试航笔记丨香港远航新造Ocean Leader轮主机EGR系统浅析

窗外行人步履匆匆，街道慢慢归于寂静，来自大海的寒风不时卷起一片片雪花敲打着窗户上的玻璃，啪啪作响。旅馆服务生刚刚挂上去新一年的日历，恍惚间才感觉2022年就要远去。不知不觉来到日本接船已经十多天，离家时跟儿子一起种下的蝴蝶花不知道开了几朵。

船厂元旦放假，在这每天如火如荼的接船工作中，难得有几天休整，我想把关于新接触的主机EGR系统根据自己的理解跟大家分享一下。

在说这套系统之前，先来了解一下这套系统的前世今生：氮是大气中的一种自然元素，也存在于残余燃料的化学结构中。在内燃机的燃烧过程中，发动机进气大部分由氮气和氧气组成。氮氧化物主要是由于发动机的高温燃烧导致大气中的氮气和氧气产生反应。作为一种有害的发动机排放物，氮氧化物受到关注有以下几个因素：它是导致酸沉积、人类呼吸道疾病和温室气体形成及全球变暖的原因。

氮氧化物的排放规则受《国际防止船舶污染公约》附则六（MARPOL VI）的监管。根据MARPOL附则VI第13条，发动机的氮氧化物排放限值分为3级，即 IMO Tier I、 Tier II 以及 Tier III。每一层都将氮氧化物排放限制在一个特定的值。不同的层是根据船的龙骨铺设的时间来划分的。第I级氮氧化物排放限制适用于2000年1月1日或之后铺设龙骨的船舶，第II级限制适用于2011年1月1日或之后铺设龙骨的船舶。第I级和第II级标准适用于全球。第III级标准适用于：在2016年1月1日或之后铺设龙骨的船舶，在现有氮氧化物排控区作业，以及在新氮氧化物排控区通过之日或之后建造和作业的船舶。

基于上述，在2016年1月1日或之后铺设龙骨的船舶，在北美和美国加勒比地区作业必须符合第III级标准（因为这些氮氧化物控排区是在2016年1月1日通过的）。从2021年1月1日起，波罗的海和北海也成为氮氧化物控排区。因此，在2021年1月1日或之后铺设龙骨的船舶，在波罗的海或北海氮氧化物控排区作业时，也必须配备III级发动机。

通过有针对性的燃料优化和预燃控制技术，可以满足第I级和第II级要求，从而降低了发动机的燃烧峰值温度。然而，为了满足IMO Tier III的要求，还必须使用辅助方法，通过下游处理降低废气中的氮氧化物。这些辅助方法包括选择性催化还原和废气再循环技术。

OCEAN LEADER轮作为新造船肯定要满足最新的公约要求，本轮的发电机选择了曼恩能源公司的催化还原技术，通过废气与氨混合，通常形成水溶液尿素。在排气通过特定的催化剂之前，引入氮元素。氮氧化物被还原为无害的稳定的氮气和水。具体的工作原理和过程不在这一一赘述。

本轮的主机选择的曼恩能源公司的废气再循环技术。废气再循环是一种通过调整进气来减少氮氧化物排放的方法。废气的一部分在返回到扫气侧之前用水冷却和清洗。因此，峰值燃烧温度显著降低。但也有负面影响，安装废气再循环系统会降低发动机的燃烧效率，从而增加燃料消耗。此外，除了各种其他系统配置外，还需要一个水处理系统和氢氧化钠剂量装置来中和废气再循环装置中使用的水，然后排放。出水排放必须始终满足IMO MEPC 307(73)，2018废气再循环排放指南，并与硫化物洗涤器洗涤水排放要求类似。

通过下面两张照片大家能更直观的了解废弃再循环：

通过这两张照片能感受出跟传统的主机排烟管的区别。本轮主机排烟管较传统机型多出三个排出管，多出来的每根管上都有一个气控开关阀。

通过ERCS-MOP控制面板我们可知EGR系统由三个系统组成：EGR Gas，Water Recirculation，Water Auxiliaries.

     废气系统：当主机负荷在15%-80%之间时可以由Tir2转换到tir3。当转换完成时，BOV阀打开废气进入管路，废气先经过水吸附，再经过EGR冷却器冷却，被冷却过得废气被鼓风机经过BTV阀送入扫气箱，氧浓度传感器检测扫气箱氧气浓度再控制鼓风机的变频马达的转速，从而控制净化完废气进入扫气箱的量。

     通过上图能更直观的讲解一下整个工作水，和废水的处理过程。

     水的再循环系统:当废气经过BOV阀后会有一圈预喷雾喷头，把淡水雾化捕捉废弃的颗粒和氮氧化物，废气经过EGR冷却，再经过水雾捕捉器，把水和杂质收集在处理水收集柜。

     水循环系统的辅助系统：当处理水收集柜的水位达到一定液位时进程水循环泵启动把水柜里的水驳进缓存柜，系统会根据缓存柜的水位控制淡水阀开启补充淡水。处理水供给泵会把缓存柜的水供给到预喷雾喷头。NaOH供给泵会根据处理水收集柜出口水的PH来把NaOH供给到处理水供给泵出口，用以中和废水中的酸性物质。中和完之后的水再进入预喷雾喷头，如此往复循环。

     为水循环系统服务的还有一个WTS系统，冷凝水越来越多会导致缓存柜水溢流到放残柜，污水处理泵会根据放残柜中的水位启停。污水处理泵把水送进分水机，分水机分出来的杂志会驳进脏水柜，这个水柜的水要送岸回收。分水机分出来的干净水会进入一个吸附滤器，在滤器的出口有一路接到15ppm检测器，同油水分离器检测单元相似，当感知到油分超过设定值会自动把出口水送入放残柜。当油分没有达到设定值，会打开直接排海的管路，这样实现了整个系统的无污染处理。

     在整个净化过程中会涉及到氧浓度的校正，PH值的校正，污水处理中凝聚剂投送比率的测定。在此不一一赘述。

  通过这张图能更好的理解我开始时提到的排烟管上多出来的三根管路。最右边的是EGR系统的烟管管路，咱们前面已经详细说明。

  当运行在 Tier III模式时SOV阀打开最终净化的废气进入扫气箱混合，这时CBV是打开的（当主机负荷低于25%时CBV关闭）为了增大扫气压力。这时EGB是关闭的。

  当运行在 Tier II模式时，EGR系统关闭，SOV，CBV阀关闭，EGB在低负荷时部分打开，用以平衡透平，在100%高负荷时全部打开，防止透平转速过高。

  因为只在试航时EGR投入运行了半个小时，后面的学习都是通过看说明书，咨询设备服务人员获得的。所以对于这个系统的认知肯定还存在着一些不足，希望在以后的实践操作中能更好的掌握这套系统。后续使用中遇到的问题和学习的经验以后再跟各位同仁探讨分享。