船用柴油机超低排放控制技术

本书以船用柴油机超低排放控制技术为主线，以国内外海事新法规、新要求为线，收集了国外船用柴油机节能减排的新技术资料，结合作者所在研究团队的研究工作和成果，详细介绍应对际海事组织相关氮氧化物、硫氧化物以及二氧化碳减排标准及要求的节能减排技术新知识。

★船用柴油机污染物排放水平：二氧化碳、硫氧化物、碳氢化合物、一氧化碳、氮氧化物、颗粒物。

★船用柴油机污染物排放法规及要求。

★船舶柴油机污染物超低排放技术路线。

★船用柴油机氮氧化物排放控制技术：废气再循环技术、选择性催化还原技术。

★硫氧化物排放控制技术：低硫燃油技术、湿式洗涤技术、干式脱硫技术。

★船用柴油机节能减排技术：余热回收技术、替代燃料技术。

★船用柴油机污染物一体化处理技术：联合处理技术、协同处理技术。

★船用柴油机废气污染物测试方法。

★船级社船用产品认可模式及流程。

★船用选择性催化还原系统认可及检验要求。

★船用废气洗涤脱硫装置认证流程及要求。

 

本书以船用柴油机超低排放控制技术为主线，主要介绍了船用柴油机分类、船用柴油机污染物评价指标，船用柴油机污染物及其测量技术，船用柴油机污染物排放控制法规及技术路线，船用柴油机氮氧化物排放控制技术，船用柴油机硫氧化物排放控制技术，船用柴油机节能减排技术，船用柴油机污染物一体化处理技术，船用柴油机废气后处理装置认证流程及要求等内容，并附录了中国船级社船用柴油机排气成分分析仪的技术条件、船用馏分油要求和船用渣油要求。

本书不仅可供船舶行业、环境工程、海洋污染等行业的科研人员、技术人员和管理人员阅读，还可供高等学校船舶专业、环境工程、海洋工程等相关专业的师生参考。

朱元清，哈尔滨工程大学，讲师，自2008年以来，作者一直致力于船舶柴油机燃烧及污染物控制技术研究。目前主持科技部国家重点研发计划青年项目1项、国家自然科学项目青年项目1项、黑龙江省自然科学基金青年项目1项，参与国家自然科学基金、高技术船舶项目、MPRD项目及预研项目十余项。结合科研项目，参与编著论著2部，发表或参与发表学术论文17篇，受理或授权发明专利14项，授权软件著作权5项。其中，论著为“国防特色教材”《内燃机排放与污染控制》（参编第8章、第9章）和“国防特色教材”、“北京市高等教育精品教材”《内燃机工作过程仿真技术》（参编第2章、第4章）。

第1章绪论1

1.1船用柴油机分类1

1.1.1低速柴油机2

1.1.2中速柴油机4

1.1.3高速柴油机5

1.2船用柴油机污染物评价指标6

1.2.1污染物浓度7

1.2.2质量排放量7

1.2.3比排放量7

1.2.4排放指数8

第2章船用柴油机污染物及其测量技术9

2.1船用柴油机污染物排放现状9

2.2船用柴油机污染物排放水平11

2.2.1二氧化碳11

2.2.2硫氧化物12

2.2.3碳氢化合物12

2.2.4一氧化碳13

2.2.5氮氧化物14

2.2.6颗粒物17

2.3船用柴油机污染物测量技术及方法19

2.3.1不分光红外线分析仪19

2.3.2化学发光分析仪21

2.3.3氢火焰离子化分析仪23

2.3.4顺磁分析仪24

2.3.5颗粒物测量方法25

第3章船用柴油机污染物排放控制法规及技术路线28

3.1船用柴油机污染物排放法规及要求29

3.1.1国际海事组织排放控制法规29

3.1.2欧盟排放控制法规32

3.1.3美国环保署排放控制法规34

3.1.4中国排放控制法规38

3.1.5中国排放控制法规修订41

3.2船舶柴油机污染物超低排放技术路线42

3.2.1氮氧化物超低排放技术路线42

3.2.2硫氧化物超低排放技术路线43

3.2.3柴油/天然气双燃料技术44

第4章船用柴油机氮氧化物排放控制技术46

4.1废气再循环技术46

4.1.1常规EGR系统46

4.1.2船用EGR系统工作原理49

4.1.3船用EGR系统工艺过程50

4.1.4船用EGR系统基本组成52

4.1.5船用EGR系统分类56

4.1.6船用EGR系统技术难点62

4.2选择性催化还原技术63

4.2.1SCR反应过程64

4.2.2SCR催化原理65

4.2.3船用SCR系统基本组成67

4.2.4船用SCR系统分类70

4.2.5船用SCR系统技术难点75

第5章船用柴油机硫氧化物排放控制技术78

5.1低硫燃油技术79

5.1.1船用燃料油分类79

5.1.2低硫燃油及其标准80

5.1.3低硫燃油燃烧问题81

5.1.4低硫燃油转换问题82

5.2湿式洗涤技术84

5.2.1湿式洗涤技术脱硫原理84

5.2.2湿式脱硫系统组成91

5.2.3湿式脱硫系统分类100

5.3干式脱硫技术103

5.3.1干式脱硫系统工作原理103

5.3.2干式脱硫系统组成106

5.4各种脱硫技术的比较109

第6章船用柴油机节能减排技术111

6.1余热回收技术112

6.1.1船用余热回收技术分类114

6.1.2朗肯循环114

6.1.3卡琳娜循环119

6.1.4废气复合涡轮系统121

6.1.5热电式发电系统125

6.1.6单一或联合技术126

6.1.7综合分析129

6.2替代燃料技术130

6.2.1天然气发动机131

6.2.2甲醇发动机134

6.2.3燃料电池136

6.2.4可再生能源137

第7章船用柴油机污染物一体化处理技术138

7.1联合处理技术138

7.1.1低硫燃油联合SCR技术139

7.1.2SCR复合废气洗涤技术140

7.1.3EGR复合废气洗涤技术142

7.1.4成本投入及回收分析143

7.2协同处理技术146

7.2.1基于低温等离子体的污染物一体化处理技术146

7.2.2基于强制氧化的湿法污染物一体化处理技术151

第8章船用柴油机废气后处理装置认证流程及要求154

8.1船用柴油机废气污染物测试方法154

8.1.1NOx排放测试与计算154

8.1.2SO2排放测试与计算161

8.2船级社船用产品认可模式及流程163

8.2.1产品认可模式163

8.2.2船级社型式认可流程164

8.3船用选择性催化还原系统认可及检验要求166

8.3.1法定检验167

8.3.2船级检验171

8.4船用废气洗涤脱硫装置认证流程及要求173

8.4.1法定检验173

8.4.2船级检验178

附录182

附录Ⅰ中国船级社关于船用柴油机排气成分分析仪的技术条件182

附录Ⅱ船用馏分油要求186

附录Ⅲ船用渣油要求187

缩略语188

参考文献191

致谢192

近年来，全球船舶污染物排放法规正不断全面化、细致化和严格化，绿色船舶、高效运输已经成为航运的发展方向，而船舶发动机也亟待实现污染物“近零排放”，甚至“零排放”。目前，国际海事组织及欧美等国相继制定了严格的船舶废气污染物排放法规，直接影响了欧洲、北美洲相关港口及航线，而我国也计划将现有船舶污染物排放区扩展至沿海12海里（1海里=1.852km）内的所有海域及港口，与之相关航线都将受到影响。在此形势下，如何高效、经济地实现船用柴油机的超低排放是目前科技工作者所关注并努力探索的方向。

船用柴油机污染物控制技术源于燃煤电站和车辆的相关处理技术，但由于船舶空间受限、安全性和经济性要求高、消耗材料补给受限等特点，船用柴油机污染物处理装置工作条件更苛刻、技术要求更高，设备工艺紧凑度及产品可靠性要求也更严。再加上全球船用柴油机污染物排放法规将会日趋严格化、全面化，船舶发动机多种污染物“近零排放”要求紧迫，这就对船用污染物处理技术提出了更高的要求。

本人及所在科研团队一直从事船用柴油机污染物排放控制技术研究，先后承担了科技部国家重点研发计划项目、工信部高技术船舶项目、工信部“船用低速柴油机创新工程（一期）”重大专项以及国家自然基金项目等国家级课题，重点研究了船用柴油机脱硫、脱硝以及余热利用等技术。鉴于国内缺少专门介绍船用柴油机污染物排放控制技术的中文专著，在参考国内外最新科研成果及相关文献，并结合课题组相关研究成果的基础上，整理、编写了本书。

本书以船用柴油机超低排放控制技术为主线，主要介绍了船用柴油机污染物及其排放法规要求、船用柴油机氮氧化物污染物超低减排技术、船用柴油机硫氧化物污染物超低减排技术、船用柴油机节能减排技术、船用柴油机污染物一体化处理技术以及船用柴油机节能减排认证要求等八章内容，重点介绍了船用废气再循环技术、选择性催化还原技术以及余热回收利用技术等主流技术，以应对国际海事组织氮氧化物、硫氧化物以及温室气体的新排放标准。本书可供从事船用柴油机排放控制技术的科研技术人员、工程技术人员、运行维护人员使用，也可作为高等院校教材使用。

本书由朱元清、冯永明、周松、刘佃涛编著，高级实验师张滨阿提供了船用柴油机试验技术方面的指导，在本书编著过程中，周金喜、王占广、高瑞锋、夏冲等参与了本书的资料整理工作，在此一并表示感谢。由于本书涉及内容较新、范围较广，编著者水平有限，不足之处在所难免，敬请读者谅解，并望批评指正。

编著者

2019年2月