船舶尾气处理技术研究现状及发展
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第 17 卷 第 11 期 2017 年 11 月
中国水运 China Water Transport
Vol.17 November
No.11 2017
船舶尾气处理技术研究现状及发展
姜伟成 1，范春华 2，董丽华 3
（1.上海海事大学 商船学院，上海 201306；2.上海海事大学 海洋科学与工程学院，上海 201306； 3.上海海事大学 海洋科学与工程学院，上海 201306）
高燃烧温度
机内增湿
增加进入气缸气体的湿
对于喷入的水量有要求
度，有效地降低最高燃烧
较高，水量较少降低氮氧
温度，常用方法包括：
燃烧效率较高，污染物排化物效果不明显，较多易
（1） 燃烧室直接喷水
放较低。
引起腐蚀；乳化燃料面临
（2） 燃油乳化，将燃料
乳化后乳化燃料技术性
油、水、表面活性剂配制
能不稳
成乳化液
增压提高进去气缸内气
收稿日期：2017-08-06 作者简介：姜伟成（1992-），男，江苏南通人，上海海事大学 商船学院 硕士研究生，从事船舶尾气污染物处理研究。 基金项目：201506-海洋渔业船舶尾气排放污染控制关键技术研究。
第 11 期
姜伟成等：船舶尾气处理技术研究现状及发展
123
机内净化和机外后处理的相互协作是该领域的发展趋势。 2．机外脱硝
术能真正在船舶上得到运用。
关键词：船舶尾气；脱硫；脱销；选择性催化还原法；光催化法
中图分类号：X701
文献标识码：A
文章编号：1006-7973（2017）11-0122-04
一、前言
船舶作为一种重要的交通运输工具，运输着全球绝大部 分的货物，但同时也造成了很多环境问题。与汽车、飞机等 交通工具相比较，船舶使用的机器设备燃料多以柴油、重油 甚至渣油为主，具有耗油量高、燃烧条件恶劣、污染物排放 量大等特点，其排放污染物主要由硫氧化物和氮氧化物组成。 随着大气环境质量的不断恶化，空气质量问题正成为人们关 注的焦点，对船舶尾气的排放要求也逐步的规范。根据国际 防止船舶污染公约《MARPOL》附则 VI 修正案，不同转速 的新建船舶其 NOx 的排放量必须达到相应的要求，如对高速 机（转速不低于 2,000r/min）而言，其 NOx 的排放量必须 低于 2.0g/（kw·h）。因而，船舶尾气处理技术的开发与完 善需求迫切。现今，大多船舶脱硫脱硝技术是在工业烟气脱 硫脱硝技术基础上发展起来的，对于其能够真正应用在船舶 尾气的处理尚且需要更多的研究及论证。基于此，本文阐述 日前船舶尾气脱硫、脱硝和脱硫脱硝一体化的常用技术，对 各种技术的优、缺点进行了归纳对比，并对一些新方法、新 技术进行了介绍，对未来船舶尾气污染控制技术的趋势进行 了展望。
二、船舶尾气脱硝技术
目前处理船用柴油机氮氧化物排放的技术主要分为机内 处理技术和机后处理技术，以下分别对机内处理技术和机后 处理技术给以介绍。
1．机内脱硝 机内处理技术是通过调整柴油机内部进排气时间、喷油 时间，改善燃烧环境，机后处理技术是将柴油机尾气集中到 特定的后处理装置中，减少部分微粒后再排入大气。其中机 内脱销主要包括废气再循环技术[1]、机内增湿法[2~3]、优化增 压和增压中冷法[4~6]、电控共轨式喷射法[7~8]等，各技术的主 要技术及优、缺点对比见表。
摘 要：氮氧化物、硫氧化物是船舶尾气的重点治理对象，目前针对船舶尾气的处理方法主要有脱硫、脱硝、脱硫
脱硝一体化处理三种。分别介绍了主流的脱硫脱硝技术，其中脱硝包括了机内脱硝、机外脱硝，阐述了诸如选择性
催化还原法、选择性非催化还原法、光催化法等技术的特点以及不足的地方，分析如何才能克服技术的弊端，使技
吸附-还原技术（NSR）
利用吸附剂的储氧和传递氧能力，当燃油稀燃时吸收 NO，富燃 时释放 NO，释放的 NO 与 CO 和 HC 反应生成氮气
在没有催化剂的条件下，在 900～1,100℃范围内，将还原剂通入 选择性非催化还原（SNCR） 技术 柴油机中，还原剂将尾气中的 NOx 还原为 N2 和 H2O，从而达
机外脱硝是指对船舶柴油机的排气进行直接处理，使其 变为无害的 N2，大致可分为分解法和还原法，根据处理过程 中是否采用催化剂，还原法又可分为催化还原法和非催化还 原法[9~14]。
各方法技术特点对比如表 2 所示。 表 2 机外脱硝技术对比
方法名称
技术路线
催化分解技术
在催化剂的作用下将氮氧化物直接分解为氧气和氮气
表 1 机内脱硝技术对比
方法名称
技术路线
优点
缺点
废气再循环技术
把柴油机燃烧排放的部
分废气（氮气、二氧化碳）
需对柴油机机体结构进
排放尾气的能量得到再
再次排进气缸，废气对气
行适当修改，排气中的固
利用，能有效降低氮氧化
缸中原有气体稀释，降低
体颗粒物的增加，对燃油
物排放，技术较为完善
气缸中的氧气含量和最
的品质有较高要求
体的密度，使气缸中空气
ຫໍສະໝຸດ Baidu
增多，效率大大提高，燃
提高了柴油机的动力性、增设增压器，对设备结构
烧更加充分，固体颗粒物
优化增压和增压中冷
经济性，NOX 排放也得 进行适当修改，需要后续
降低； 增压中冷技术降
到减少。
维护保养
低进入气缸的气体温度，
因而降低了燃烧的最高
温度
智能系统电脉冲信号远
程控制喷油电磁阀启闭，
到降低氮氧化物。
以氨、尿素、氨水或烃类等为还原剂，在催化剂的作用下，选择 选择性催化还原（SCR） 技术
性的与氮氧化物发生还原反应，生成氮气和水
表 2 所示，机外脱硝技术的关键技术在于吸附剂、还原 剂和催化剂的合理选择。以现今全球应用最广泛、最完善可 靠的船舶尾气处理技术—选择性催化还原（SCR）技术为例， 氨、氨水、尿素为常用的还原剂，尿素溶液为还原剂主要发 生的化学过程：
加快燃油混合，便于燃油
能够对喷油器喷射的油
初期投资较高，技术较为
在气缸中的扩散，减少碳
电控共轨式喷射系统 量及喷油的时间准确控
先进，对轮机人员的维护
烟生成；喷油孔径减小，
制，通过改变喷油速率和
水平较高
利于雾化。
喷油间隔可实现复杂喷
射控制
燃烧过程脱销净化是机内净化技术的核心，其关键技术 在于降低最高燃烧温度，并尽可能地使燃烧充分，从而降低 污染物排放。随着人们对环境标准的日益严格，单一的机内 净化技术已满足不了环保要求，同时采取机外后处理技术，
中国水运 China Water Transport
Vol.17 November
No.11 2017
船舶尾气处理技术研究现状及发展
姜伟成 1，范春华 2，董丽华 3
（1.上海海事大学 商船学院，上海 201306；2.上海海事大学 海洋科学与工程学院，上海 201306； 3.上海海事大学 海洋科学与工程学院，上海 201306）
高燃烧温度
机内增湿
增加进入气缸气体的湿
对于喷入的水量有要求
度，有效地降低最高燃烧
较高，水量较少降低氮氧
温度，常用方法包括：
燃烧效率较高，污染物排化物效果不明显，较多易
（1） 燃烧室直接喷水
放较低。
引起腐蚀；乳化燃料面临
（2） 燃油乳化，将燃料
乳化后乳化燃料技术性
油、水、表面活性剂配制
能不稳
成乳化液
增压提高进去气缸内气
收稿日期：2017-08-06 作者简介：姜伟成（1992-），男，江苏南通人，上海海事大学 商船学院 硕士研究生，从事船舶尾气污染物处理研究。 基金项目：201506-海洋渔业船舶尾气排放污染控制关键技术研究。
第 11 期
姜伟成等：船舶尾气处理技术研究现状及发展
123
机内净化和机外后处理的相互协作是该领域的发展趋势。 2．机外脱硝
术能真正在船舶上得到运用。
关键词：船舶尾气；脱硫；脱销；选择性催化还原法；光催化法
中图分类号：X701
文献标识码：A
文章编号：1006-7973（2017）11-0122-04
一、前言
船舶作为一种重要的交通运输工具，运输着全球绝大部 分的货物，但同时也造成了很多环境问题。与汽车、飞机等 交通工具相比较，船舶使用的机器设备燃料多以柴油、重油 甚至渣油为主，具有耗油量高、燃烧条件恶劣、污染物排放 量大等特点，其排放污染物主要由硫氧化物和氮氧化物组成。 随着大气环境质量的不断恶化，空气质量问题正成为人们关 注的焦点，对船舶尾气的排放要求也逐步的规范。根据国际 防止船舶污染公约《MARPOL》附则 VI 修正案，不同转速 的新建船舶其 NOx 的排放量必须达到相应的要求，如对高速 机（转速不低于 2,000r/min）而言，其 NOx 的排放量必须 低于 2.0g/（kw·h）。因而，船舶尾气处理技术的开发与完 善需求迫切。现今，大多船舶脱硫脱硝技术是在工业烟气脱 硫脱硝技术基础上发展起来的，对于其能够真正应用在船舶 尾气的处理尚且需要更多的研究及论证。基于此，本文阐述 日前船舶尾气脱硫、脱硝和脱硫脱硝一体化的常用技术，对 各种技术的优、缺点进行了归纳对比，并对一些新方法、新 技术进行了介绍，对未来船舶尾气污染控制技术的趋势进行 了展望。
二、船舶尾气脱硝技术
目前处理船用柴油机氮氧化物排放的技术主要分为机内 处理技术和机后处理技术，以下分别对机内处理技术和机后 处理技术给以介绍。
1．机内脱硝 机内处理技术是通过调整柴油机内部进排气时间、喷油 时间，改善燃烧环境，机后处理技术是将柴油机尾气集中到 特定的后处理装置中，减少部分微粒后再排入大气。其中机 内脱销主要包括废气再循环技术[1]、机内增湿法[2~3]、优化增 压和增压中冷法[4~6]、电控共轨式喷射法[7~8]等，各技术的主 要技术及优、缺点对比见表。
摘 要：氮氧化物、硫氧化物是船舶尾气的重点治理对象，目前针对船舶尾气的处理方法主要有脱硫、脱硝、脱硫
脱硝一体化处理三种。分别介绍了主流的脱硫脱硝技术，其中脱硝包括了机内脱硝、机外脱硝，阐述了诸如选择性
催化还原法、选择性非催化还原法、光催化法等技术的特点以及不足的地方，分析如何才能克服技术的弊端，使技
吸附-还原技术（NSR）
利用吸附剂的储氧和传递氧能力，当燃油稀燃时吸收 NO，富燃 时释放 NO，释放的 NO 与 CO 和 HC 反应生成氮气
在没有催化剂的条件下，在 900～1,100℃范围内，将还原剂通入 选择性非催化还原（SNCR） 技术 柴油机中，还原剂将尾气中的 NOx 还原为 N2 和 H2O，从而达
机外脱硝是指对船舶柴油机的排气进行直接处理，使其 变为无害的 N2，大致可分为分解法和还原法，根据处理过程 中是否采用催化剂，还原法又可分为催化还原法和非催化还 原法[9~14]。
各方法技术特点对比如表 2 所示。 表 2 机外脱硝技术对比
方法名称
技术路线
催化分解技术
在催化剂的作用下将氮氧化物直接分解为氧气和氮气
表 1 机内脱硝技术对比
方法名称
技术路线
优点
缺点
废气再循环技术
把柴油机燃烧排放的部
分废气（氮气、二氧化碳）
需对柴油机机体结构进
排放尾气的能量得到再
再次排进气缸，废气对气
行适当修改，排气中的固
利用，能有效降低氮氧化
缸中原有气体稀释，降低
体颗粒物的增加，对燃油
物排放，技术较为完善
气缸中的氧气含量和最
的品质有较高要求
体的密度，使气缸中空气
ຫໍສະໝຸດ Baidu
增多，效率大大提高，燃
提高了柴油机的动力性、增设增压器，对设备结构
烧更加充分，固体颗粒物
优化增压和增压中冷
经济性，NOX 排放也得 进行适当修改，需要后续
降低； 增压中冷技术降
到减少。
维护保养
低进入气缸的气体温度，
因而降低了燃烧的最高
温度
智能系统电脉冲信号远
程控制喷油电磁阀启闭，
到降低氮氧化物。
以氨、尿素、氨水或烃类等为还原剂，在催化剂的作用下，选择 选择性催化还原（SCR） 技术
性的与氮氧化物发生还原反应，生成氮气和水
表 2 所示，机外脱硝技术的关键技术在于吸附剂、还原 剂和催化剂的合理选择。以现今全球应用最广泛、最完善可 靠的船舶尾气处理技术—选择性催化还原（SCR）技术为例， 氨、氨水、尿素为常用的还原剂，尿素溶液为还原剂主要发 生的化学过程：
加快燃油混合，便于燃油
能够对喷油器喷射的油
初期投资较高，技术较为
在气缸中的扩散，减少碳
电控共轨式喷射系统 量及喷油的时间准确控
先进，对轮机人员的维护
烟生成；喷油孔径减小，
制，通过改变喷油速率和
水平较高
利于雾化。
喷油间隔可实现复杂喷
射控制
燃烧过程脱销净化是机内净化技术的核心，其关键技术 在于降低最高燃烧温度，并尽可能地使燃烧充分，从而降低 污染物排放。随着人们对环境标准的日益严格，单一的机内 净化技术已满足不了环保要求，同时采取机外后处理技术，