gumrfВестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. МакароваVestnik Gosudarstvennogo universiteta morskogo i rechnogo flota imeni admirala S. O. Makarova2309-51802500-0551ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова»10.21821/2309-5180-2026-18-3-487-500VZUZFLgumrf-755Research ArticleСУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И ИХ ЭЛЕМЕНТЫ (ГЛАВНЫЕ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ)SHIP POWER PLANTS AND THEIR ELEMENTS (MAIN AND AUXILIARY)Экологическая безопасность судовых дизельных двигателей. Ограничение выбросов оксидов азота методами селективного каталитического восстановленияEnvironmental safety of marine diesel engines: reduction of nitrogen oxides emissions by selective catalytic reductionЖивлюкГ. Е.ZhivlyukG. E.

Живлюк Григорий Евгеньевич - кандидат технических наук, доцент

198035, Санкт-Петербург, ул. Двинская, 5/7

Zhivlyuk, Grigory E. - PhD in Technical Sciences, Associate Professor

5/7 Dvinskaya Str., St. Petersburg, 198035

spb-engine-prof@mail.ruПетровА. П.PetrovA. P.

Петров Александр Павлович - кандидат технических наук, доцент

198035, Санкт-Петербург, ул. Двинская, 5/7

Petrov, Aleksandr P. - PhD in Technical Sciences, Associate Professor

5/7 Dvinskaya Str., St. Petersburg, 198035

app.polab@inbox.ruФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова»РоссияAdmiral Makarov State University of Maritime and Inland ShippingRussian Federation202613072026183487500Copyright © Живлюк Г.Е., Петров А.П., 20262026Живлюк Г.Е., Петров А.П.Zhivlyuk G.E., Petrov A.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.gumrf.ru/jour/article/view/755

Объектом настоящего исследования являются системы обеспечения экологической безопасности судовых двигателей внутреннего сгорания, в частности технологии ограничения выбросов оксидов азота (NOx). Акцент в работе делается на системы селективного каталитического восстановления как наиболее апробированной и распространенной технологии сокращения выбросов NOx с отработавшими газами судового дизеля, используемой в судовой технике для достижения соответствия требований нормативов экологической безопасности Международной морской организации. В работе приведены действующие требования по сокращению выбросов NOx для различных регионов судоходства. Проанализированы основные теоретические аспекты каталитических реакций восстановления оксидов азота и организации условий их протекания. Отдельное внимание уделено вопросам обеспечения температурных условий протекания реакций систем селективного каталитического восстановления, выделены границы ограничений и определены причины их возникновения. Рассмотрены компоновочные схемы, изложены особенности функционирования систем селективного каталитического восстановления высокого и низкого давления, сопоставлены их достоинства и недостатки. Отмечается, что системы низкого давления являются наиболее предпочтительными для модернизации судовых энергетических установок ввиду их полной автономности в конструкции судовых энергетических установок, несмотря на потенциальные недостатки в части поддержания требуемых температурных условий протекания реакции восстановления. Уделено внимание вспомогательным подсистемам обеспечения работы системы селективного каталитического восстановления оксидов азота, дано описание их особенностей. Приводятся некоторые расчетные данные по эксплуатационным затратам системы селективного каталитического восстановления, включая затраты на дополнительный расход топлива двигателем, используемые реагенты, возросшее потребление электрических мощностей судовых энергетических установок, расходные материалы и др. Сделаны выводы об эффективности использования технологии системы селективного каталитического восстановления в сравнении с альтернативными технологиями обеспечения требований действующей нормативной базы по экологической безопасности судовых энергетических установок.

The object of this study is systems for ensuring the environmental safety of marine internal combustion engines, in particular, technologies for limiting nitrogen oxides (NOx) emissions. The focus is on selective catalytic reduction (SCR) systems as the most tested and widely used technology for reducing NOx emissions in marine diesel exhaust gases, used in marine engineering to comply with the environmental safety requirements of the International Maritime Organization (IMO). The paper presents current requirements for reducing NOx emissions in different navigation areas. The main theoretical aspects of catalytic reactions for nitrogen oxides reduction and the organization of the conditions required for these reactions are analyzed. Special attention is paid to ensuring the temperature conditions required for SCR reactions; the operating limits are identified, and the causes of these limitations are determined. The article considers arrangement layouts, describes the operating features of high- and low-pressure SCR systems, and compares their advantages and disadvantages. It is noted that lowpressure systems are the most preferable for the modernization of marine power plants because they can be integrated as autonomous systems, despite their potential drawbacks related to maintaining the temperature conditions required for the reduction reaction. Attention is paid to auxiliary subsystems supporting the operation of selective catalytic reduction systems for nitrogen oxides, and their features are described. Some calculated data on the operating costs of the SCR system are provided, including additional engine fuel consumption, the reducing agents used, increased electrical power consumption by marine power plants, consumables, and other operating costs. Conclusions are drawn regarding the effectiveness of SCR technology in comparison with alternative technologies for meeting the requirements of the current regulatory framework for the environmental safety of marine power plants.

судовые энергетические установкидизельные двигателиэкологическая безопасностьвыбросы вредных веществоксиды азотатехнологии каталитического восстановлениявосстановитель оксидов азотарециркуляция отработавших газовтехническое регулированиеэксплуатационные расходыmarine power plantsdiesel enginesenvironmental safetyemissions of harmful substancesnitrogen oxidesselective catalytic reduction technologiesNOx reducing agentexhaust gas recirculationtechnical regulationoperating costsReferencesЖивлюк Г. Е. Эффективность ограничения выбросов оксидов азота системами рециркуляции отработавших газов судовых ДВС / Г. Е. Живлюк, А. П. Петров // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2023. — Т. 15. — № 5. — С. 845–857. EDN XPIVLD. DOI: 10.21821/2309-5180-2023-15-5-845-857.Живлюк Г. Е. Эффективность ограничения выбросов оксидов азота системами рециркуляции отработавших газов судовых ДВС / Г. Е. Живлюк, А. П. Петров // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2023. — Т. 15. — № 5. — С. 845–857. EDN XPIVLD. DOI: 10.21821/2309-5180-2023-15-5-845-857.Технологии для достижения требований IMO Tier-III (по материалам конгресса CIMAC) // Двигателестроение. — 2020. — № 4(282). — С. 41–57. EDN DFCMVH.Технологии для достижения требований IMO Tier-III (по материалам конгресса CIMAC) // Двигателестроение. — 2020. — № 4(282). — С. 41–57. EDN DFCMVH.Петров А. П. Технологии достижения новых требований по выбросам оксидов азота судовыми энергетическими установками / А. П. Петров, Г. Е. Живлюк // Труды Крыловского государственного научного центра. — 2021.Петров А. П. Технологии достижения новых требований по выбросам оксидов азота судовыми энергетическими установками / А. П. Петров, Г. Е. Живлюк // Труды Крыловского государственного научного центра. — 2021.Development of an Integrated Control Strategy for engine and SCR system basedon effective EGR rate / F. D’Aniello, I. Arsie, C. Pianese, F. Stola // IFAC-PapersOnLine. — 2020. — Vol. 53. — Is. 2. — Pp. 14034–14039. DOI: 10.1016/j.ifacol.2020.12.925.Development of an Integrated Control Strategy for engine and SCR system basedon effective EGR rate / F. D’Aniello, I. Arsie, C. Pianese, F. Stola // IFAC-PapersOnLine. — 2020. — Vol. 53. — Is. 2. — Pp. 14034–14039. DOI: 10.1016/j.ifacol.2020.12.925.Antonio Santos. Advanced Motor Vehicle Emission Control Technology Celebrates 25th Anniversary / Antonio Santos // News Manufacturers of Emission Controls Association (MECA). Washington, DC. — 2020. — Pp.1–3.Antonio Santos. Advanced Motor Vehicle Emission Control Technology Celebrates 25th Anniversary / Antonio Santos // News Manufacturers of Emission Controls Association (MECA). Washington, DC. — 2020. — Pp.1–3.Gibson J. Selective Catalytic Reduction on Marine Diesel Engines. / J. Gibson, O. Groene // Automotive Engineering. — 1991. — Рр. 18–22.Gibson J. Selective Catalytic Reduction on Marine Diesel Engines. / J. Gibson, O. Groene // Automotive Engineering. — 1991. — Рр. 18–22.Hug H. T. Off-Highway Exhaust Gas After-Treatment:Combining Urea-SCR, Oxidation Catalysis and Traps / H. T. Hug, A. Mayer, A. Hartenstein // International Congress & Exposition SAE International, 1993. DOI: 10.4271/930363.Hug H. T. Off-Highway Exhaust Gas After-Treatment:Combining Urea-SCR, Oxidation Catalysis and Traps / H. T. Hug, A. Mayer, A. Hartenstein // International Congress & Exposition SAE International, 1993. DOI: 10.4271/930363.Weaver C. S. Emissions Control Technology for Locomotive Engines / C. S. Weaver, D. B. McGregor // International Congress & Exposition SAE International, 1994. DOI: 10.4271/940453.Weaver C. S. Emissions Control Technology for Locomotive Engines / C. S. Weaver, D. B. McGregor // International Congress & Exposition SAE International, 1994. DOI: 10.4271/940453.Development of Urea-SCR System for Heavy-Duty Commercial Vehicles / K. Hirata, N. Masaki, H. Ueno, H. Akagawa // SAE 2005 World Congress & Exhibition SAE International, 2005. DOI: 10.4271/2005-01-1860.Development of Urea-SCR System for Heavy-Duty Commercial Vehicles / K. Hirata, N. Masaki, H. Ueno, H. Akagawa // SAE 2005 World Congress & Exhibition SAE International, 2005. DOI: 10.4271/2005-01-1860.Selective Catalytic Reduction of NOx with NH3 by Using Novel Catalysts: State of the Art and Future Prospects / L. Han, S. Cai, M. Gao, J-Y. Hasegawa, P. Wang, J. Zhang, L. Shi, D. Zhang // Chemical Reviews. — 2019. — Vol. 119. — Is. 19. — Pp. 10916–10976. DOI: 10.1021/acs.chemrev.9b00202.Selective Catalytic Reduction of NOx with NH3 by Using Novel Catalysts: State of the Art and Future Prospects / L. Han, S. Cai, M. Gao, J-Y. Hasegawa, P. Wang, J. Zhang, L. Shi, D. Zhang // Chemical Reviews. — 2019. — Vol. 119. — Is. 19. — Pp. 10916–10976. DOI: 10.1021/acs.chemrev.9b00202.Advanced Urea SCR Catalysts for Automotive Applications / J. Gieshoff, M. Pfeifer, A. Schäfer-Sindlinger, PC. Spurk, G. Garr, T. Leprince, M. Crocker // SAE 2001 World Congress SAE International, 2001. DOI: 10.4271/2001-01-0514.Advanced Urea SCR Catalysts for Automotive Applications / J. Gieshoff, M. Pfeifer, A. Schäfer-Sindlinger, PC. Spurk, G. Garr, T. Leprince, M. Crocker // SAE 2001 World Congress SAE International, 2001. DOI: 10.4271/2001-01-0514.Willi R. Selective reduction of NO by NH3 over vanadia-based commercial catalyst: parametric sensitivity and kinetic modelling / R. Willi, B. Roduit, R. A. Koeppel [et al.] // Chemical Engineering Science. — 1996. — Vol. 51. — Is. 11. — Pp. 2897–2902. EDN AIMPNK.Willi R. Selective reduction of NO by NH3 over vanadia-based commercial catalyst: parametric sensitivity and kinetic modelling / R. Willi, B. Roduit, R. A. Koeppel [et al.] // Chemical Engineering Science. — 1996. — Vol. 51. — Is. 11. — Pp. 2897–2902. EDN AIMPNK.Lepperhoff G. Verhalten von SCR-Katalysatoren im dieselmotorischen Abgas / G. Lepperhoff, J. Schommers // MTZ Motortechnische Zeitschrift. — 1988. — Vol. 49. — Is. 1. — Pp. 21.Lepperhoff G. Verhalten von SCR-Katalysatoren im dieselmotorischen Abgas / G. Lepperhoff, J. Schommers // MTZ Motortechnische Zeitschrift. — 1988. — Vol. 49. — Is. 1. — Pp. 21.Koebel M. Selective catalytic reduction of NO and NO2 at low temperatures / M. Koebel, G. Madia, M. Elsener // Catalysis Today. — 2002. — Vol. 73. — Is. 3. — Pp. 239–247. DOI: 10.1016/S0920-5861(02)00006-8.Koebel M. Selective catalytic reduction of NO and NO2 at low temperatures / M. Koebel, G. Madia, M. Elsener // Catalysis Today. — 2002. — Vol. 73. — Is. 3. — Pp. 239–247. DOI: 10.1016/S0920-5861(02)00006-8.Emission project guide. MAN B&W Two-stroke Marine Engines. — Copenhagen SV, Denmark: MAN Energy Solutions, 2019. — 110 Р.Emission project guide. MAN B&W Two-stroke Marine Engines. — Copenhagen SV, Denmark: MAN Energy Solutions, 2019. — 110 Р.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.