EGR系统简介
废气再循环（EGR）是欧陆注册欧陆注册账号目前船用柴油机机内控制NOx排放技术中较为高效的控制手段，一般可降低约20%~50%的NOx排放，与排气后处理——选择性催化还原（SCR）并称为船用柴油机氮氧化物减排的两大主流技术，受到全球主要船用柴油机制造商及船东的大力支持，目前在低、中、高速柴油机上均有应用。
废气再循环（Exhaust Gas Recirculation，EGR）技术是在不影响空燃比的情况下减少了欧陆注册登录每循环进入气缸的氧气量，从而可以降低气缸内峰值温度，破坏氮氧化物生产所需要的高温富氧条件：将柴油机排气的一部分经过洗涤净化冷却后重新引入进气管道，与新鲜空气混合后再次进入扫气箱，参与气缸中的燃烧循环。由于再循环废气中含有大量的氮和二氧化碳等接近于惰性的气体，这些不可燃气体回流到进气管以后起到了稀释新鲜进气的作用，使氧气的相对浓度下降，燃烧过程延缓,燃烧速度放慢，从而导致燃烧室中的压力形成过程放慢；另外由于柴油机排气中含有大量CO2和水蒸汽，两者都具有较高的比热，与新鲜空气混合后重新进入气缸，在燃烧过程中吸热，能够有效地降低缸内最高燃烧温度，从而破坏了NOx生成所需高温富氧的条件 ,实现柴油机排气中氮氧化合物减排的目的。
NOx的减少几乎与排气再循环率成线性关系。
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EGR阀是废气再循环系统中的关键部件,它通常被安装在进气歧管上对进入进气管的废气量进行控制。运行时需要严格根据负荷的变化控制废气的回流比，使之达到最佳状况（经济效应和NOx减排相平衡）；由于废气再循环量的改变会对不同的污染成份可能产生截然相反的影响，所以最佳状况往往也是一种折中的,使相关污染物总的排放达到最佳的方案。也就是说 ,尽管提高废气再循环率对减少氮氧化物NOx的排放有积极的影响,但同时这也会对颗粒物和其他污染成份的减少产生消极的效果。
随着柴油机电控系统的普及，EGR系统也已进入了电控化，工作过程是受ECU（Engine Control Unit）控制。ECU根据发动机的冷却水温度、进气量、转速、起动等信息，间接（EGR电磁阀）或直接（电机）控制EGR阀的开度，通过检测占空比信号（一个脉冲循环内，通电时间相对于总时间所占的比例）和EGR阀开度等反馈信号结合发动机工况对EGR阀做出微调，从而形成高精度的闭环控制。
MAN在2011年赢得了EGR系统的首个商业订单，并将其完美集成至一艘新造4500 TEU集装箱船的MAN B&W 6S80ME-C9主发动机中。
使用重质燃料油船舶EGR和EGCS集成方案
通过阀门从排烟总管引出一部分废气，经过预清洗、清洗和冷却，然后通过鼓风机加压进入扫气箱，重新参与燃烧循环。
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EGR系统的组成
MAN B&W 6S80ME-C9船用柴油机废气再循环系统（EGR）主要由：排烟总管（Exhaust Receiver）、烟气进口截止阀(SOV-Shut of Valve)、烟气预喷淋洗涤喷头（Pre-spray）、冷却器（Cooler）、除湿器（WMC - Water Mist Catcher）、EGR变频风机（Blower）、烟气出口阀（BTV - Blower Throttle Valve）、烟气混合腔室(Mixing Chamber)、主机扫气箱（Scavenge Air Receiver）、气缸旁通阀（CBV - Cylinder Bypass Valve）、废气旁通阀（EGB-Exhaust Gas Bypass Valve）及氧气分析仪（Oxygen Analyzer）等附件组成。
通过氧气探头检测主机扫气箱氧气含量，根据氧气含量调节EGR风机频率和出口阀（BTV）开度，以此调节排烟废气循环量。根据主机负荷调节气缸旁通阀（CBV）开度，从而保证扫气箱氧气含量和压力在设定值。
EGR系统操作方法
启动：机旁选择按钮在遥控位（Remote），模式在手动位（Manual），集控室选择按钮在遥控位（Remote）。把洗涤水处理系统设置自动位（Auto或半自动Semi-auto），EGR控制放自动位（Auto），主机转换MGO完毕，设定燃油硫含量0.1%以下，启动T III（Tier III）运行模式（如果驾控必须驾驶台操作面板启动T III运行模式），当主机负荷高于18%时，系统自动启动，EGR系统各阀都是自动运行。
v EGR系统使用时，洗涤水处理系统最好半自动（Semi-auto）运行半小时，待系统稳定后再打自动（Auto）。
停止：启动Tier II运行模式（如果驾控必须驾驶台操作面板启动Tier II运行模式）或主机负荷低于15%时,系统自动停止。
喷淋洗涤水系统
预喷淋洗涤水系统主要由：废水收集柜、循环柜、供给泵、碱液（NaOH）泵、循环水泵、取样泵、灰渣泵、供给阀、循环阀、转换阀、调节阀、出海阀、灰渣收集器、喷头以及滤器、流量计、压力传感器、PH值探头、油分计等组成。
预喷淋洗涤水工作原理：废水收集柜中的水通过供给泵提供给烟气预喷淋洗涤喷头，洗涤后的废水进入循环柜，由水位探头检测循环柜水位，根据水位控制回废水收集柜调节阀开度，循环柜始终保持在50%左右。PH探头检测洗涤水的PH值，根据PH值（一般设定6.7）调节NaOH泵排量，从而保持PH值稳定。
废水处理系统（WTS-Water Treatment System）工作原理：废水处理系统在自动或半自动模式，当接收到EGR系统运行信号，自动启动运行。正常情况下废水收集柜中洗涤水通过供给泵经滤器（滤器使用前需要启动预涂泵涂硅藻泥，涂抹完毕才进行正常过滤）过滤后重新回到系统中；如果废水收集柜中液位高于60%，供给泵将多出的部分自动排放入海，低于32%停止排海；滤器在投入使用前及使用完毕都进行反冲洗，反冲洗水进入灰渣收集器，当灰渣收集柜液位传感器检测到液位高时灰渣泵自动启动，排入灰渣收集舱。
双联滤器根据时间（30分钟）或压差（7bar）进行自动循环转换。
WRU模式运行：当没有EGR系统运行信号或需要排放EGR泄放柜脏水时运行WRU（Water Refresh Unit）模式，WRU泵自动启动，根据废水收集柜液位进行补水（32%-60%），然后正常过滤排海。驾驶台确认可以排海按下排海按钮，WRU打自动，WRU泵自动启动，系统自动开始运行。
EGR系统配置方案
EGR系统有三种不同的配置方案：
1. EGRBP：EGRBP（EGR with bypass matching旁路配置）适用于缸径不大于70cm、只有一个涡轮增压器的发动机。
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主管线Main String:主管线能够使所有扫气流过涡轮增压器压气端和空冷器，扫气箱中只有空冷器送过来的增压空气。
EGR管系EGR String:高达40%的柴油机排气通过预喷淋（支路冷却）和EGR装置（EGR冷却器和水雾捕捉器WMC）引至主管线的混合点，与主管线Main String混合进入扫气箱。
Tier Ⅱ模式：只有主管线Main String处于工作状态，EGR管线SOV、BTV和气缸旁通阀CBV阀门保持关闭。废气旁通EGB在高负荷下全开，低负荷下部分开启以保持涡轮增压器的平衡。但在缸径为40及以下的发动机上，废气旁通将在高负载下关闭，EGR管线打开，以获得足够的扫气压力，同时满足涡轮增压器转速的限制。
Tier Ⅲ模式：通过打开EGR切断阀和鼓风机节流阀（SOV/BTV）来启用EGR管线，与主管线main string共同运行。SOV和BTV保持开启，废气首先通过EGR管线进入预喷淋、冷却、除雾装置，然后通过EGR单元进入混合点，继而被EGR鼓风机的推动下与Main String 的增压空气混合，共同进入扫气箱。通过改变EGR鼓风机的流量来控制EGR比率。
为了节约能源，高负荷下，气缸旁通CBV会保持开启，以增加扫气压力，从而降低SFOC，而废气旁通EGB会保持关闭。
2.EGRTC： EGRTC（EGR with TC cut-out matching涡轮增压器切断配置），适用于缸径不小于80cm、至少两个涡轮增压器的发动机。
主管线Main String:最高70%的增压空气通过涡轮增压器（basic TC）和扫气空冷器进入扫气箱。
EGR管线EGR String:废气通过预喷淋Pre-spray支路和EGR装置将高达40%的废气引至主管线Main String中的一个混合点，由一个或多个EGR鼓风机强制吹入扫气箱中。在这种情况下，切断管线关闭。
切断管线Cut out string:废气通过切断涡轮增压器cut-out TC支路和EGR单元（EGR空冷器和水雾捕捉器WMC），与Main String混合后，再通过平衡管进入扫气箱，最高比例可达40%。
Tier Ⅱ模式下：主管线main string （60%的扫气）和切断管线Cut out string（40%的扫气）运行；EGR空冷器作为正常扫气空冷器工作；TC切断阀（TCV/CCV）和鼓风机旁通阀（BBV）打开，EGR管线的EGR切断阀和鼓风机节流阀（SOV/BTV）保持关闭；气缸旁通（CBV）保持关闭。
Tier Ⅱ模式（TC cut-out）：适用于发动机低负荷。只有主管线main string打开，而气缸旁通（CBV）保持关闭，发动机在Tier II模式下在低负荷时以TC切断装置运行，相应地降低SFOC。
Tier Ⅲ模式下：main string和EGR string共同运行，切断管线Cut-out string（TCV/CCV）关闭，EGR管线通过EGR切断阀和鼓风机节流阀（SOV/BTV）打开，废气通过预喷淋和EGR装置被EGR鼓风机强制引至主管线main string混合点和扫气箱，通过改变EGR鼓风机的流量来控制EGR比率。气缸旁通CBV部分开启，以增加扫气压力，从而降低SFOC。
3.EcoEGR：EcoEGR为优化SFOC设计，在Tier Ⅱ和Tier Ⅲ模式下均可降低SFOC。无论航行区域如何，EcoEGR系统都会在EGR状态下永久运行。配置类似于带有旁通的EGR，以安装一个或两个涡轮增压器，是一种燃油优化发动机，它能在NECA（NOx emission control area）外部的Tier II模式下的油耗（SFOC）减少约为2.5%，NECA内部的Tier III模式下为1.0%，并且满足NOx限制要求。当EGR系统发生严重故障时，可使用Tier II失效模式来保证Tier II排放限值要求。
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EcoEGR Tier Ⅱ模式：发动机以较低的EGR率运行，大约10-15%。EGR切断阀（SOV）和鼓风机节流阀（BTV）完全打开，而气缸旁通阀（CBV）关闭。除高负荷外，废气旁通阀（EGB）也关闭。
EcoEGR Tier III模式：在EcoEGR Tier III模式下，发动机以25-45%的EGR率运行，类似于EGRBP匹配。EGR切断阀（SOV）和鼓风机节流阀（BTV）完全打开。气缸旁通阀（CBV）打开（低负载除外），而废气旁通阀（EGB）关闭。
EcoEGR Tier II失效模式：仅在EGR发生故障的情况下，在没有EGR的情况下运行。相应地，EGR切断阀（SOV）和鼓风机节流阀（BTV）关闭。除高负荷外，废气旁通阀（EGB）也关闭。
2020年6月24日，全球首台6S35ME-B9.5 EcoEGR主机通过出厂试验。该主机具有EcoEGR Tier III模式、EcoEGR Tier Ⅱ模式、EcoEGR Tier II失效模式（Fallback）三种运行模式，正常运行时主机可达到国际海事组织TierⅢ排放要求，运行EcoEGR时可达到TierⅡ排放要求，相比于标准EGR系统，EcoEGR在TierⅡ模式下能降低油耗5.5-6g/kWh。
废气再循环（EGR）系统应用限制
虽然现阶段应用EGR主要是为了减少船舶柴油机 NOx 的排放，但EGR也有一些其它的潜在用途，如在 SI（Spark-ignition）发动机中减少爆震并减少对高负荷燃料浓缩的要求，帮助 SI 发动机中液体燃料的蒸发等。
经过MAN对中速机和低速机进行SCR和EGR测试发现：在中速机上使用EGR技术时，取得的效果并不好，带来的优势不足以压倒其劣势，EGR技术主要应用于大型二冲程低速柴油机中。
对于大型二冲程低速柴油机来说，随着负荷的增加，EGR的量也相应地增加，并能达到最佳值。
暖机、怠速及低负荷时，发动机的冷却水和进气温度都很低,氮氧化合物 (NOx)排放量也很低,为防止发动机燃烧过程恶化，在运行时出现转速不稳或熄火，EGR阀关闭,禁止废气循环；
加速、高速或大负荷时, 为保证发动机足够的加速性能、动力性能及必要的净化效果，空气燃油混合气不被稀释, EGR阀关闭,禁止废气循环。
EGR系统管理要点
1. 对EGR运行期间产水量、产渣量、WRU运行处理能力、硅藻土消耗量、NaOH消耗量（由负荷及燃料硫含量决定）等提前做好各种准备并正确记录；
2. 每次EGR系统使用完毕，将系统水放掉，用清水清洗废水收集柜、循环柜及整个系统，以防管路堵；因为PH值探头必须湿保养，因此循环柜清洗后必须保证有一定水位；
3. 每次主机停车时EGR转至手动位置，活络各自动阀、检查洗涤水喷头、打开除湿器腔室清洁探头和内部灰渣，以防过多的烟灰把探头粘住而报警；
4. 三个氧气探头互为备用，只要有一组探头可用系统便可运行；
5. 如果洗涤水中含有较多的气泡，进口水位探头就检测不到水位而引起供给泵吸入压力报警，需要打开泵进口放气阀放气，然后机旁面板复位；
6. EGR系统取样泵是磁性传动齿轮泵，齿轮容易被灰渣糊住；油分计需要保持一定的背压（0.5-10bar）才能正常运行，需要定期清洁油分计检测玻璃管；每周冲洗15PPM油分计，并做好记录；
7. 定期将NaOH探头底部的脏水放掉，否则NaOH探头的PH值会出现异常报警；两个NaOH探头相互冗余，可以暂时切除一个探头，不影响系统运行；
8. 喷头压力传感器故障不影响系统运行，但运行时要注意机旁压力表压力；循环泵出口压力传感器故障，系统将不能运行，必须更换传感器；
9. 灰渣收集器探头容易被灰渣糊住导致灰渣泵长时间运转，需要保持探头清洁；硅藻土管路易堵塞，易引起硅藻土搅拌器过载，需要保持管路清通；
10. 由于持续地对烟气洗涤和洗涤水循环使用，大量灰渣集聚在废水收集柜底部，随着使用时间加长出口管路及供给泵极易堵塞导致供给泵流量小压力低，可以在供给泵前加装一个滤器并在放气考克处加一快速接头，如果管路堵塞，连接日用淡水反冲洗，不用频繁拆卸管路。
主机EGR系统的缺点
预清洗主要是去除废气中的烟灰，清洗是用NaOH溶液中和废气中的SOx和NOx，然后通过空冷器使废气温度降低，最后通过鼓风机吹入扫气箱。由于扫气箱中的空气是经过增压器压缩的，因此鼓风机的功率也比较大。而且由于各功率点所需的废气量和压力不同，因此该鼓风机需采用变频电机，这也使得风机的造价比较昂贵。
由于废气中的酸性物质和清洗液中的碱性物质都会对钢结构造成严重的腐蚀，因此整个EGR系统采用不锈钢制造。这也使得EGR系统整体造价比较昂贵。
提高废气再循环率对减少氮氧化物NOx的排放有积极的影响，但存在着系统复杂且初期投资成本较高（需要对柴油机进行必要的改造，只有少数船用大型低速柴油机厂商具有相应的能力）、发动机经济性降低、维保时间间隔缩短、废气洗涤废液需要处理、废气中颗粒容易对涡轮增压器及冷却器污染以及增加气缸磨损；废气引入燃烧室使滞燃期延长、燃烧速率降低、后燃加重而导致柴油机热效率降低等问题，发动机制造商不得不采取一些如增加进气歧管增压压力、增加燃油喷射压力、增加柴油氧化催化剂使用等辅助技术来平衡。
ME-GA系列发动机EGR
MAN公司ME-GA发动机系列为低压双燃料机型，是在ME-GI的基础上通过配置EGR技术，改进燃烧，最终在燃气或燃油模式下均满足了Tier Ⅲ要求。
ME-GA发动机在燃气模式下，使用低压奥托Otto循环,但是Otto循环有明显的弊端，甲烷容易逃逸，并且有敲缸的风险，EGR技术的引入，可以明显使其改善。燃油模式时，ME-GA发动机会使用高压Disel循环。
ME-GA发动机搭载EGR系统后，单位燃料气/燃料油消耗量可分别减少约3%和5%，甲烷逃逸排放更是大幅减少30%至50%；
在Gas Tier III模式下，ETV完全开启，CBV/EGB关闭，废气再循环率在30%左右，可完全满足Tier-Ⅲ要求；
在Diesel Tier II模式下，ETV完全开启，CBV保持关闭。低负荷下EGB保持关闭，高负荷时，EGB会开启，废气再循环率在30%左右；
在Diesel Tier III模式下，ETV完全开启。低负荷下，CBV保持开启，EGB关闭。高负荷下，CBV保持关闭，EGB开启。废气再循环率在35%左右。
智能废气循环控制系统iCER
为了减少碳排放，越来越多的船舶开始使用LNG燃料，然而，如果发动机不能充分燃烧LNG，则会导致甲烷逃逸。WINGD推出X-DF 2.0（低压LNG双燃料低速机）主机带iCER(智能废气循环控制)系统。iCER系统通过废气中CO2取代扫气中的O2，减少燃烧室里参与燃烧的氧含量，提高了X-DF的热力学性能和在各种条件下燃烧更加可控；在减少氮氧化物排放的同时，甲烷逃逸最大可减少50%，从而有效控制温室气体的排放。
随着船东将温室气体减排目标纳入其即将进行的新建项目中，X-DF 2.0技术将使以LNG和未来的碳中和燃料驱动的发动机的性能得到改善。iCER系统通过使用以废气作为惰性气体的方式增强对气体燃烧的控制。
阿法拉伐PureCool系统是阿法拉伐与WinGD（现隶属于中国船舶工业集团）联合研发的级联排气冷却系统，是WinGD X-DF 2.0发动机 iCER废气再循环智能控制技术的核心组件。配备PureCool系统的下一代WinGD X-DF 2.0发动机甲烷逃逸显著减少，燃料和能源效率均有显著提高。在燃气模式下运行时，使将近50%的废气通过满载涡轮增压器的低压路径冷却并再循环来促进燃烧。这一过程能使甲烷逃逸降至最低，PureCool系统在其中提供了关键的冷却功能。
搭载PureCool系统的iCER技术试运行结果显示甲烷逃逸减少了50%，这对环境改善具有重大意义，真正稳固了液化天然气的地位。
除了能减少甲烷逃逸外，搭载PureCool系统的iCER技术还能为发动机买家提供显著的运营效益——即使在新法规出台之前也能创造价值。当使用iCER技术促进燃烧时，燃气模式的能耗降低3%。
PureCool系统在减少排放的同时还提高了船舶的效率。iCER技术所节省的燃料对提高船舶能效设计指数也具促进作用。
PureCool系统的iCER技术↑
iCER系统是从主机废气涡轮后面引出部分排气经洗涤冷却除水后进入主机扫气箱；EGR系统是从主机排烟总管引出部分排气经洗涤冷却除水后进入主机扫气箱。
——文中图片来自网络
下期预告：
航运脱硝技术除了选择性催化还原（SCR）和废气再循环（EGR）两大主流技术外，还有水合乳化燃料技术、机内优化技术、湿空气动力技术、超重力技术等其它技术的应用以及一些正在研发试验的技术，贻贝MarinSmart船海服务互联网平台专家委员会 MarinSmart.pro 将在下期为大家奉上《航运脱硝技术探索与研究》，敬请期待！
标签： 欧陆换废气阀