船舶废气SCR系统设计及应用

针对在船舶上设计及安装废气SCR处理设备及系统的需求,以85 000 DWT散货船SCR系统装船样式为例,分析船用废气处理技术的类型及特点,以及SCR技术的要求和实际组成要素,船舶废气SCR处理系统的实际应用和工作流程分析表明,SCR废气处理技术在船舶系统实际应用过程中,设备安装、系统管路长度及走向,排气温度及尿素溶液喷射量控制等会影响废气中NO_x的实际处理效果,系统设计需遵循一定的设计原则、布置方法,以及管线设计要求。     

船舶废气高压SCR系统管路应力分析计算

船舶废气选择性催化还原技术（SCR）作为柴油机废气中高温氮氧化物处理的主要方法,近几年被广泛应用在海洋运输行业。SCR系统管路的合理设计对于保障船舶SCR系统安全稳定运行起到至关重要的作用。以MAN 7S50ME低速主机系统为例,在考虑高压SCR系统管路受内、外部载荷及工况等因素下,对高压SCR系统管路在不同工况载荷下对各个受力点进行管路膨胀量分析、应力分析,分析薄弱点,调整固定支撑点、滑动支撑点及膨胀节等局部的结构,最终确定满足台架试验的系统管路。     

船舶尾气处理技术分析

分析船舶脱硝原理与方法，重点介绍选择性催化还原（SCR）系统工作原理、尿素系统设计、催化剂使用以及SCR系统的吹灰，并提出改进方案，即增加尿素系统日用药剂泵、在排烟管路正确安装尿素喷射器以及为SCR系统配备NO_X传感器等，使脱硝效果更加显著。此外，还分析了船舶脱硫方法及每种方法的优缺点，并介绍了当前船舶脱硫脱硝一体化技术，提出目前无论脱硫还是脱硝技术都存在污染海洋的可能，液化天然气（LNG）才是未来船舶尾气减排的发展方向。     

基于三步法—船舶二级脱硝系统的控制设计

选择性催化还原(SCR)是一种被广泛应用于船舶柴油机尾气排放NO_x的后处理技术，但SCR脱硝系统具有大惯性、非线性以及不确定性的特点，使得常规控制方案不能较好地实现SCR脱硝系统的控制。以船舶柴油机的SCR脱硝系统为研究对象，搭建船舶二级脱硝系统模型，并设计三步法非线性控制器来跟踪氨覆盖率目标值；分析经济、标准、超载等3种工况下的脱硝率和氨逃逸量。结果表明：基于提出的三步法—船舶二级脱硝控制器，可进一步提高脱硝率、降低氨逃逸量。     

浅谈SCR技术在船舶中的应用与验证

<正>随着全球大气污染对人类生活的影响越来越严重，国际上对大气污染的防治措施不断升级。船舶运行中使用化石燃料排放的废气是导致大气污染的重要因素，船舶在对硫氧化物进行排放控制的基础上，对氮氧化物(NOx)的控制也越来越严格。在现有的柴油机技术条件下，仅依靠机内措施很难大幅度降低 NOx的排放，于是尾气处理装置选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction, SCR)技术被开始在船舶柴油机上应用。柴油机配置SCR系统，     

船用SCR技术现状及发展

船用选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)技术是1项高效的NO_X脱除技术，已经在船舶领域得到了广泛应用，但随着环保要求调整与能源结构的变化，船用SCR技术也需要相应调整。目前船用SCR多使用尿素-选择性催化还原(Urea-SCR)技术，此技术受船用燃料油中杂质及烟气排气温度影响较大。其中，船用燃料油中的硫(S)及碱性金属等物质含量高，对催化剂的毒副作用明显，限制了船用SCR的使用。船舶主要使用柴油机，决定了烟气排气温度变化区间，通过影响尿素水解产NH₃效果、SCR反应器布置形式及催化剂活性，最终影响尾气脱硝效果。上述现状表明，使用船用燃料油的船舶，带废气加热的LP-SCR系统设计将是SCR设计的重要方向；寻找产NH₃效率高及控制精确的安全NH₃源(或方式)，对于船用SCR系统发展也起到了至关重要的作用；提高燃料品质、降低烟气中毒副作用限制，可为研制发展船用新型低温、抗毒催化剂提供基础。由于碳中和目标，低碳、零碳燃料船舶将是全球趋势，使得燃烧后排气不同，进...     

PSO-BP神经网络在船舶二级脱硝系统中的应用

随着国际海事组织（IMO）标准Tier III标准的实施，船舶柴油机尾气中的氮氧化物（NOx）的排放受到了更严格的限制。选择性催化还原脱硝技术因其高效、可靠等优势成为船舶柴油机NOx减排的主要选择。本文先根据SCR反应机理在MATLAB中搭建一级SCR脱硝系统和二级SCR脱硝系统模型，通过仿真结果对比，发现加入二级脱硝系统后，脱硝率可以得到提高。鉴于BP网络预测精度较低，本文将粒子群（PSO）算法加入到BP权值训练过程中，利用PSO-BP 神经网络预测 SCR-DeNOX系统出口处NOX浓度。结果表明：PSO-BP 神经网络不但可以预测SCR-DeNOX系统出口处的NOX浓度，而且与传统BP 神经网络相比可以提高预测结果的精度，为有效控制喷氨量、降低氨气逃逸量提供帮助。     

船舶发动机尾气脱硫脱硝一体化技术分析

为开发船舶发动机尾气脱硫脱硝一体化系统产品,结合实船条件对几种尾气脱硫脱硝一体化技术的可行性进行分析,发现目前还没有非常适合实船应用的一体化脱硫脱硝技术,现有技术都存在一定的问题,需要继续改进或开发新的一体化脱硫脱硝工艺。通过中试试验对低硫油+低温选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction, SCR)脱硝工艺进行验证和开发,初步发现该工艺可满足船舶尾气脱硫脱硝的要求。随着国际海事组织脱硫脱硝规范的生效,如果现有技术没有完善或没有新技术出现,发动机燃烧满足规范要求的低硫油并采用SCR技术脱硝的方法具有可行性。     

基于区间约束GPC的船舶SCR脱硝系统多工况控制

不同工况下的船舶柴油机脱硝系统具有很强的非线性和时变性，常用的单一控制器难以准确控制，因此对船舶选择性催化还原（SCR）脱硝系统进行自适应控制研究尤为重要。从SCR的反应微分方程入手，建立船舶柴油机SCR脱硝系统的机理模型，并通过模型仿真的离线数据辨识建立不同工况下该系统的ARMAX模型；设计基于该模型的广义预测控制器以实现多工况的自适应控制。考虑到执行机构的使用寿命，加入区间约束算法，提出并设计带区间约束算法的广义预测控制（GPC）控制器。研究结果表明：与传统的GPC和模型预测控制（MPC）控制器相比，带区间约束的GPC控制器不仅能在变工况时保持较高的脱硝率，而且能显著减少执行器的动作次数，从而提高船舶柴油机SCR脱硝系统的使用寿命。     

船舶动力装置脱硫脱碳联合处理技术研究

目前船舶尾气处理技术的研究主要集中脱硫、脱硝、及脱硫脱硝一体化，而忽视了对二氧化碳的处理，本文结合最近兴起的废气再循环技术（EGR）技术，介绍了三种走在技术前沿的脱硫脱碳联合处理技术，通过与EGR技术的结合，真正实现了脱硫脱硝脱碳的全面处理，氨水联合脱硫脱碳技术、钠碱溶液联合脱硫脱碳技术和尿素水解、电解后联合脱硫脱碳脱硝技术都有吸收效果好，耗费资源少，产物无二次污染的特点，在未来船舶尾气处理技术的发展中拥有不可估量的前景。     

基于扩展卡尔曼滤波的船舶SCR脱硝系统状态估计

如今，选择性催化还原法(SCR)是船舶尾气脱硝的主流方法。为了实现SCR脱硝系统的闭环控制，准确获取系统各个状态变量的值十分重要。但是其中的氨覆盖率θNH3无法直接用传感器测量，即存在不可测的问题。并且，由于受到实际运行时的噪声影响，NH3和NOx浓度传感器的测量值并不精确。考虑到扩展卡尔曼滤波(EKF)算法能减弱噪声、实现状态变量的最优估计，设计了基于3状态SCR脱硝系统模型的EKF状态观测器。为了考察该观测器的性能，在船舶柴油机排气参数剧烈变化的工况下进行仿真试验。结果表明，该EKF观测器的估计值与参考值的吻合度十分良好。     

基于PLC的船用SCR废气减排与综合利用

近年来,国家越来越重视对环境的保护,加强对各种交通工具的排放控制,通过一些措施对其进行废气减排。船舶作为一种大型的交通运输工具,在为交通运输业与经济发展做出巨大贡献的同时,也对自然环境造成了较大污染。船用柴油机会产生很多的含有氮氧化物的废气,事实证明这些氮氧化物对大气具有很大危害。而选择性催化还原系统(SCR系统)是一种专门针对氮氧化物的控制减排技术,可以有效的减少船舶柴油机废气中50%以上的氮氧化物。本文基于PLC技术,对船用的SCR废气减排与综合利用系统进行了系统的分析与研究。     

融合CFD与PI控制的船舶柴油机SCR脱硝系统设计与分析

选择性催化还原技术对氮氧化物脱除具有显著效果,是当前最广泛使用的脱硝处理技术。本文从介观角度出发,采用CFD方法建立了船用SCR脱硝系统的物理模型,分析了SCR脱硝系统的反应机理,并通过用户自定义函数将PI控制算法融合进介观系统模型中,摒弃传统控制模型中的均匀分布假设,实现了介观尺度上的非均匀喷氨控制。仿真测试结果表明：船用SCR脱硝系统的气体分布呈现严重非均匀性;融合介观尺度上PI控制算法后,不仅可改善系统的非均匀性,还可提高系统的整体脱硝率、降低系统的氨逃逸量。本研究为宏观控制与介观机理建模的融合提供了新的研究思路。     

船舶柴油机尾气后处理SCR技术分析和应用

国际海事组织2008年10月批准了MARPOL附则Ⅵ的修正案,对NOX的排放实施严格限制,航运企业面临严峻的考验。通过对SCR(选择性催化还原)技术在船舶柴油机尾气处理工作原理的阐述,针对四冲程柴油机和二冲程柴油机的SCR系统结构不同,详细分析了SCR系统的工作流程和减排效果,并指出SCR技术的优点及必须重视的问题,预测分析了船舶柴油机应用SCR技术的前景。SCR系统可有效降低船舶NOX的排放量,并满足相关公约的要求,该技术配置在远洋船舶具有较好的应用前景。     

基于电解海水法的船舶废气脱硫脱硝装置设计

设计一种利用海水淡化的生成物浓缩海水作为电解海水的原料,通过隔膜电解海水生成强氧化性溶液和强碱性溶液,利用强氧化性溶液与船舶废气中的SOX进行反应,强碱性溶液与船舶废气的NOX进行反应,从而达到废气的脱硫脱硝。为此,设计一套完整的基于电解海水的脱硫脱硝方案,将强氧化性溶液与强碱性溶液通过喷淋雾化的形式喷射出来,与船舶废气发生反应,从而达到废气脱硫脱硝的目的。     

船机选择性催化还原系统SCR排气处理的数值计算

国际海事组织对船机排放废气中NOX含量控制提出TierⅢ标准,机内净化技术已很难满足标准要求,排气后处理SCR技术逐步成为研究热点。本文基于计算流体力学(CFD)基本理论,结合船机排放气体的特点提出船机排气计算方法。针对船舶管路布置,分析船机SCR系统的流体运动特点及形成原因,为进一步掌握船机SCR系统提供理论依据。     

船舶高压SCR系统设计及结构可靠性验证

基于MAN-ES船舶主机参数,自主开发了船舶废气高压SCR系统,对系统设计原理、组成、流程及关键设备进行阐述。搭建了全尺寸高压SCR试验台架,对其进行力学分析及校核,并通过模拟仿真及振动试验测试手段,验证系统结构可靠性。结果表明,系统设计可满足主机排气相关作用力的影响;SCR运行时,会增加主机振动响应,尤其是主机在25%负荷下,其测试位置处的振动响应达最大值25.77 mm/s,增幅约为30%;主机在100%负荷下,反应器横向振动响应达最大值11.47 mm/s;尿素增加对系统振动影响可忽略。     

船舶二冲程柴油机SCR系统温度控制分析

针对SCR技术在船舶二冲程柴油机上的应用,分析某船6S46MC-C二冲程柴油机SCR系统的温度控制方法和工作特性。结果表明,扫气旁通法可以使二冲程柴油机不同负荷下的排气温度保持在SCR反应的最佳温度窗口内,有利于SCR系统的运行,可以使船舶二冲程柴油机NOx排放满足Tier III标准。     

基于DCS的船舶废气脱硫系统电气控制方案研究

随着经济全球化，国际贸易和船舶运输业的迅速发展，以石油产品为燃料的船舶废气排放造成的环境污染日趋严重。国际海事组织对硫排放控制区（ECA）及燃油硫含量做出了相关规定及要求。进行船舶废气脱硫技术的研究成为减少船舶废气造成的环境污染的重要措施之一。本文分析了船舶废气脱硫系统所具有的特点，对DCS系统与PLC系统进行对比分析，通过研究基于DCS的主控单元+远程IO模块控制方式在船舶废气脱硫系统电气控制中的应用，进一步增强了系统控制功能，提高了系统稳定性及可操作性。     

远洋船舶NO_x废气处理系统SCR选型及实船安装

针对国际海事组织(International Maritime Organization, IMO)MARPOL公约附则VI对船舶废气(主要针对NO_x和SO_x)排放限制要求日益严格的状况,对船舶废气处理系统进行研究。集中分析远洋船舶NO_x废气处理系统的选型原则,比较NO_x废气处理技术的研究现状和目前相对成熟的技术方案的优劣。在此基础上,提出实船采用低硫燃油+低压选择性催化还原技术(LP-SCR)整体的技术解决方案,并在实船上应用。同时,展望未来该领域的发展趋势,提供一定的借鉴。