上图所示系统的工作原理：传感器把采集到的柴油机尾气温度、功率、转速、氮氧化物含量等参数传送到SCR控制单元进行逻辑计算，根据计算结果确定尿素泵的工作频率（决定尿素水溶液喷射量）；尿素箱里的32.5%±0.5%尿素水溶液是SCR系统的还原剂，尿素水溶液由尿素喷嘴雾化后进入船舶柴油机排气系统与排气混合；雾化后尿素水溶液在柴油机排气管道扩散过程中，因水分蒸发而形成尿素晶体。尿素晶体在柴油机排气的高温作用下被热解生成异氰酸（HNCO）和氨气（NH3），异氰酸水解产生氨气和二氧化碳。氨气在SCR催化器内的催化剂表面与排气中的氮氧化物发生催化还原反应，变成氮气和水。

在SCR系统中发生的物理和化学反应包括：尿素水溶液的喷射、雾化、蒸发、尿素的水解和热解化学反应以及NOX在催化剂表面与NH3发生的催化表面化学反应。

其主要反应如下：

柴油机废气中NO含量通常占氮氧化物总量的 85%-95%，经过化学方程式(1)和(2)的反应，绝大多数的NOX能够被转化为没有污染的氮气和水，达到脱硝减排的目的。公式(1)在SCR系统里是主要反应过程，公式(2)的反应优先级高于公式(1)。

在没有催化剂的情况下，上述化学反应仅在980℃左右方能进行（反应温度范围很窄）；在使用催化剂的情况下，反应温度可控制在280～420 ℃，大大降低了反应温度，使得还原反应能够在较低温度下进行，相当于船舶柴油机的排烟温度。由于NOx在烟气中的浓度较低，而上述反应是放热反应，因此可以忽略反应引起的催化剂温度升高。

SCR的主要性能指标应满足氮氧化物排放要求，其性能试验包括SCR系统的脱硝效率、氨逃逸、SO2/SO3转化率、系统阻力、氨耗量等指标。

催化剂作为SCR脱硝反应的核心,具有低温条件下高催化活性和耐硫性能，分为贵金属和非贵金属两类，其质量和性能直接关系到脱硝效率的高低。

催化剂的成分主要由V2O5、Fe2O3、CuO等金属氧化物或起联合作用的混和物构成，通常以二氧化钛TiO2、三氧化二铝Al2O3、二氧化硅SiO2、活性炭（AC）等作为载体，目前最常用的催化剂为五氧化二钒-三氧化钨V2O5-WO3(三氧化钼MoO3)/TiO2系列（TiO2作为主要载体、V2O5为主要活性成分、以WO3、MoO3为抗氧化、抗毒化辅助成份）

不同的催化剂,其适宜的反应温度也有差异。如果反应温度太低,催化剂的活性降低,脱硝效率下降，则达不到脱硝的效果。并且，如果催化剂在低温下持续运行,将导致催化剂的永久性损坏；如果反应温度太高,NH3容易被氧化,生成NOx的量增加,甚至会引起催化剂材料的相变,导致催化剂的活性退化。

采用何种催化剂与SCR反应器的布置方式是密切相关的，一般可以把催化剂的种类分为三类：高温催化剂(345℃～590℃)、中温催化剂(260℃～380℃)和低温催化剂(80℃～300℃)。目前,国内外SCR系统大多采用高温催化剂,反应温度在315℃～400℃。 

SCR系统中的催化剂附着在多孔结构（内表面积大）的催化剂载体上，还原反应主要发生在催化剂载体的内表面。催化剂选择不仅仅是针对反应温度的不同来选择，并且要考虑SCR装置的压降、布置的合理性等因素。当前流行的成熟催化剂有平板式（不易灰堵，可实现催化剂模块的直接叠放）、蜂窝式、波纹状等。

平板式催化剂一般是以不锈钢金属网格为基材负载上含有活性成份的载体压制而成；蜂窝式催化剂一般是把载体和活性成份混合物整体挤压成型；波纹状催化剂是外形如起伏的波纹，从而形成小孔。

船用柴油机SCR系统主要由还原剂存储及供给系统、计量供给单元、混合装置、SCR催化消声器、催化剂载体、吹灰装置、控制系统、废气辅助加热系统等组成。根据布置方式不同可分为高压和低压系统两类，高压系统催化剂反应器布置在增压器之前，而低压系统布置在增压器之后。

还原剂存储及供给系统主要是指尿素溶液储存罐、尿素喷射泵、喷嘴、尿素供应管等。尿素泵将尿素罐中存储的尿素还原剂打入还原剂加料供给装置中，还原剂加料供给装置根据柴油机的运行状况调整进入喷嘴的尿素流量。

尿素日用柜包括储存柜和传感器，主要是用来储存和监控尿素溶液，提供脱硝处理所必需的还原剂。

尿素溶液储存罐用于储存尿素溶液，有液面高度和温度传感器。其内部装有化冰热交换装置，利用柴油机冷却水的热量进行化冰。出液口内部装有粗滤器，以防大于0.1mm的大颗粒进入喷射系统。

计量供给单元是用来供给、测量、雾化和喷射还原剂用的，主要包括计量喷射泵（离心泵）或压差计量装置、尿素/压缩空气转换装置、减压阀、压力传感器、电磁阀、比例阀、单向阀、流量计等。

计量喷射泵把储存在尿素储存柜中的尿素溶液以一定的压力泵送到计量单元，计量单元通过控制比例阀的开度可以调节尿素溶液的供给速率，供给速率由流量计检测和显示。

尿素/压缩空气转换装置根据需要转换内管介质，SCR工作时内管介质为尿素溶液；SCR旁通模式时内管介质为压缩空气，以此避免尿素喷射器过热损坏。

混合装置是SCR系统设计的重要组成部分，在进入反应器之前，尿素还原剂被喷射进入混合装置，在混合管路中与废气混合。尿素溶液在喷嘴的末端混合，将尿素溶液雾化后喷射进入废气中，尿素在混合管路中转化为氨水，在到达反应器前与废气均质混合。

整个混合装置主要包括尿素喷嘴、静/动态混合器、混合管路等。

喷嘴是实现尿素溶液喷射和雾化的重要设备，它由内管和外管组成，内管用来流通尿素溶液，外管用来流通压缩空气，分别与计量单元的尿素溶液管路和压缩空气管路相连接。喷嘴的主体由不锈钢材料制成，按照控制器的指令来进行尿素溶液的喷射。

SCR催化消声器是SCR系统的关键设备，它是废气与催化剂发生选择性催化还原反应的场所。反应室多采用箱式或桶式，根据不同要求，可采用水平或垂直方式布置，内部装有SCR催化器和消声器管路，表层的不锈钢板下的隔热材料，保证使用过程中的边面温度不会过高。

催化剂作为SCR系统的核心，其活性和结构参数直接决定着整个系统的性能，目前采用的SCR催化剂大多为V2O5-WO3/TiO2载体型催化剂。在设计和选择SCR催化剂载体时需综合考虑催化剂的活性参数和结构参数，以最大限度优化SCR系统的性能和结构尺寸。当前船舶所采用的催化剂活性成分大部分为WO3和V2O5。

吹灰装置是用具有一定压力的压缩空气来吹掉催化剂模块上的烟灰以防止废气中的颗粒在催化剂模块上堆积造成排气背压的升高和催化剂效率的降低。整个装置主要由空压机、压缩空气储存罐、吹灰喷嘴及气动流量阀等组成。

SCR控制系统主要包括还原剂喷射控制、废气旁通控制和吹灰控制三大部分，根据主机的负荷及转速调节尿素的供给量，从而实现对喷入所需还原剂量的有效控制。同时，也对旁通系统和吹灰系统的压缩空气量进行控制，此外，SCR控制系统还包括对全工作过程的状态监测和报警。

SCR控制单元包括信号采集和处理装置、主控制装置和执行机构，系统中所有传感器收集到的信号经过处理后送到主控制装置，主控制装置根据设定好的程序和收集到的信号再给指令到执行机构来实现高效率的脱硝处理和低程度的NH3逃逸，确保整个SCR系统安全持续可靠运转。控制单元以独立的双CAN总线组成现场总线网络，通过各种传感器对SCR系统中的参数(压差、温度、NOX浓度等)进行测量，并把信号传输反馈到控制单元，将控制、监测、报警等各功能模块联系起来，具有给料监控、人机交互、报警和应答功能等功能。但主机SCR控制系统在自动运行时还受主机MOP 以及集控室Emission Reduction Control System控制。

主机MOP向SCR-CU输出主机的工况信号，主机 SCR-CU根据NOx浓度向SCR装置发出喷射量给定值，SCR装置根据给定值调节比例阀开度，使反应器后及排入大气NOx浓度达到排放要求。

废气辅助加热系统：在柴油机负荷较高时，仅依靠柴油机本身的废气热量基本可以维持反应器前后温度均在反应温度范围之内，但在主机负荷降低以及SCR系统开启使用初始阶段，需要从两方面来补充废气热量达到反应温度。

其一，通过安装在排气总管上的烟气旁通阀来旁通部分烟气，即减少进入主机透平增压器的废气量来达到提高透平后的废气温度。烟气旁通阀由主机MOP根据负荷和透平后温度来自动调节。

其二，通过温度管理单元(俗称小锅炉)点火燃烧产生废气热量混入废气总管来提升废气温度。温度管理单元的启停由SCR-CU根据反应器后温度T-scr out 210℃启，245℃停。

SCR系统的工作过程：当主机启动时，控制器（ECU）开始通电，与此同时尿素计量泵开始转动，从尿素储存罐中抽吸尿素溶液，前期计量泵以最大工作压力进行工作，目的是快速建立压力，当泵腔中的压力达到5bar后，计量泵将由ECU进行闭环控制，保持泵腔的压力，用于尿素喷嘴的冷却和喷射。当主机转速和排气温度达到预先标定好条件后，尿素喷嘴才会喷射尿素溶液。尿素溶液的喷射量由ECU根据柴油机的工况、催化器温度和环境状态来精确计量。尿素溶液被喷射到排气管中，与柴油机排气进行均匀混合并进行化学反应，净化排气。

由于尿素溶液在低于-11℃的时候会结冰，为了保证系统在低温时候的正常使用，系统配置有化冰功能，化冰的热源来源于柴油机的冷却水。当电控单元通过尿素温度传感器感应到尿素溶液温度较低，可能会出现结冰的情况，那么ECU将打开加热水电磁阀。热的柴油机冷却水就会顺着管道流向尿素储存罐和尿素计量泵内置的换热器，这些地方的冰就会迅速融化。由于冷却水管道和尿素胶管扎在一起，外套保温管，所以尿素管道内部的冰也会同时融化。

SCR系统的布置设计：SCR系统混和管的布置设计对SCR载体内的化学反应有很大的影响。通过计算优化排气管道的几何形状以及尿素喷射位置和喷射角度，避免尿素水溶液撞壁出现沉积，堵塞管路。利用数值模拟研究这些过程，可以优化混和管路的设计和尿素喷射装置的布置，从而优化SCR系统的布置，预测催化效率。

SCR自动启动和停止分别有两种方式：可以远程自动启动和停止(集控室SCR遥控板)或者机旁自动启动和停止(程序逻辑控制器(Program Logic Controller, PLC控制箱),都是一键式启动和停止。当满足各项启动条件启动后，SCR装置会很快自动进行脱硝处理。当进行停止步骤后，柴油机会自动停止脱硝处理。

人机交互界面(Human Machine interface, HMI)与SCR系统所有的部件相通信，通过安装在控制箱里的PLC监控和控制所有输入和输出信号。通过使用HMI的触摸屏可以集中查看各个部件的工作状态，检查所有的运行参数，并进行一些功能操作。对于可能出现的故障，HMI中具有详细的汇总，当出现故障时会自动报警，并分析可能的原因给出适当的解决方案，以方便操作者解决故障。

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HMI包括主页、趋势、警报、启动条件、设备列表、手动操作、设置等功能。

主机 SCR 系统运行的条件：

①燃油为≤0.1%的含硫量（在主机 MOP 电脑上设置）。

②主机功率≥25%（集控室主机 Mop 电脑显示）。

主机 SCR 系统烟道气动蝶阀开始切换条件：主机透平后温度≥205℃；

主机 SCR 系统开始喷射尿素条件：主机透平后温度、反应器前，反应器后温度都要≥225℃。

主机 SCR 系统有三种启动方式：机旁自动启动、遥控启动、机旁手动启动。

各种模式下的操作方法

1. 机旁自动启动：

①温度控制单元的旋钮转到自动位（所有油阀空气阀都处在打开位置）；主机在低速运转且功率≥25%时，排气温度较低的情况下，温度控制单元会自动启动。

（SCR反应器后温度≤210℃点火开启，SCR反应器后温度≥245℃停止加热），保持烟道有足够的温度。

②集控室的主机 SCR监控器上把 SCRMODE选择AUTO；主机 MOP电脑上从 T-II模式转换为T-III模式。

③机旁主机 SCR 控制面板的开关转到机旁、自动模式，供气单元的手动阀都处于开启位置，页面报警需要消除；按下系统自动启动按钮。

当三个排烟温度达到 225℃后，DOSING SYSTEN开始动作，压缩空气给定阀开启，喷射阀打开，60s后清洗阀打开，同时尿素离心泵启动。180S 后，尿素喷射功能运行，系统根据主机负荷按设定数据自动调整尿素喷射量。

2.遥控启动：

①温度控制单元的旋钮打到自动位（所有油阀空气阀都处在打开位置）；

②机旁主机 SCR 控制面板的开关转到遥控、自动模式，在集控室按下启动按钮，系统自动投入运行。

3.机旁手动启动：

在主机 MOP 或者 SCRCU 对 SCR 系统的控制失效时，可通过SCR 系统自身的人机交互界面来手动控制操作。

①将控制单元上两个旋钮转换到机旁，手动位置，把所需要的油阀及空气阀门全打开到备用状态,选择一台尿素离心泵为主泵，在选择的那台尿素离心泵为主泵前小框打“√”；

如果选择另外一台为主泵，取消小框里面的“√”。

②打开“SCR 前阀门”→关闭“旁通阀”→打开“给定阀” →打开“清洗阀”→打开“喷射阀”

③五分钟后，启动“1号尿素输送泵”（弹出页面按下启动）

④当输送泵后压力＞4bar 时，关闭“清洗电磁阀”，打开“尿素出口阀”，流量计设定值前小框打“√”，系统开始运行后根据主机实际工况手动设定流量计设定值，或者通过调节比例阀开度来实现尿素喷射量的控制。

⑤根据主机工况和 SCR系统温度来手动启停温度控制单元点火。

日常管理注意事项

1）柴油机在运行SCR前，需要检查和疏通SCR的喷嘴，尤其是当SCR长时间不用，SCR的喷嘴容易被废气堵塞。当SCR运行后，可以根据尿素溶液流量变化判断脏堵情况。在SCR的喷嘴脏堵后，尿素溶液流动性变差，换热效果变差，尿素溶液升温晶体析出，容易造成最靠近喷嘴的电磁阀(尿素溶液调节阀)堵塞，需要拆下清洁或更换。

2）SCR系统是一个自动控制的系统，当主机启动、电源供应正常、相关管路连接正确，系统将在控制器的指挥下自动排空、自动化冰、自动喷射等，不需人为干预。

SCR系统基本免维护，只要加注符合标准要求的尿素，系统内部终身免维护。平时需要保持系统外表干净，电器接头干燥即可。

SCR系统出现故障时，SCR故障指示灯会亮，但不影响柴油机的正常工作。

3）避免尿素储存罐中尿素溶液液位低于最低液位的情况下工作，因为喷嘴需要使用尿素溶液来冷却，所以储存罐中的尿素溶液过少的话会使喷嘴冷却不足，从而导致喷嘴损坏。

4）SCR系统在发动机停机后，计量喷射系统要抽干管道中的残液，以防结晶堵塞，所以设备停用后，停几分钟再关掉电源。

5）当SCR的吹灰电磁阀在开启位置卡死时，会造成吹灰空气持续喷入，导致空压机连续运转。因此，当发生吹灰电磁阀在开启位置卡死时，应临时手动关闭位于吹灰电磁阀前方同管路上的吹灰截止阀，定时打开吹灰旁通阀进行手动吹灰。待吹灰电磁阀修复后，再恢复正常使用。

6）当SCR的废气压差传感器管路脏堵时，会造成压差显示错误，因此，应注意清洁疏通管路。

7）当LP-SCR运行时间达到12000小时，应打开反应器，检查催化剂的状态，手动清洁催化剂表面的积灰，结合LP-SCR的使用情况和各项运行参数进行综合判断，在必要时更换催化剂。

8）由于低温环境对尿素溶液的保质期有利，尿素舱海水冷却管路应保持常开。

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与SCR废气后处理系统有影响的因素

1、投资成本--SCR系统装置体积庞大,投资费用和运行成本均很高；

2、尿素喷嘴及管路的密封性--如果漏气，会导致尿素水溶液泄露，容易造成结晶且影响排放；

3、排气温降--排温过低将导致尿素无法分解，排放超标，所以排气管路须加装保温材料；

4、柴油机负荷--在负荷变化时氨的喷入量较难控制；

5、传感器安装位置--如果排温传感器及氮氧传感器安装位置出现错误，将可能导致排放超标、发动机扭矩限制、颗粒捕集器无法再生等问题。

6、燃油品质--劣质燃油中含硫量较高，会使SCR催化剂中毒，降低SCR工作效率；系统中产生硫酸氨（NH4）2SO4和硫酸氢氨NH4HSO4，降低氨利用率；烟气经过催化剂后，部分SO2被氧化成SO3，在低于220℃下，SO3会与NH3反应生成硫酸氢铵。

7、尿素质量--劣质尿素会使SCR出现结晶现象，严重影响SCR工作效率，同时增加排气阻力；必须保证船舶航区内对尿素需求的供应。

8、颗粒物PM--高分散粉尘颗粒覆盖在催化剂表面降低其活性；过多的颗粒堆积在催化器中就会使排气阻力增加，混合气不能充分与催化剂接触，装置效率也会明显降低。控制颗粒物PM排放的措施有氧化催化器（可溶性颗粒物）和颗粒捕集器（固体颗粒物）。

9、系统匹配--SCR系统中的尿素剂量最终由发动机管理系统ECU控制，尿素的喷入量必须要与NOx的浓度相匹配，在保证降低NOx的同时，不能超过份量。尿素的喷入量过少，则达不到应有的处理水平，尿素的喷入量过多，则会使多余的氨气排入大气，导致新的污染。所以，必须要有高灵敏度的NOx浓度传感器以及相应的高精度的尿素喷射装置。

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运行中注意事项

检查尿素舱及日用罐液位，驳运泵可自动或手动驳运尿素，尿素喷射泵运转及正常切换情况。尽可能维持尿素舱的海水冷却，保证尿素舱温度在 35℃以下，避免出现尿素结晶情况。

在控制屏上检查各阀及喷射情况，观察尿素喷射量和主机负荷变化情况。

检查各压缩空气管和尿素管是否有泄露，特别是主副机SCR同时使用时消耗空气比较多，多关注SCR空压机运行工况。甲板日用空压机可与 SCR 空压机互用，必要时可以切换使用。

检查吹灰系统吹灰情况（自动模式下自动运行 4h或者压差≥1200pa时开启吹扫）和 12个吹灰电磁阀的开关状况，以保证催化剂的清洁度和活性。

监控主机SCR系统中三个温度（任何一个都不要超过460℃，否则会停机报警），可以通过调整主机负荷来调节。

当 210℃