摘要：通过使用选择性催化还原技术，能够有效降低船用发动机运行时间的氮氧化合物含量，保护周边生态环境。针对此，本文首先阐述选择性催化还原原理、主要研究内容。分析船用柴油机选择性催化还原系统关键技术，明确选择性催化还原系统应用要点，以供参考。

关键词：船用柴油机；选择性催化还原系统；关键技术

前言：随着社会经济发展速度不断加快，国家对用船用柴油机氮氧化合物排放量提出了更高要求。通过使用选择性催化还原技术手段，能够有效控制废气中的氮氧化合物，避免船用柴油机在运行期间对空气环境造成严重污染。相较于发达国家而言，我国选择性催化还原系统的研究起步稍晚，但发展速度快，在具体实施环节还应结合船用柴油机规格，完善选择性催化还原系统结构。

1、概述选择性催化还原系统

1.1选择性催化还原工作原理

选择性催化还原系统就是将直接供给氮氧化合物、尿素溶液热解毒等还原剂与氢气均匀混合，在催化剂的作用下将氮氧化合物还原成氮气与水。

1.2选择性催化还原系统研究内容

船用柴油机选择性催化还原系统包括催化还原反应装置、电控系统、还原剂、供气系统、辅助设施组成。其中，选择性催化还原装置分离还原剂装置、氮氧化合物装置，为生产工作提供催化条件；控制系统的主要控制对象为发动机转速、催化剂出入口温度值、还原剂剂量；还原剂供给系统可结合采用柴油机运行特征，优化溶液输送路径，对溶液进行喷射、计量处理。借助辅助旁通设施监管功能，可在选择性催化还原系统故障的情况下保障柴油机运行安全。不仅如此，借助非排放控制设施，能够有效控制优化还原系统运行情况，确保设备始终处于安全运行状态；使用吹灰设施对管道中的残留的催化剂、沉积物进行及时清除，保障规划设施运行效果率；借助废气加热系统，增强柴油发电机对低温环境的适应性，为选择性催化还原反应开展提供必要条件。

1.3选择性催化还原系统设计方案

在船舶发动机中使用选择性催化反应系统，可将发动机运行期间的转化率控制在合理范围内，合理设置还原剂、氮氧化合物转化量、系统控制参数。现阶段催化剂种类增多、转换效率得到进一步提升，在制定选择性催化还原系统设计方案时还需考虑还原剂精准供给、使排气与还原量良好混合、系统始终处于稳定运行状态。具体来说，选择性催化还原系统设计工作包括以下内容：

1.3.1均匀混合研究

选择性催化还原系统运行目标就是将船用柴油机排放气体的氮氧化合物控制在标准范围内。为使排气与还原剂均匀混合，还应通过均匀气流分布降低烟气压力损失。由于船用柴油机的排气量较大，如进行合理设计，催化还原系统中的排气流速较快，从截面处通过，导致催化剂利用效果受到不利影响。因船舶空间较小，管道布置难度大，尿素溶液、水解溶液与排气系统布置效果不佳。因此在均匀混合研究环节，工作人员需做好混合管路及反应器流道仿真试验工作，确保还原剂分布均匀、排气均匀，降低不同混合装置、导流装置及反应装置对排气混合流动效果造成不利影响。

1.3.2喷雾特性研究

为精准控制选择性催化还原系统运行环节的尿素溶液供给量，对溶液进行雾化处理，可使用三级雾化供给喷射单元以及高效的阀控单元实时监测尿素溶液供给情况。为达到最佳雾化效果，还应分析不同喷射角度、供液压力、供气压力参数，降低此些参数对喷雾颗粒度、粒径造成的影响。

1.3.3控制系统设计

控制系统是选择性催化还原系统重要组成部分，对保障催化还原效果意义重大。控制系统可根据船用柴油机工况，将氮氧化合物排放量控制在合理范围内，确保尿素溶液能够按照需求精准供给。

控制系统分为开环系统、闭环系统两种方式。其中，开环控制方式就是在选择性催化还原系统调配过程中，使用恒速运转的船舶机械设备，船用主机及副机循环手段借助，结合反应器氮氧化合物体积分数换算方式，计算出各工况所需的尿素溶液输出值，通过数据输入控制系统生成基础图谱，使试验固化。

在闭环控制过程中，结合选择性催化还原装置以及氮氧化合物传感器采样结果实现反馈控制目标。结合反应器碳氧化合物体积分数、氮氧化合物转化率合理设置氮氧化合物体积分数。根据输出响应时间、收敛时间、振荡幅度及数据精度等要求，由闭环算法及微积分参数值合理设置修正参数。

1.3.4催化剂布置设计

催化剂布置设计能够进一步提升选择性催化还原系统运行期间的氮氧化合物转化效率、体积量、降低排气压力值。通过分析催化剂在不同空速下的转化效率以及随烟气温度变化规律发现，在空转速度越高的情况下，各个温度对应的氮氧化合物转化效率越低。在同等孔径下，设计空速越高时，通过催化剂造成的压力损失量也会越大。但空速降低也需要使用更多催化剂，需结合催化剂特征将烟气温度控制在280～500℃范围内。

2、船用柴油机选择性催化还原系统关键技术

2.1选择性催化还原系统装置

选择性催化还原系统的催化剂节距、孔数、面积比等应根据不同设计要求选择。例如在船用柴油机使用燃煤的情况下，节距应控制在6.4毫米；在柴油机燃料为石油、重油的情况下，应将节距控制在4.9毫米。增强催化反应装置的密封性，防止反应期间出现废气或废液泄漏问题，确保废气及催化剂均匀混合。

选择性催化还原实验检测包括密封性实验、轴向推力试验、水冷试验与热振动试验等。因船用柴油机的运行状态较为稳定，废气排放速度及排放量平稳，可不必使用推力试验。发动机对环境的适应性强，也不必进行水冷试验，可着重对选择性催化还原剂进行振动试验。

由于船用柴油机的振动环境并不恶劣，在设计选择信息化还原系统期间还应结合电气电子产品试验指南规范，增加附加支撑与强度，合理设置振动试验参数。

2.2催化剂试验

首先检测催化剂的耐硫性，借助反应温度确定催化剂活性、选择性催化还原反应速率。在排气温度较低的情况下，还原剂无法与氮氧化合物发生完全反应，导致燃油中的硫会生成硫酸盐，导致管道堵塞问题出现；

其次分析催化剂使用寿命，评估催化剂活性速率、氮氧化合物的转化效率以及氨气泄漏值，合理控制催化剂限量，制定催化剂管理计划；

最后，分析催化剂性能。结合催化剂材料、成分及类型判断催化剂化学组合成分，使用配比成分、制备工艺等方式改变载体及活性组分关系，判别催化剂活性。对催化剂的转化效率做好验证工作，配合使用手动控制或调整工况手段控制还原剂的喷射量，确保催化剂与环境温度、空速值保持一致。由催化剂转换效率曲线确定氨氮比，验证催化剂的最大转换效果。

2.3电控系统

在选择性催化还原系统电控设计期间，应依照电气电子产品试验指南、钢质海船入级规范等要求确定监控项目、监控模式，验证电控系统安保、监测、功能要求。

2.4还原剂供给系统

选择性催化还原系统中氨类还原剂包括液氨、氨水、尿素溶液。其中，尿素溶液容易存储、便于运输，应用范围更广。在实际使用环节，32.5%质量浓度的尿素溶液冰点值为-11℃，在施工时应注重控制环境温度，避免液体结冰。因选择性催化还原系统容易在催化剂表面、排气管道、尿素泵以及尿素喷嘴等部位出现沉积问题，导致尿素计量失效，一定程度影响还原效果。尿素的结晶情况与积水比例、环境温度存在密切关联，在尿素水溶液处于曲线位置上方的情况下会出现结晶。因此在设计泵体及喷嘴构件时，应严格控制泵体运行精度、冗余量、喷射压力值，明确计量泵与储存罐、喷嘴间的最大允许高度。

2.5辅助设备

辅助设备由旁通结构、混合器、吹扫系统、废气加热装置组成。其中，旁通系统可在选择性催化还原设施故障的情况下保障柴油机运行安全。通过设置非排放控制区也能够随时关闭反应催化系统，提高系统运行期间的经济效益。在旁通系统设计过程中应结合单台柴油机主推情况确定旁通结构，控制多台柴油机运行状态。

由于船用柴油机的排气管道较大，内部流畅不均匀现象更为突出。在柴油机运行工况出现变化的情况下，排气管内温度、压力以及氮氧化合物分布差异也会较大，因此需进一步优化选择性催化还原系统中的流场，提高静态混合装置的混合强度。

在船用柴油机运行环节，废气中的灰主要由硫、杂质、金属氧化物构成，在没有及时清理的情况下会堵塞蜂窝孔道、缩短选择性催化还原系统使用寿命。船舶中的选择性催化还原系统多采用压缩空气吹扫。将空气以一定压力从喷嘴中高速喷出，由气流将灰尘带走，确保管道始终处于清洁状态。

废气加热装置可以满足低温环境下选择性催化还原系统稳定运行要求。通过在系统中使用燃烧剂加热法，合理控制燃烧温度值。

3、船用柴油机选择性催化还原系统运行要点

为充分发挥出选择性催化剂还原系统在船用柴油机排气量控制期间的积极作用，系统设计环节还应确保建模计算精准度，确定系统运行效率，优化系统建模手段。要求选择性催化还原系统设计合理，合理设置安保设施、监控设施、还原剂流量值等。在控制还原剂流量期间，还有分析环境保护要求，使还原剂能够稳定供给。对柴油机排放进行循环测试，设置测试循环模式点。充分发挥出析船上发动机实际运行工况，在发动机工况偏离特性曲线的情况下，应停止还原剂喷射，根据柴油机实际运行优化设计方案。

在船用柴油机选择性催化还原系统设计完成后，应着重分析排气压力损失量、燃油消耗量。通过将系统安装在柴油机排气管路上，如压力损失过大会导致排气背压增高，导致柴油机运行期间的经济效益造成不利影响，因此需注重将系统压损值控制在1500pa范围内。在负荷增大压损增大的情况下，排气流量及压水量呈正相关系，应控制系统运行对柴油机性能造成的不利影响。严格计算燃油消耗值，分析各工况原机与加装选择性催化还原系统后的燃油消耗率。计算结果表明，加装选择性催化还原系统不会对柴油机燃油经济性造成不利影响。

总结：总而言之，在船用柴油机中使用选择性还原系统，均匀混合排气及还原剂，能够有效控制烟气中的压力损失量。精准供给尿素溶液、使用合理雾化手段也可与氮氧化合物高效混合，借助选择性催化还原系统提高氮氧化合物转化率，保护周边生态环境。选择性催化还原剂的压损量与柴油机排气量存在密切关联，为满足柴油机稳定运行要求，还应严格控制系统最大压损量，确保船用柴油发电机系统始终处于可靠运行状态。

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