柴油机前处理技术主要是采用绿色清洁能源，比如乳化燃油、液化天然气（LNG）、代用燃料等，从源头上解决NOx排放，但船舶需要改造，成本较高。

柴油机内处理技术主要是通过优化燃烧状况，改善柴油机结构参数，使NOx的生成量、排放量都降低。对柴油机添加附加设备或介质，从源头减少NOx的生成，可以通过机内净化技术来满足Tier I阶段和Tier II阶段排放要求 ^[4]。这样会增加柴油机的造价成本。目前常用的柴油机内处理技术主要有以下3种：

通常，可以通过柴油机前处理技术来满足Tier I阶段和Tier II阶段排放要求，这样会降低柴油机热效率，增加柴油机的造价成本，增加柴油机维护保养工作量。Tier III阶段NOx的排放标准比Tier II阶段NOx的排放标准要求更高，单靠柴油机前处理技术和柴油机内处理技术已无法满足Tier III阶段对NOx的排放要求，因此，柴油机后处理技术是现阶段达到Tier III阶段对NOx排放要求的首选措施 ^[4]。

船舶柴油机后处理技术措施有很多种，比较常用的脱销技术主要有以下2种：

1.3.1 SNCR技术

SNCR技术即选择性非催化还原技术。其工作原理是向900℃~1200℃温度范围内的柴油机尾气中喷射一定量的氨水或者尿素水，氨水或尿素水中挥发出来的氨气将NOx还原成无污染的水和氮气，以此来达到降低NOx的目的：

在处理船舶柴油机废气方面，选择性非催化还原技术的效率相对较低，使船舶柴油机尾气中NOx排放量减少约40%；选择性非催化还原发生条件要求高，一般在高温环境下才能发生还原反应，在船舶上难以得到广泛应用的主要原因是船舶柴油机尾气排放温度较低 ^[4]。

Ming Chen等人对柴油机的尾气与尿素水溶液产生的氨气混合特性进行了CFD软件分析，对还原剂在催化器内和排气管路浓度的分布情况进行了模拟显示，从而帮助了柴油机SCR系统对催化器结构、管路的设计优化 ^[3]。

Subhasish等人利用CFD软件对柴油机的尾气与尿素水溶液产生的氨气混合过程进行了三维模型模拟，对尿素水解、蒸发、催化器入口处氨的浓度分布、热解过程等进行了模拟 ^[3]。

国内对船舶柴油机NOx后处理装置的研究相对较晚。目前，国内对车用SCR系统进行研究的较多。车用SCR系统的研究主要在催化还原反应的试验研究、催化剂内的流体流动和仿真模拟。清华大学帅石金 ^[5]等人对柴油机尿素SCR催化器系统化学反应和内部流场进行了仿真分析。武汉理工大学陈辉等人对车用SCR系统试验研究进行了深入探讨 ^[3]。

目前船用柴油机厂商主要以引进国外整套SCR系统产品为主^[3]。随着NOx的排放标准提高，国内也加大了对SCR系统相关技术的研究力度。

如图2所示，船用柴油机SCR系统和汽车用的柴油机SCR系统组成基本相同，主要由SCR催化反应器、控制单元、尿素喷嘴、尿素泵和尿素箱等组成 ^[8]。传感器采集柴油机的尾气温度、功率、转速、NOx含量等参数；控制单元将传感器采集的参数进行逻辑计算，根据柴油机相关参数，确定尿素泵工作的频率和尿素水溶液的供给量；尿素箱里存放尿素水溶液。32.5%的尿素水溶液是SCR系统一般使用的还原剂。尿素水溶液通过喷嘴雾化后进入船舶柴油机尾气系统与尾气混合。尿素水溶液喷射量由尿素泵的工作频率决定。在SCR催化器内装有催化剂和载体，在催化剂表面进行NH₃与NOx的催化还原反应^[3]。

图2 S CR系统组成

图3是SCR技术系统基本工作原理。系统工作时，含有NOx的高温柴油机尾气与从喷嘴喷出的尿素水溶液在高温条件下混合，尿素水溶液会经过蒸发、热解产生NH₃，接着NH₃在V₂O₅、TiO₂等催化剂作用下，和废气中的NOx发生化学反应，使柴油机的尾气变成干净的氮气和水 ^[6]。

图3 S CR基本原理图

（1）NH₃的由来

NOx与尿素不能直接发生氧化还原发应，真正的还原剂是尿素水分解产生的NH₃。在SCR系统喷射作用下，某浓度的尿素水溶液以喷雾的形式喷入到废气管道，在高温的环境下，尿素液在柴油机尾气管道中出现雾化现象，并与柴油机尾气混合。尿素液在雾化、扩散过程中，水分会蒸发，得到尿素晶体。在高温作用下，尿素晶体会被热解生成异氰酸（HNCO）和NH₃，接着进行水解，生成NH₃和CO₂。反应过程一般有以下三步 ^[6]：

①尿素水在柴油机废气高温作用下进行分解，获得尿素晶体：

（2）催化还原过程

在SCR技术系统中，内表面积非常大的多孔结构是所使用催化剂载体的材料，这样催化剂就能够附着在上面。在催化剂载体外表面发生的催化还原反应占比较小，反应主要发生在载体的内表面。催化还原反应先从载体外表面进入到内表面，然后扩散到催化剂的外表面 ^[6]。通过催化还原反应得到的水和氮气将会附在内表面，然后扩散到主流体。NH₃和NO在催化剂的催化下具有催化作用：

①主流体中的NH₃和NO通过催化剂表面的气膜扩散至外表面，然后借助毛细孔向内表面扩散；

②NH₃在催化剂表面完成吸附过程并发生化学反应；

③离开催化剂表面得到化学反应的产物；

④生成的水和氮气扩散至催化剂外表面，然后扩散至主流体。

（3）NOx的催化还原

柴油机废气和尿素水热解后产生NOx，混合后进入催化反应器，然后在催化剂催化作用下发生以下两个反应：

公式(3.4)称为标准的选择催化还原反应，公式(3.5)称为快速选择催化还原反应。在柴油机尾气中NO约占NOx的百分之九十，公式(3.4)在SCR系统里是主要反应过程，公式(3.5)的反应优先级高于公式(3.4)。由公式(3.4)和公式(3.5)反应可知，柴油机废气NOx被还原成无污染的水和氮气 ^[6]。

喷嘴的作用是在尿素喷射控制单元控制下，向船舶柴油机尾气管中喷射雾化的尿素溶液。根据流体形式的不同，喷嘴分成以下3种 ^[6]：

①空气喷嘴：工作介质为气体的喷嘴。通过空气喷嘴喷射出的空气可以除水、干燥等。

②一流体喷嘴：仅用于液体喷射的喷嘴。这类喷嘴可以使雾化粒径最细达到大约50微米，雾化粒径相对比较粗，通过喷嘴后可以提高液体的压力。

③空气辅助式喷嘴：既可用以液体，也可用以气体或两者的混合喷射的喷嘴，也叫作双流体喷嘴。喷嘴雾化粒径最细可以达到10微米至20微米。由于是液体和气体的混合喷射，喷嘴的喷射颗粒比一流体喷嘴雾化粒径更小，可以防止异物阻塞，也可以在更大范围内调节尿素水溶液流量。

SCR技术系统结构并不相同，根据结构不同尿素水供给系统分两种：计量阀系统和计量泵系统。