一、SCR 系统基本原理
废气中的污染性氮氧化物（NOx）、碳氧化物（CO）和碳氢化合物（HC）的浓度，需安全地减低至特定的排放限额。
SCR 技术可以大幅度降低上述污染物的浓度，最终转化为对大气无害的 N₂和 H₂O, 过程如下：
尿素溶液喷射：CO(NH₂)₂ + H₂O
尿素溶液转化为氨气：CO(NH₂)₂ + H₂O → NH₃ + CO₂
氨气与氮氧化物发生氧化还原反应：NOx + NH₃ +O₂→ N₂ + H₂O
二 、二冲程柴油主机
HPSCR 系统布置及原理
1、HPSCR 系统布置图
见图1所示。
2、基本原理
（1）TIER Ⅱ模式
RSV阀及RTV阀关闭、RVV阀及RBV阀打开，压缩空气经RVV和RTV的旁通节流孔板和废气一起直接经过涡轮增压器排向大气，如图2所示。
（2）TIER Ⅲ模式
RSV阀及RTV阀打开、RVV阀及RBV阀关闭，废气经RSV阀、混合管、反应室、RTV 阀后经过涡轮增压器排向大气，如图3所示。
图3 二冲程柴油主机HPSCR系统TIER Ⅲ模式
三、二冲程主机HPSCR系统配置
HPSCR系统构成主要包括：
主机、尿素舱、尿素溶液、尿素供给单元、尿素计量单元、混合管、反应室、排烟管等。
1、尿素舱
（1）防腐
尿素舱需进行特涂处理或采用不锈钢舱柜，以达到防腐和使用性能。
根据实际尿素消耗来计算舱容大小，并依据其成本决定采用不锈钢柜还是特涂处理的结构舱。
该船采用特涂处理的结构舱。
（2）存储
40% 浓度尿素溶液的储存温度一般以 0~35 ℃为宜。
为了将储存温度尽可能地控制在35℃以下，该船尿素溶液舱的温度控制是采用海水盘管方式，而海水温度一般在 32℃以下；考虑到机舱的设计环境温度为45℃，并在舱柜表面做绝热包覆，在舱柜上安装温度计来监测溶液温度。
（3）舱容
舱容需满足主辅机运行的消耗量。
该船主机 MCR工况尿素耗量为200L/h、4.8m³/ 天。
配置65m³的主机尿素舱，可以满足约13天使用要求。
2、尿素溶液质量
根据主机要求，选用尿素溶液浓度为 40%。
3、排烟管系统
（1）材质
主机为高压SCR，透平前排气管由于高温高压要求管材采用15CrMoR, 透平后按常规选用 Q235B。
（2）背压要求
主机高压SCR系统布置在透平前，不影响主机透平出口背压；透平后出口背压按常规不大于 300mbar。
4、压缩空气系统
（1）空气质量要求
根据主机 SCR 的空气质量要求：
空气颗粒度/水分/油分需满足ISO 8573-1,class2.4.2 要求。
通过配置空气干燥器来达到空气质量要求。
（2）空气耗量
该船主机SCR的空气消耗量，如表1所示。
主机在TIER Ⅱ模式下，通风空气量C按下式计算：
C=P*VT （1）
式中：P为SCR 系统压缩空气压力，bar；
VT =ΣV，即 SCR 排气管容积 +SCR 混合单元有效容积 + 反应室有效容积，m³。
根据整个系统的容积，选择相应尺寸的节流孔板，见图4。
图4 二冲程柴油主机
HPSCR系统节流孔板尺寸选型
（3）空压机及空气瓶
TIER Ⅱ及 TIER Ⅲ状态下均有持续的压缩空气消耗，因此应配置 2 台空压机。
空气瓶和空压机的容量及压力，需满足 TIER Ⅱ和 TIER Ⅲ的耗气要求。
由于压缩空气持续消耗，空压机选型需考虑运行时间、启停次数及保养要求。
空压机的运行时间与空压机型式/工作压力无关，只与空压机容量和 SCR 系统耗量有关；空压机的启停次数与空压机的工作压力及空气瓶的大小有关。
工作压力越小空气瓶容量就要求越大；反之，工作压力越大则空气瓶容量可选小一些。
每天运行时间 T 为：
T=24*C/Q h （2）
空压机单次运行时间 T1 为：
T1=V*（P1-P2）/（Q-C）h （3）
空压机单次停止运行时间 T2 为：
T2=V*（P1-P2）/Ch （4）
上述公式中：
C为SCR系统耗量，m³/h；
Q为空压机容量，m³/h；
V 为空气瓶容量，m³；
P1 为空压机的停止时压力，bar；
P2为空压机的启动时压力，bar；
空压机的启动次数，一般要求每小时启停不超过 5 次。
对二冲程高压 SCR 来说，TIER Ⅲ状态时压力要求9~11 bar。
螺杆空压机由于压力相对低，空气瓶的充气时间短、耗气时间快，因此选用螺杆空压机启停就会频繁。
为避免螺杆空压机反复启停，气瓶容积需相应增大；活塞空压机由于压力高，空气瓶的充气时间长、标准气压下的气体容量大、耗气时间长，因此活塞空压机启停次数相对较少。
经对比两种空压机的维护保养计划，从采购成本及维护成本看，螺杆式空压机采购成本高但维护成本低，活塞式空压机采购成本低但维护成本高。
该船配置一个 3m³@30bar 空气瓶和 2 台 270m³/h@30bar 活塞空压机 (注：由于本船发电机同样有 SCR系统 )，一台长期运行，另一台间断运行。
运行一台活塞空压机能满足TIER Ⅱ状态航行要求，而 TIER Ⅲ状态航行则需运行2台。
五、总结
MARPOL公约附则VI第三阶段已实施执行，航线含有控制区的船舶均需满足此要求。
通过对船二冲程柴油主机除氮装置的选型分析和实际应用，保证了该船能满足TIER Ⅲ的排放要求，并为除氮装置的安装积累了经验，可为其他船舶提供借鉴。
