《国际防止船舶造成污染公约73/78》附则Ⅵ强制生效的经修订的《船用柴油机氮氧化物排放控制技术规则(2008)》,仅适用于船舶建造时安装的及2000年1月1日后经重大改装的输出功率超过130 kW的船用柴油发动机。安装于救生艇上仅在应急情况下使用，或其他应急情况下使用的船用柴油发动机不受本条规定限制。其中，对新装船用柴油发动机氮氧化物排放限值又进一步做出规定，于2016年1月1日或以后建造的船上安装的柴油发动机或在此期间替换或加装的柴油发动机，当船舶在氮氧化物排放控制区域内航行时，须符合如下第Ⅲ级标准：发动机额定转速n大于等于130 r/min且小于2 000 r/min的柴油发动机，废气中氮氧化物(NOx)的排放限值为9·n(-0.2)g/kW·h。所以船舶发电用中速柴油机(以下简称辅机)可以使用LP-SCR对废气中的NOx进行低压选择性催化还原反应，即低压脱硝处理。本文主要介绍一种典型的LP-SCR。1 辅机废气低压脱硝系统反应过程辅机排出的废气中NOx,包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2),是主要大气污染物，LP-SCR系统作为一种可降低废气中NOx浓度的新型处理系统应运而生。该系统的工作过程见图1,作为还原剂的尿素溶液经喷射后，与废气混合，尿素在高温下发生热分解反应形成氨气(NH3)和二氧化碳(CO2),其产生的NH3和废气混合，并通过反应器中的催化剂模块发生选择性催化还原反应，NOx最终被转化为对大气环境无害的氮气和水蒸气排出。上述选择性催化还原反应包括标准的选择性催化还原反应与快速的选择性催化还原反应，反应式如下：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O标准的选择性催化还原反应，NO2+NO+2NH3→2N2+3H2O快速的选择性催化还原反应。显然，上述催化还原反应中催化剂的活性是决定最终减排效果的关键之一。然而，在165～185 ℃时，NH3可以与废气中的三氧化硫和水蒸气发生反应生成硫酸氢铵(NH4HSO4)(Ammonium bisulfate, ABS),具有黏性和腐蚀性的ABS,不但会降低催化剂的活性，且ABS会对机器部件造成脏污和腐蚀。因此，必须通过有效的手段避免此不良化学反应发生，其中包括两种主要方法：将燃油中的硫含量控制在0.1%以下；将脱硝反应发生的最低温度控制在250 ℃以上。
2 辅机废气低压脱硝系统组成和工作原理LP-SCR安装在辅机增压器的低压排气端，这就是“低压(Low pressure, LP)”这个词的由来。经过增压器的废气首先流入选择性催化还原(Selective catalytic reduction, SCR)混合管路中，在这里废气与被蒸发分解的还原剂相混合。充分混合后的气体流入反应器，进行低压选择性催化还原反应除去NOx,即脱硝处理。LP-SCR系统一般包括反应器、泵单元、计量单元、混合管路、旁通阀、控制单元、尿素日用柜等。LP-SCR系统见图2。
反应器包括反应器本体、催化剂、混合和导向装置、吹灰装置等，氮氧化物与氨气的还原反应就是在催化剂的作用下在反应器中发生的。吹灰装置是用具有一定压力的压缩空气来吹掉催化剂模块上的烟灰以防止废气中的颗粒在催化剂模块上堆积造成废气背压的升高和催化剂效率的降低。排烟管和LP-SCR原理见图3。
泵单元和计量单元是用来供给、测量、雾化和喷射还原剂用的，主要包括离心泵、减压阀、压力传感器、电磁阀、比例阀、单向阀、流量计等。泵单元把储存在尿素储存柜中的尿素溶液以一定的压力泵送到计量单元，计量单元通过控制比例阀的开度可以调节尿素溶液的供给速率，供给速率由流量计检测和显示。混合管路是尿素溶液进行水解反应，以及NH3与废气相混合的地方，它布置在SCR反应器前面的管路上，主要包括混合器、一段直管路和喷枪。混合器和喷枪布置在混合管路的起始端，辅机产生的废气首先经过混合器，然后与被喷枪喷射进来的尿素溶液在直管路中进行混合。喷枪是实现尿素溶液喷射和雾化的重要设备，它由内管和外管组成，内管用来流通尿素溶液，外管用来流通压缩空气，分别与计量单元的尿素溶液管路和压缩空气管路相连接。尿素溶液的喷射是利用3～5 bar的压缩空气来实现的，还原剂和压缩空气在喷枪末端的喷嘴处相混合，还原剂成细雾状被喷射到废气中。喷枪安装在混合管路中混合器的后面，并且喷嘴应该位于混合管路的中线上，喷嘴采用三级雾化和圆形喷射形状来实现良好的雾化效果，还原剂是顺着废气流动方向被喷射进去的。SCR系统混合管路见图4,喷嘴构造和雾化原理见图5。
旁通阀的开闭状态决定辅机排出的废气是否经过SCR。当船舶在氮氧化物排放控制区域外航行时，旁通阀开启，辅机废气经过旁通阀进入旁通管路排入大气。控制单元包括信号采集和处理装置、主控制装置和执行机构，系统中所有传感器收集到的信号经过处理后送到主控制装置，主控制装置根据设定好的程序和收集到的信号再给指令到执行机构来实现高效率的脱硝处理和低程度的NH3逃逸，确保整个SCR系统安全持续可靠运转。尿素日用柜包括储存柜和传感器，主要是用来储存和监控尿素溶液，提供脱硝处理所必需的还原剂。3 SCR启动运行和停止方法辅机SCR可以远程自动启动和停止(集控室辅机SCR遥控板)或者机旁自动启动和停止(程序逻辑控制器(Program Logic Controller, PLC)控制箱),都是一键式启动和停止。当满足各项启动条件启动后，有负荷的辅机会很快自动进行脱硝处理。当进行停止步骤后，所有辅机会自动停止脱硝处理。当SCR已经运行后，又有辅机欲投入运行，只需要再次执行SCR的自动启动步骤，后并电的辅机就会运行SCR。当解列一台辅机时，此辅机会自动停止SCR。② 在集控室内发电机SCR遥控板上，按下“遥控启动”按钮。② 在集控室内辅机SCR遥控板上，按下“遥控停止”按钮。4 HMI介绍人机交互界面(Human Machine Interaction, HMI)与SCR系统所有的部件相通信，通过安装在控制箱里的PLC监控和控制所有输入和输出信号。通过使用HMI的触摸屏可以集中查看各个部件的工作状态，检查所有的运行参数，并进行一些功能操作。对于可能出现的故障，HMI中具有详细的汇总，当出现故障时会自动报警，并分析可能的原因给出适当的解决方案，以方便操作者解决故障。HMI包括主页、趋势、警报、启动条件、设备列表、手动操作、设置等功能。5 日常管理要点1) 发电机在运行SCR前，需要检查和疏通SCR的喷嘴，尤其是当SCR长时间不用，但是发电机运行时间比较长，SCR的喷嘴容易被废气堵塞。当SCR运行后，可以根据尿素溶液流量变化判断脏堵情况。在SCR的喷嘴脏堵后，尿素溶液流动性变差，换热效果变差，尿素溶液升温晶体析出，容易造成最靠近喷嘴的电磁阀(尿素溶液调节阀)堵塞，需要拆下清洁或更换，更换下来的电磁阀可以清洁后备用。2) 当发电机SCR的吹灰电磁阀在开启位置卡死时，会造成吹灰空气持续喷入，导致甲板空压机和主空压机连续运转。因此，当发生吹灰电磁阀在开启位置卡死时，应临时手动关闭位于吹灰电磁阀前方同管路上的吹灰截止阀，定时打开吹灰旁通阀进行手动吹灰。待吹灰电磁阀修复后，再恢复正常使用。3) 当发电机SCR的废气压差传感器管路脏堵时，会造成压差显示错误，因此，应注意清洁疏通管路。4) 由于低温环境对尿素溶液的保质期有利，尿素舱海水冷却管路应保持常开。具体见表1所示：表1 尿素溶液保存温度与最低保质期 导出到EXCEL保存温度/℃ | 最低保质期/月 | 0—25 | 18 | <30 | 12 | <35 | 6 | >35 | 容易失效 |
5) 当LP-SCR运行时间达到12 000小时，应打开反应器，手动清洁催化剂清除上面的积灰，检查催化剂的状态，结合LP-SCR的使用情况和各项运行参数进行综合判断，在必要时更换催化剂。6 常用中英文名称和英文缩略语表2 常用中英文名称和英文缩略语 导出到EXCEL | 英文 | 中文 | | ammonium bisulfate | 硫酸氢铵 |
HMI
| human machine interface | 人机交互界面 | | low pressure | 低压 | | low pressure selective catalyticreduction | | | nitrogen | 氮气 | | ammonia | 氨气 | | nitrogen oxide | 氮氧化物 | | nitrogen monoxide | 一氧化氮 | | nitrogen dioxide | 二氧化氮 | | program logic controller | 程序逻辑控制器 |
参考文献： [1]李灵祎.船舶辅机废气低压脱硝系统(LP-SCR)介绍[J].航海技术,2022,No.254(02):55-57. 作者简介：
李灵祎，大管轮，北京鑫裕盛船舶管理有限公司
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