过去十年来，船东对气体燃料船用发动机的兴趣极大地增加。造成这种现象的原因不仅是因为距离2020年度全球限硫法规越来越近导致低硫油的供应短缺，而且也是由于船用气体机技术的快速发展从而可以为全球海事行业提供更加灵活且高效的动力解决方案。 随着操作不同类型船用气体机的轮机人员具备越来越多使用经验，关于能做什么和需要做什么的理解也更为深刻。不再仅从技术层面关注某一个影响耐久性的发动机部件，而是聚焦在稀燃火花塞点火及低压双燃料发动机的低工况的效率问题。这种类型的气体机涵盖了目前船东经常关注的低负荷运行工况，以及由此带来的燃料消耗和运行成本增加的问题。与此同时，研发人员更关注高负荷下带来的未燃甲烷（也就是俗称的甲烷逃逸）增加的问题。甲烷排放不在目前的海事法规控制范围内，因而船东的角度可以不予考虑。但是值得注意的是，甲烷是一种很强的温室气体，一般在陆用上都会严加控制。 挪威在船用气体机应用方面处于领先地位，有众多挪威公司在运营以气体为燃料的船舶运行。同时，挪威针对船舶排放的法规也是较为严格，并且长期致力于针对目前及未来的各种有害排放产物研究其减排技术。甲烷逃逸自然不能排除在外。 本文针对实船与实验室各自测试的排放组成及相关数据进行对比分析。重点针对甲烷逃逸测试数据，也包括来自主机厂的测试数据。这些数据包括稀薄火花塞点火的气体机和低压双燃料发动机。文中讨论了在不影响IMO Tier III排放达标并降低甲烷逃逸的方法，从正反两反面进行了讨论。

预燃室已被用于工业用气体机实现低NOx排放和高热效率指标（CIMAC 2013 No.289, CIMAC 2010 No.182)。由于预燃室内混合气的过量空气系数一般为当量比，因此会产生较多的NOx。基于之前的CIMAC文章所述(CIMAC 2016 No.203)，稀薄燃烧天然气发动机有大约75%的NOx排放来源于预燃室。如果通过降低预燃室内的燃气量来降低NOx排放，则又会因为预燃室内初始火核不稳定而带来缸内燃烧变动水平的增大。换句话说，燃烧稳定的区间变得狭窄。因此，为了改善NOx和热效率的折中关系、降低NOx排放，同时抑制缸内燃烧循环的变动，则稀薄混合气预燃室可以作为一种较好的解决方案。 第一步，先对缸内混合气均匀性进行研究，具体包括利用CFD开展缸内涡流和滚流的分析，并基于此对进气道、活塞顶等的设计进行优化。 下一步就是对预燃室内空燃比的分布进行优化。目的是找到保持燃烧稳定性下较稀薄的混合状态。由此带来的影响还包括由于预燃室内较稀薄的混合气而带来热负荷的降低，这样就有可能抑制润滑油的预喷量(ISME A02-205)。基于这些步骤，针对热效率、THC、指示压力循环变动在原机方案（预燃室内为当量比混合气）和稀薄预燃室方案下进行试验验证。 试验结果表明，在相同点火正时下，稀薄预燃室可以在保持THC排放和指示压力循环变动不变的情况下降低约20%的NOx排放，同时可以改善NOx和热效率的折中关系。本文对各步骤下的内容和试验结果进行介绍。

船用SCR系统配套锅炉对脱销和催化还原的影响研究 4-减排技术-未来技术储备 Jaehwan Jang （STX Engine Corp.） 摘要:为了工业的可持续发展，有效利用能源和减少污染物排放是尤为重要的问题。虽然替代能源和可再生能源系统已得到深入研究，但天然气和石油等传统化石燃料仍然是发电的主要来源。柴油机燃烧化石燃料带来的环境污染问题，特别是NOx排放，加速了全球环境污染、肺病、癌症和酸雨等全球性和地方性问题。在各种减排技术中，SCR被认为是最能满足国际海事组织在船用柴油机应用方面环境法规的有效技术。 NOx通过SCR催化剂和还原剂（一种高纯度尿素溶液）一起被还原。还原剂被喷射到催化剂上游的废气中，被转化为氨。氨与废气混合，与催化剂表面的NOx分子发生反应，形成无害的N2和水。然而，由于催化剂的NOx转化效率会根据0.1%含硫量、工作温度从250～350℃急剧变化，控制废气的温度对催化剂的正常使用至关重要。 此外，当催化剂置于低废气温度环境中，硫氧化物会使催化剂中毒，降低催化剂的氧化反应，从而显著降低催化转化效率。但是，将废气温度提高到360/410℃的高温，硫氧化物中毒的催化剂可以通过还原过程再生，因此能产生高温的燃烧器是必不可少的。 本文研究采用燃烧器控制废气温度，提高柴油机NOx的转化效率，并利用PM、碳烟和硫酸氢铵来再生催化剂，即解决催化剂中毒问题。通过燃烧器控制催化剂工作温度，优化NOx减排性能，表明在高温（360/410度）环境下，95%或更多的催化剂能够再生达到最初性能。研究结果表明，该技术对提高催化剂耐久性和转化性能具有积极的作用。 关键词：SCR催化剂；燃烧器；稳定燃烧；再生温度；燃油消耗率 译者简介： 金玉山，男，40，中国船舶重工集团公司第七一一研究所，高级工程师，专业方向：性能排放。 翻译：金玉山 校对：李翔

UE发动机NOx排放控制的最新技术 4-减排技术-未来技术储备 Takahiro Nakagawa, Kazuhisa Ito， Koji Edo，Akihiro Miyanagi （Japan Engine Corporation） 摘要:UE柴油机具有高效、可靠和环保的特点，其高经济性为船东节约运营成本，实现长期安全运行提供了解决方案。半个多世纪以来，进一步发展和完善了UE柴油机，以满足更加严格的环境法规和市场需求。国际海事组织（IMO） NOx Tier III法规已适用于2016年1月1日或之后铺设龙骨的船舶。该法规与排放控制区内的Tier II法规相比，NOx排放约减少76%。为符合IMO Tier III要求，开发了后处理技术LP-SCR和LP-EGR，其具有大幅度降低NOx的可能性。LP-SCR是一种在涡轮增压器后废气发生反应的后处理技术，系统处理涡轮增压器下游的废气，称为低压系统。对涡轮增压器后的废气进行处理，使其与发动机运行分离。然而，发动机排气温度较低，优化调节发动机是SCR有效运行的必要条件。考虑到催化剂的重要性，通过耐久试验确定最佳用量，建立SCR系统。为商用发动机调整和提供SCR，并证实能满足排放要求。LP-EGR技术是通过改变发动机内部燃烧条件，将发动机涡轮增压器出口排放的部分低压废气经EGR洗涤后再循环进入涡轮增压器，从而降低NOx排放的技术。在EGR洗涤器中，洗涤水用于净化废气，处理后再循环使用，节约用水。水处理的作用是从冲洗水中去除碳烟，并防止由于中和而导致比重增加。根据除灰和比重控制结果，残余水从洗涤水中分离出来。残余水需按规定作为工业废物进行处理。因此，不仅要符合NOx的排放规定，还要对洗涤水进行处理。为了适应法规的要求，在某商用6UEC45LSE-Eco-B2发动机上应用了一体化的发动机LP-EGR系统。根据试验发动机的使用经验进行了耐久性试验。经测试证实和日本海事协会见证，开发的SCR系统符合IMO Tier III排放法规，并且引起的发动机燃油消耗率增加量小于1%。此外，还将该系统配装于一艘3.4万吨散货船上，并在商业航行期间进行了长期耐久性确认，验证了LP-EGR的可靠性。根据装船验证的结果，对系统进行了改进和简单的方案处理，如简化水处理系统，优化渣油和废水处理。本文对这些最新的概念和技术进行了介绍。 关键词：低压EGR系统；紧凑化布置；参数优化；运行可靠性 译者简介： 金玉山，男，40，中国船舶重工集团公司第七一一研究所，高级工程师，专业方向：性能排放。 翻译：金玉山 校对：李翔

中速船用柴油机满足Tier Ⅲ 法规的技术路线模拟研究 4-减排技术-未来技术储备 Hu Wa，Yan Wang，Mingfa Yao，Zunqing Zheng，Yiqing Liu (Tianjin University） 摘要:随着船运业的发展和环境污染问题的增多，船用柴油机的排放法规也越来越严格。船用柴油机的发展在注重保持高热效率的同时，需要降低NOx的排放。本文采用三维CFD技术，对符合Tier III排放标准的技术路线进行了系统研究。 首先，CFD模型建立和验证了一个大缸径二冲程柴油机。结合遗传算法对两个喷油器的喷射策略进行优化，考虑的参数有喷射时刻、预喷时间间隔和预喷质量分数。基于喷油策略优化，米勒循环结合高几何压缩比、EGR、空气加湿技术、加水直喷法和其他技术对船用柴油机的NOx排放、燃油消耗率进行了研究。最后，通过这些技术的组合，提出三种满足船用二冲程柴油机排放法规的不同技术路线并进行了对比，这三种是米勒循环结合高几何压缩比和EGR、空气加湿技术与水直喷法相结合、SCR后处理技术。最后简要阐述了三种技术路线的优缺点。本文的研究成果为船用柴油机燃烧系统的开发提供了具有价值的指导。 关键词：仿真优化； 低速二冲程柴油机；技术路径；排放要求 译者简介： 金玉山，男，40，中国船舶重工集团公司第七一一研究所，高级工程师，专业方向：性能排放。 翻译：金玉山 校对：李翔

二冲程低速船用柴油机低压SCR系统的开发 4-减排技术-未来技术储备 Xinna Tian1，Jiangfeng Guo2，Hanxiao Huang 3，Chunguo Hou2， Xiaolei Chen2 （1.China Shipbuilding Power Engineering Institute Co., Ltd.； 2. Hudong Heavy Machinery Co.,Ltd.；3. CSSC-MES Diesel Co. Ltd） 摘要：为满足国际海事组织Tier III排放标准的要求，SCR作为一种有效降低NOx排放的后处理技术，已被广泛应用于船用柴油机上。高压和低压SCR产品在市场上都有很高的需求。本文介绍了自主研制的低压SCR系统的概念和功能。该系统的工作模式包括Tier II模式, Tier III模式、冷启动预热模式、催化剂再生模式和Tier III排气模式。多种模式的可选和切换性，便于船用柴油机在排放控制区和非排放控制区下灵活切换运行，并且满足排放控制区港口系泊排放要求。以MDT 6S50ME-C8.2型二冲程船用柴油机为研究对象，进行了样机试验。试验测试了系统运行参数，如NOx转化效率、NH3逃逸。测试结果表明，系统性能符合排放标准，得到的试验数据可用于低压SCR系统的进一步建模和优化。 关键词：SCR；尿素溶液；转化效率；氨气泄漏 译者简介： 金玉山，男，40，中国船舶重工集团公司第七一一研究所，高级工程师，专业方向：性能排放。 翻译：金玉山 校对：李翔

大型二冲程船用柴油机匹配高压SCR后处理系统在恶劣气候条件下的瞬态运行 4-减排技术-未来技术储备 Michael Foteinos，George Christofilis，Nikolaos Kyrtatos （National Technical University of Athens） 摘要：本文研究了某大型二冲程柴油机的瞬态特性，该柴油机采用高压SCR系统来降低船舶在恶劣天气条件下的NOx排放。SCR技术是满足IMO Tier III 关于船用柴油机NOx排放新法规的主要解决方案之一。船用SCR系统面临的挑战之一是反应器入口温度的限制。理想情况下应该在300～500℃。将高压SCR安装在涡轮增压器前，在一定程度上缓解了二冲程柴油机的低温排气问题。 船舶在恶劣天气下航行时，船舶螺旋桨受到的阻力会增加，海浪引起的船体波动变大，螺旋桨工作的流动状态会发生变化。上述变化都将导致船舶扭矩需求、功率和废气温度的变化，进而影响到发动机和SCR的性能参数。为研究这一现象，考虑与发动机螺旋桨的相互作用，提出推进系统整体概念，包括船舶与SCR系统的主机、直接驱动的螺旋桨和船体。 对船舶发动机（大型船用二冲程柴油机）进行过程仿真建模，并与实测数据进行了验证。同时，为了模拟SCR系统的瞬态热响应，建立了SCR模型并与发动机模型集成。SCR系统分为3个基本部件：即蒸发器、反应器和连接管道。模型中还包括用于调节SCR流动的阀门。利用全尺寸的发动机SCR试验台的实测数据，对SCR模型进行验证。为了模拟瞬态扭矩，采用了四象限螺旋桨模型，还考虑了船舶运动对螺旋桨性能的影响。利用三维程序计算了船舶波浪运动和波浪附加阻力。最后，采用调速器来调节发动机在瞬态加载条件下的燃油。结合某船舶推进系统的实测数据，校核了耦合模型的有效性，并采用耦合模型分析了某船舶推进装置在瞬态载荷作用下，在恶劣天气条件下的响应。研究了瞬态变化下波浪运动和螺旋桨需求对发动机和SCR的影响及其挑战。 关键词：耦合系统；瞬态加载；SCR系统；过程仿真 译者简介： 金玉山，男，40，中国船舶重工集团公司第七一一研究所，高级工程师，专业方向：性能排放。 翻译：金玉山 校对：李翔

摘要：国际海事组织（IMO）针对NOx、SOx、 CO2等的环境法规要求愈加严格。自2016年以来，NOx已在IMO Tier III级标准的主要国家海岸实施。韩国现代重工集团（HHI）已经完成了SCR和EGR的组合，以满足NOx排放法规，并从2011年开始向客户提供这些解决方案。近年来，HHI致力于产品的小型化和降低成本，以满足用户需求。本文介绍了4个领域的主要研究成果。 1）通过集成和统一主、辅机的SCR控制器，易于维护和降低制造成本，并对主机低压 SCR、燃烧器和SCR控制进行了统一； 2）由于主机低压 SCR排气温度低，燃烧器是必不可少的。开发等离子燃烧器代替传统的工业燃烧器，消耗的空气流量小，尺寸可以小型化； 3）HHI通过CFD分析设计了卧式反应器和立式反应器，优化了反应器的形状，使进出口的流量不影响催化上的流动均匀性。 4）SCR反应器的尺寸取决于所用催化剂单元的尺寸。用高密度催化剂单元代替传统的催化剂单元测试，减小了反应器的容积。 关键词：SCR控制集成；等离子燃烧器；卧式反应器；高效催化剂 译者简介： 金玉山，男，40，中国船舶重工集团公司第七一一研究所，高级工程师，专业方向：性能排放。 翻译：金玉山 校对：李翔

适用于2020年后采用高硫含量重油的发动机的SCR系统 4-减排技术-未来技术储备 Kristoffer Sandelin, Adrian Marberger, Daniel Peitz （Hug Engineering） 摘要:本文着重介绍了使用高硫燃料的大功率发动机SCR系统的设计、催化剂的选择和工作条件。该项技术与发电行业相关，近年来也引起了远洋船舶的关注。目前，新的SOx和NOx法规正在海洋工业中实施，船舶上正在安装脱硫洗涤器。因此，这些船舶很可能在高硫燃料上运行SCR系统。2020年即将出台的船用燃料硫含量限制已经影响到炼油厂，也即将对发电厂使用的燃料产生影响。 上述法规的实施对高硫渣油的排放提出了特殊要求。尽管如此，对催化剂的转化活性和氨气泄漏仍然是设计的重要参数。在排气温度较低的情况下，首选活性高、含矾量高的低温催化剂。另一方面，由于还原剂的氧化，在高温下使用低矾催化剂。因此，高、中、低矾催化剂的性能与发动机排气温度相平衡，而排气温度随发动机负荷而变化。需要避免使用高帆催化剂，因为它对废气中含硫成分的硫进行氧化，导致生成蓝烟。排气中的不透明“羽化白烟”量会增加，同时生成的沉淀物会堆积在下游余热回收设备内。相对的，由于硫酸铵的冷凝，温度过低会出现催化剂失活。低温和低矾催化剂结合可能导致催化剂表面出现焦油等粘性烃类沉积，并在催化剂上形成粉尘堆积。 为了避免堵塞，催化剂单元表面的几何单元开口和壁厚将与燃料和润滑油灰分的粉尘特性相匹配，其余燃料催化剂系统通常配备吹灰装置，以避免堵塞。 为了满足这些要求，将SCR催化器的一些潜在缺陷降到最低，Hug Engineering公司开发了一种机械耐用并对大型沥青陶瓷支架进行涂覆的催化器。该催化器已经生产了十多年，并在全球数百台发动机上应用。本文对一种标准的催化剂转化效率进行评价，并与涂覆催化器的转化效率进行比对。此外，还研究了降低硫氧化速率的可能性，这与蓝烟和硫酸铵盐生成有关。 综上所述，本文阐述了在高硫残油燃料上运行大型发动机时降低NOx排放的关键设计准则。结论是，硫含量、废气温度和催化剂活性是SCR系统长期成功运行的关键参数，与非涂覆催化剂相比，涂覆催化剂在机械耐久性和避免硫氧化方面具有优势。 关键词：SCR；矾基催化剂；高硫油；硫氧化物 译者简介： 金玉山，男，40，中国船舶重工集团公司第七一一研究所，高级工程师，专业方向：性能排放。 翻译：金玉山 校对：李翔

紧凑型船用高压SCR系统技术开发 4-减排技术-未来技术储备 Dirk Kadau, Martin Brutsche, Severin Zürrer, Flavio Soppelsa (Winterthur Gas & Diesel） 摘要：自2016年起，排放控制区已经要求遵守更严格的IMO Tier III排放限值，这促使了在海洋领域使用废气后处理技术。SCR是一项已经得到证实且在其他领域也得到广泛应用的减排技术。 对于大型二冲程柴油机，高压可调式SCR是首选解决方案，将可调高压SCR布置在涡轮前端，使发动机和SCR组成的整个系统效率更高、催化剂体积更小。通常，将SCR布置在发动机附近，因此在机舱内或附近需要额外的空间。 Winterthur Gas & Diesel公司正在开发一种更紧凑、集成的HP-SCR方案。将SCR布置在发动机上，与标准的Tier II发动机相比，只略微增加了机舱内的空间需求。设计关键点在于还原剂供应系统的紧凑性，要求尽可能减小蒸发/混合管系的长度，采用更高效紧凑的催化剂以减小反应器尺寸，另外要求系统能够承受更强的振动和温度波动条件。此外，还提出了先进的流量概念，包括集成废气流量控制阀和机械集成策略。 本文对一种紧凑的尿素喷射系统进行了说明，尿素在离开钢瓶后不久被注入废气，为保证系统模型和试验结果的一致性，采取了合适的蒸发/分解模型和足够的还原剂均匀度。此外在典型的操作条件下，可能会产生不需要的杂质。杂质只能在低温条件下产生，已被证实是一种可能的再生物，在达到中等柴油机负荷的温度下，杂质可以很容易的加热再生。 在Hercules-2项目中，开发了一种高效的催化剂，能够承受更恶劣的发动机工作环境。催化剂的高振动阻尼已被试验室测试和长时间的实际运行所证实。并且，催化器通过优化后具有最大的催化剂活性表面、较高的承受压力和抗排气颗粒能力。 本文阐述了SCR系统对发动机结构的影响，以及反应器生产中为保证尺寸精度和避免振动对发动机造成损害的设计要求。 本文介绍了上述关键技术的发展，将先进的流动概念和机械集成应用到发动机上，从而设计一个对安装空间需求较小的紧凑SCR系统。 关键词：金属基体催化剂；低速二冲程柴油机SCR系统；紧凑性；稳定性；加速振动试验循环 译者简介： 金玉山，男，40，中国船舶重工集团公司第七一一研究所，高级工程师，专业方向：性能排放。 翻译：金玉山 校对：李翔