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一、系统概述

船用二冲程主机 iCER 系统（以下简称“iCER系统”），也称为废气回收智能控制系统。

 iCER 系统是主机生产商 Win-GD 新研发的降低氮氧化物排放的系统,它通过将部分废气再循环至气缸中，以代替部分氧气，增加压力比, 从而提高发动机燃烧的稳定性和燃烧效率，降低油/气耗量。

一方面废气的掺入，能有效抑制燃烧温度的升高；

另一方面废气中增量的 CO₂能起到惰性气体的作用，使着火延迟期变长，燃烧速度减缓，燃烧温度下降，从而可以有效地抑制 NOx 的生成，降低甲烷逃逸，取代HPSCR，如图1所示。

图1 主机 iCER 系统设计图

二、原理及系统组成

1、短回路-Short route

对于短回路设计的 iCER 系统，废气收集支管连接于涡轮增压器出口的正后方，因此，再循环的废气绕过主经济器。

由此产生的蒸汽产量也较低，作为补偿可以在废气再循环管路中加装额外的经济器。

通常出于紧凑性和成本考虑，该附加的经济器没有集成汽包，因此必须连接到主经济器[1]，如图 2所示。

图2 短回路图

2、长回路-Long route

对于长回路设计的 iCER 系统，废气收集支管连接在主经济器出口的下游，全部废气会流通过主经济器。

废气冷却器可以布置在靠近锅炉、靠近涡轮增压器入口或这两者之间的任何位置。

长路径布置的优点是确保在不需要任何额外的经济器的情况下，可以实现最大蒸汽产量。

因为管路较长，所以需要将 iCER 系统中主机出口的最大背压值控制在允许范围内。

如果由于管路较长而无法满足最大背压限制要求，则应与 Win-GD 联系沟通，以便获取对方的技术支持和相关有针对性的解决方案，包括项目特定的性能数据[1]，如图 3 所示。

图 3 长回路图

3、废气洗涤系统

iCER 系统位于主机旁边，它是部分废气在增压器后再循环通过废气冷却器(EGC)并返回压气端的进口，废气和新鲜空气在进口处进入增压器之前先进行混合，返回的废气量通过闭环控制进行调节，最大的废气再循环量约为 50%。

废气重新进入增压器之前需经废气冷却器进行冷却。

废气冷却器会在其内部不断喷水，在废气通过时吸收了废气大部分的热量，令废气温度降低到约 40℃，当低于露点时，水开始从废气中冷凝出来，这个过程同时清洁了废气。

在此之后，废气会通过板式热交换器完成第二阶段的冷却。

所有主机 iCER系统在安装时，废气回流管从下方连接到增压器，这样可以防止冷凝水被送至增压器，而凝水泄放管必须布置在水平回流总管的最低点，因此需考虑不同的船舶纵倾条件。

iCER 系统的废气管连接到增压器的两侧，并通过一系列阀门控制使废气再循环。

在主机正常工作期间，背压阀（BPV）控制再循环回到主机的废气量。

根据 iCER 系统是否处于工作状态，截止阀（SOV）可以完全打开或者关闭，流量调节阀（FRV）可用于 iCER 系统中的流量控制，尤其是在柴油 TierIII 模式下运行时，如图 4 所示。

图 4 废气清洗系统图

4、排水处理系统

在 iCER 系统运行期间，排水系统处理来自废气冷却器和 SAC 的凝水。

这些凝水是由 iCER 系统中的废气在冷却器冷却过程中产生，主要发生在燃气模式和柴油 Tier III 模式大多数情况下。

这些水用于废气冷却器，并被收集在废气冷却器循环水舱中。

整个处理系统包括一个水处理系统、一个 PH 中和加药系统和水收集舱。

在 iCER 系统运行期间，在废气冷却器循环水中会存在烟灰，必须通过水处理装置将其清除，水处理装置的设计可能因供应商不同而存在差异。

此外，对于最高硫含量为 0.1%/m 的超低硫 MGO（并非不含硫），需要对其所产生的酸性化合物进行中和，为此废气冷却器循环水需要添加氢氧化钠（NaOH），剂量由水分析仪控制，该分析仪主要作用是测量需要调节 PH 值的流体酸度。（注：处理系统必须确保 iCER 排水系统在不同位置处于合适的 PH 值，例如高于 PH6）凝结剂和絮凝剂，根据水处理单元的设计，可能需要投入凝结剂和絮凝剂，水处理装置控制加药，并重新移动处理过程中积累的颗粒及其它碳氢化合物，凝结剂和絮凝剂通常储存在小型的装置中，不需要任何结构柜。

氢氧化钠，也称苛性钠，强碱性，添加到废气冷却器循环水中以中和废气洗涤中产生的酸。

化学反应式：2NaOH+SO₂→Na₂SO₃+H₂O

测量水酸度的 PH 值传感器连接到监测和控制单元，以控制氢氧化钠加药泵向废气冷却器循环水中添加氢氧化钠的剂量。

加药系统设计适用于最大浓度 50%的氢氧化钠水溶液，根据浓度的不同，需要对氢氧化钠加药装置管路和储存舱加热（管路电伴热）和绝缘。

当处理系统处于工作状态时，会产生污泥，这是一种带有烟灰的油水。

根据 MEPC 307(73)号决议，水处理系统产生的污泥必须收集在专用的 iCER 污泥柜中，且必须在岸上处理。

产生的污泥量取决于选用的水处理装置，因此设计时必须考虑污泥柜的容量。

图 5 排水处理系统图

如图 5 所示，通过启动阀 14（b-c），将废水从零件 4 废水收集舱中引至水处理单元，在处理后如果水中的油含量＞15ppm，则通过启动阀 16(a-c)和 15（a-c）返回至废水收集舱；

若水中油含量＜15ppm 并且船舶在限制排放的范围以外，则通过启动阀 16（a-b）、17（a-b）直接泵出舷外；

若此时船舶在限制排放区则干净的水通过启动阀 17（a-c）被储存在清洁水收集舱。

在 iCER 运行期间，所有排放的水，包括 SAC的排水，都储存在废水收集舱中。

而 SAC 排水必须通过 PH 中和加药装置后，才可排放至废水收集舱中。

这样可以保证废水收集舱中的水保持在适当的PH 值（例如高于 PH6)。

在 iCER 系统停用期间，SAC 排水会自动引导至标准的排水装置，一般至净水泄放舱。

三、系统设计涉及的相关计算

根据 Win-GD 的船舶安装手册介绍，共涉及以下计算内容：

1、固体耗量计算

设计时需要按照循环水最大固体耗量保持在

150mg/l 来计算。

2、氢氧化钠溶液耗量计算

分为油和气两种模式，以氢氧化钠浓度为 50%为例，气模式耗量按照 0.06 l/MWh 计算，油模式（TierIII）耗量按照 0.2 l/MWh 计算。

3、化学品耗量计算

根据不同的水处理单元设备供应商的要求，有可能会使用到凝结剂、絮凝剂，这部分化学品消耗量应以实际的供应商要求为准。

4、排气背压计算

尤其在长路径布置中，需要特别注意再循环管路的背压值控制在主机允许的范围内，如果由于管路较长而无法满足最大背压限制要求，则应与Win-GD联系沟通，以便获取对方的技术支持和相关有针对性的解决方案，包括项目特定的性能数据。

四、注意事项

在系统设计中，厂家有许多具体的要求需要设计人员注意，例如设备相对位置、管路、附件、绝缘等布置要求。

1、设备布置要求

（1）泵的布置

循环泵的高度不能高于循环舱，以保证泵的进口处于正压状态。

（2）冷却塔和舱柜的布置

冷却塔底到循环舱底部距离为 A（A 值范围是3~10m），如果 A 值＞10m，泵的压头需要加大。

2、管路布置要求

带“”符号的管子，需要按照厂家要求做斜度，一般要求最小 50；

水处理单元 N6 口至药剂单元管路距离长度需要＜5m。

3、附件布置要求

（1）液位开关的布置要求

循环舱的液位开关必须布置在船艉侧，以保证在船舶艉倾状态，液位开关处于有效状态。

（2） PH 值传感器的布置要求

由于传感器探头末端需要一直浸泡在水中，所以要插入舱内足够的长度，当探头故障修改维修时，探头需要从舱内拔出，所以需要传感器上方及周围有足够的检修空间，生产设计时需要特别留意，如图6所示。

图6  PH 值传感器安装示意图

五、应用指南

2020 年中国船级社（CCS），发布指导性文件《船舶废气再循环（EGR）系统应用指南》，主要内容涵盖系统设计、制造、安装布置、控制监测、检验调试等几方面内容[2]，可供参考。

六、结束语

通过对系统的简析，使设计人员对主机 iCER 系统能够有总体的认识，了解系统的原理及功能，掌握系统设计过程中需要注意的事项；

另外，也知悉了系统中舱室容积设计的出处，还对船级社的应用的指南有概念上的了解，对后续使用 iCER 系统的项目设计工作起到一定的指导作用。

参考文献

[1]WinterthurGas&Diesel.MarineInstallationManual[J].2022(1):85-106.

[2]中国船级社.船舶废气再循环(EGR)系统应用指南[J].2020(1):1-25.

原创作者系：

广船国际总装部、货船研发设计所

涂韩荣 孙博