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，通過各種傳感器對 SCR 系統(tǒng)中的參數(shù)(壓差、溫度、NOX 濃度等)進(jìn)行測量，并把信號

傳輸反饋到控制單元，將控制、監(jiān)測、報警等各功能模塊聯(lián)系起來，具有給料監(jiān)控、人機(jī)交互、報警和應(yīng)答功能等功能。但主機(jī) SCR 控制系統(tǒng)在自動運(yùn)行時還受主機(jī)MOP 以及集控室EMISSION REDUCTION CONTROL SYSTEM 控制.主機(jī)MOP向 SCRCU 輸出主機(jī)的工況信號，主機(jī) SCR-CU 根據(jù) Nox 濃度向 SCR 裝置發(fā)出噴射量給定值，SCR 裝置根據(jù)給定值調(diào)節(jié)比例閥開度。使反應(yīng)器后及排入大氣 Nox 濃度達(dá)到排放要求。

四、各種模式下的操作方法

主機(jī) SCR 系統(tǒng)運(yùn)行的條件：①燃油為≤0.1%的含硫量（在主機(jī) MOP 電腦上設(shè)置）。②主機(jī)功率≥25%。（集控室主機(jī) Mop 電腦顯示）。

主機(jī) SCR 系統(tǒng)煙道氣動蝶閥開始切換條件：主機(jī)透平后溫度≥205℃

主機(jī) SCR 系統(tǒng)開始噴射尿素條件：主機(jī)透平后溫度、反應(yīng)器前，反應(yīng)器后溫度都要≥225℃。

主機(jī) SCR 系統(tǒng)有三種啟動方式：機(jī)旁自動啟動、遙控啟動、機(jī)旁手動啟動。

1. 機(jī)旁自動啟動：

①溫度控制單元的旋鈕轉(zhuǎn)到自動位（所有油閥空氣閥都處在打開位置）；主機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)且功率≥25%時，排氣溫度較低的情況下，溫度控制單元會自動啟動

（SCR 反應(yīng)器后溫度≤210℃點(diǎn)火開啟，SCR 反應(yīng)器后溫度≥245℃停止加熱）， 保持煙道有足夠的溫度。②集控室的主機(jī) SCR 監(jiān)控器上把 SCR MODE 選擇AUTO；主機(jī) MOP 電腦上從 T-II 模式轉(zhuǎn)換為 T-III 模式。

③機(jī)旁主機(jī) SCR 控制面板的開關(guān)轉(zhuǎn)到機(jī)旁、自動模式，供氣單元的手動閥都處于開啟位置，頁面報警需要消除；按下系統(tǒng)自動啟動按鈕。

當(dāng)三個排煙溫度達(dá)到 225℃后，DOSING SYSTEN 開始動作，壓縮空氣給定閥開啟，噴射閥打開，60s 后清洗閥打開，同時尿素離心泵啟動。180S 后，尿素噴射功能運(yùn)行，系統(tǒng)根據(jù)主機(jī)負(fù)荷按設(shè)定數(shù)據(jù)自動調(diào)整尿素噴射量。

2. 遙控啟動：

①溫度控制單元的旋鈕打到自動位（所有油閥空氣閥都處在打開位置），②機(jī)旁主機(jī) SCR 控制面板的開關(guān)轉(zhuǎn)到遙控、自動模式，在集控室按下啟動按鈕，系統(tǒng)自動投入運(yùn)行。

3. 機(jī)旁手動啟動：

在主機(jī) MOP 或者 SCRCU 對 SCR 系統(tǒng)的控制失效時，可通過 SCR 系統(tǒng)自身的人機(jī)交互界面來手動控制操作。

①將控制單元上兩個旋鈕轉(zhuǎn)換到機(jī)旁，手動位置，把所需要的油閥及空氣閥門全打開到 備用狀態(tài),選擇一臺尿素離心泵為主泵，在選擇的那臺尿素離心泵為主泵前小框打“√”；如果選擇另外一臺為主泵，取消小框里面的“√”。

②打開“SCR 前閥門”→關(guān)閉“旁通閥”→打開“給定閥” →打開“清洗閥”→打開“噴射閥”

③五分鐘后，啟動“1 號尿素輸送泵”（彈出頁面按下啟動）

④當(dāng)輸送泵后壓力＞4bar 時，關(guān)閉“清洗電磁閥”，打開“尿素出口閥”，流量計設(shè)定值前小框打“√”，系統(tǒng)開始運(yùn)行后根據(jù)主機(jī)實(shí)際工況手動設(shè)定流量計設(shè)定值。或者通過調(diào)節(jié)比例閥開度來實(shí)現(xiàn)尿素噴射量的控制。

⑤根據(jù)主機(jī)工況和 SCR 系統(tǒng)溫度來手動啟停溫度控制單元點(diǎn)火。五、管理與維護(hù)

1. SCR 裝置運(yùn)行中的管理維護(hù)

運(yùn)行中的主機(jī) SCR 裝置處于連續(xù)監(jiān)控狀態(tài)，SCR 系統(tǒng)控制單元人機(jī)界面可以實(shí)時顯示每個設(shè)備的工作狀態(tài)和參數(shù)值，每 5 分鐘將自動記錄一次裝置運(yùn)行參數(shù)。系統(tǒng)任何的報警將在 SCR 裝置控制單元和機(jī)艙集中監(jiān)控電腦上同時出現(xiàn)。主機(jī)SCRCU 也會將 NOx 的濃度值輸出到始終對主機(jī)監(jiān)控的 PMI 電腦處理，在

line-recorder-27 中記錄并以連續(xù)曲線直觀顯示。這兩個地方的記錄應(yīng)妥善保存并能隨時調(diào)取以備檢查。見圖-2， 圖-3，圖-4.

運(yùn)行中需要注意以下情況：

• 檢查尿素艙及日用罐液位，駁運(yùn)泵可自動或手動駁運(yùn)尿素，尿素噴射泵運(yùn)轉(zhuǎn)及正常切換情況。盡可能維持尿素艙的海水冷卻，保證尿素艙溫度
• 在 35℃以下，避免出現(xiàn)尿素結(jié)晶情況。
• 在控制屏上檢查各閥及噴射情況，觀察尿素噴射量和主機(jī)負(fù)荷變化情況。
• 檢查各壓宿空氣管和尿素管是否有泄露，特別是主副機(jī) SCR 同時使用時消耗空氣比較多，多關(guān)注 SCR 空壓機(jī)運(yùn)行工況。甲板日用空壓機(jī)可與 SCR 空壓機(jī)互用，必要時可以切換使用。
• 檢查吹灰系統(tǒng)吹灰情況（自動模式下自動運(yùn)行 4h 或者壓差≥1200pa 時開啟吹掃）和 12 個吹灰電磁閥的開關(guān)狀況，以保證催化劑的清潔度和活性。
• 監(jiān)控主機(jī) SCR 系統(tǒng)中三個溫度（任意一個不要大于 460℃，否則會停機(jī)報警），可以通過調(diào)整主機(jī)負(fù)荷來調(diào)節(jié)。
• 當(dāng) 210℃<T-scr out<225℃時，系統(tǒng)既不加熱，也不噴射尿素，會處于非正常工作狀態(tài)；因此，運(yùn)行中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況手動啟動溫度管理單元以盡快越過這一區(qū)域。

主機(jī) SCR 系統(tǒng)在不同負(fù)荷狀態(tài)下的數(shù)據(jù)統(tǒng)計（表-1）：

注：表-1 中綠色字體對應(yīng)圖-5 運(yùn)行工況。所有數(shù)據(jù)來源于主機(jī)動態(tài)監(jiān)測，會有少許偏差存在。

2. SCR 裝置停用時的管理維護(hù)

確認(rèn)離開氮氧化物控制區(qū)后，在集控室 SCR 控制屏菜單 SCR SYSTEM SATUS 里將 SCR mode selection 狀態(tài)轉(zhuǎn)換從 AUTO 切換至 STOP，DOSING SYSTEN 將停止噴射，進(jìn)入后清洗模式，隨后旁通閥開啟，反應(yīng)器前后閥門關(guān)閉，在主機(jī) MOP 電腦運(yùn)轉(zhuǎn)模式從 TIII 轉(zhuǎn)換到 TⅡ模式。可在集控室中控屏處將停止按鈕按下或者直接在機(jī)旁按下系統(tǒng)自動停止運(yùn)行按鈕。系統(tǒng)自動開啟空氣清洗閥清洗管路和噴嘴。

• 由于系統(tǒng)沒有設(shè)置在系統(tǒng)停止運(yùn)行后自動對催化劑的吹灰程序，可在系統(tǒng)停用時轉(zhuǎn)換到機(jī)旁手動模式，手動打開 SCR 前后閥，保持旁通閥同時開啟，手動逐個點(diǎn)開吹灰電磁閥對催化劑進(jìn)行吹灰。手動吹灰時應(yīng)注意空氣壓力變化并控制吹灰時間。完成后恢復(fù)正常停止?fàn)顟B(tài)即可進(jìn)行主機(jī)換油操作。
• SCR 裝置長時間停用時，為防止尿素溶液沉淀結(jié)晶堵塞管路和噴槍；操作人員需通過泄放管路手動卸放排空日用罐及供給噴射單元管道內(nèi)的尿素溶液，建議在日用罐中加入清水，手動啟動系統(tǒng)供給噴射單元及噴槍組件，清洗系統(tǒng)后卸放排空，關(guān)閉入口管路手動閥門。
• 每個月手動對泵浦盤車轉(zhuǎn)動活絡(luò)，各氣動碟閥短時間開關(guān)功能試驗。
• 檢查壓差傳感器和 NOx 濃度傳感器讀數(shù)以確認(rèn)相關(guān)煙氣閥門是否關(guān)閉到位。
• 溫度管理單元每個月點(diǎn)火試驗一次，以保證風(fēng)機(jī)及風(fēng)門轉(zhuǎn)換運(yùn)轉(zhuǎn)正常， 確保點(diǎn)火功能正常。

六、常見故障分析與處理

序號

故障名稱 故障原因 處理措施

1

控制系統(tǒng)故障

信號傳輸故障

檢查線路或通信通道

程序錯亂

升級更新程序

2.

尿素離心泵故障

電源故障

檢查電源

泵卡死

活絡(luò)或解體泵浦

變頻頻率設(shè)置錯誤

重新設(shè)置變頻頻率

3

傳感器斷線或

失效

傳感器測量探頭失效

更換測量元件

傳感器控制模塊故障

更換控制模塊

4

尿素噴射不正常

噴嘴堵塞

清潔或更換噴嘴

電磁閥失效

解體檢修或更換電磁閥

比例閥故障

解體檢修或更換比例閥

流量計故障

臨時旁通或更換

5

氣動蝶閥故障

反饋信號錯誤

檢查反饋線路

閥門卡死

手動活絡(luò)閥門

閥門驅(qū)動裝置故障

檢查檢修驅(qū)動裝置

6.

溫度管理單元點(diǎn)火失敗

高能點(diǎn)火電極安裝錯誤或

失效

拆出重新安裝或更換電極

火焰探測器表面臟或故障

拆出清潔或更換

風(fēng)油比設(shè)置錯誤

重新設(shè)置風(fēng)油比例

燃燒器配風(fēng)口堵塞

拆檢燃燒器清通

油泵或油路故障

檢查油泵或油路暢通

控制系統(tǒng)故障

檢查控制系統(tǒng)線路或控制

模塊

7

反應(yīng)器前后壓差高

壓差傳感器故障

拆檢壓差傳感器

催化劑堵塞或吹灰裝置失

效

執(zhí)行手動吹灰或拆檢吹灰

裝置

七、對主機(jī) SCR 系統(tǒng)的綜合評估

本類型低壓 SCR 裝置經(jīng)實(shí)船驗證總體運(yùn)行情況良好，在主機(jī)穩(wěn)定工況時 SCR 裝置運(yùn)行平穩(wěn)。但缺點(diǎn)也比較明顯：

• 在主機(jī)機(jī)動航行且低負(fù)荷低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下適應(yīng)性較差（參見圖-4），特別是用車頻繁時裝置基本處于停止?fàn)顟B(tài)。每一次變速系統(tǒng)至少需要約三分鐘的時間來適應(yīng)和調(diào)節(jié)到相應(yīng)的噴射量。
• 在布置方面，體積大，附件多，占空間比較大一直是尾氣處理裝置 SCR 最大的缺點(diǎn)。如何在不影響使用性的前提下合理優(yōu)化布局，有很大的提升空間。
• 硬件方面，濃度傳感器，溫度傳感器等關(guān)鍵部件由于工作環(huán)境惡劣， 導(dǎo)致故障率極高，備件價格昂貴但使用壽命和可靠性卻不理想。
• 主機(jī) SCR 運(yùn)行期間，廢氣鍋爐處于無加熱狀態(tài)，如需使用蒸汽或暖爐， 需要在航行中啟用燃油鍋爐。

控制單元人機(jī)交互界面：

操作人員的煩惱：

----觸屏，怎么我點(diǎn)你,你老是不理我呢!

-----不是你的界面小，可能是我的手指長的太大了吧！

• SCR 裝置對主機(jī)的影響

1.在 SCR 系統(tǒng)運(yùn)行期間，由于 EGB 煙氣旁通的原因，當(dāng) EGB 100%開度時，主機(jī)增壓器轉(zhuǎn)速明顯下降，直接導(dǎo)致掃氣壓力的大幅度降低，掃氣效果和燃燒工況變差，排煙溫度升高。實(shí)踐表明，同等負(fù)荷下，使用SCR 后主機(jī)掃氣壓力會下降約 30%，排煙溫度平均上升約 20 左右。2.掃氣壓力的下降，可能導(dǎo)致輔助鼓風(fēng)機(jī)長時間持續(xù)運(yùn)行，影響鼓風(fēng)機(jī)的使用壽命。

3. 主機(jī)排煙進(jìn)入反應(yīng)器，一旦催化劑堵塞或者部分堵塞而沒有得到及時吹通。會導(dǎo)致主機(jī)排氣背壓的增高，從而影響主機(jī)工況。

4. 尿素溶液噴射不正常，或者霧化不完全，將導(dǎo)致排煙管路的內(nèi)部氨腐蝕。

八、結(jié)束語

隨著 SCR 系統(tǒng)在船舶的應(yīng)用越來越廣泛，技術(shù)越來越成熟，產(chǎn)品升級步伐加快，相信缺點(diǎn)會不斷得到改進(jìn)，不良影響也會越來越小，操作和管理會越來越規(guī)范合理。愿更多的人一起努力，保護(hù)環(huán)境，共建綠色家園，守護(hù)藍(lán)色天空！

來源海機(jī)務(wù)之家