柴油机SCR催化剂结构尺寸优化研究

发布时间：2017-11-02 15:01

  本文关键词：柴油机SCR催化剂结构尺寸优化研究

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【摘要】：为满足MARPOL公约Tier Ⅲ对氮氧化物排放的限制要求,航运界一直在探索可行的船舶氮氧化物减排措施。其中,选择性催化还原(SCR)技术是公认的能够降低氮氧化物排放的有效措施之一。SCR系统中,催化剂直接关系到氮氧化物转化能力,而催化剂尺寸是影响催化剂性能的重要因素,为此,催化剂尺寸设计成为了SCR领域的一项主要研究课题。本文以6105AZLD型发电柴油机为研究对象,搭建SCR系统试验台后进行了催化剂性能试验,试验结果表明在25%、50%、75%和100%负荷下系统脱硝率均低于50%,分析后得出催化剂结构尺寸不合理是造成脱硝率较低的主要原因,为此,本文进行了试验用柴油机SCR催化剂尺寸的优化研究。首先,通过参考国内外文献总结了SCR催化剂设计的总体思路和设计船用催化剂时应注意的问题,并详细分析了催化剂设计过程和设计依据,在此基础上进行了目标柴油机SCR催化剂尺寸的初步设计,确定了催化剂体积、截面积、截面布置形式的大致范围。然后,利用AVL BOOST软件进行了SCR催化剂建模,根据试验数据进行了模型边界条件的计算和设置,并采用遗传算法对SCR化学反应动力学参数进行了优化,使模型中的催化剂性能与实际所用催化剂性能相符。最后,利用所建的SCR催化剂模型,仿真研究了结构参数对催化剂性能的影响。一方面进行了定体积优化设计,即在催化剂总体积不变的情况下,改变孔密度后分析催化剂性能的变化情况,结果显示通过改变孔密度无法满足系统设计技术指标；另一方面进行了变体积优化设计,即首先确定适合目标柴油机的最佳催化剂体积,在此基础上依次确定其他结构参数,最终确定的催化剂体积为0.072m3,长度为0.8m,截面布置形式为2×2,孔密度为30×30,壁厚为0.6mm,布置层数为2,系统脱硝率、氨逃逸率和压降分别为81%、7.5ppm、237Pa,结果满足设计要求。
【关键词】：氮氧化物减排 试验研究 SCR催化剂建模 动力学参数优化 尺寸优化
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U664.121
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-23
• 1.1 研究背景和意义10-12
• 1.2 柴油机氮氧化物减排措施12-15
• 1.3 船用SCR系统研究现状15-21
• 1.3.1 国外研究现状15-17
• 1.3.2 国内研究现状17-19
• 1.3.3 船用SCR系统面临的挑战19-21
• 1.4 本文主要研究内容21-23
• 第2章 6105AZLD型柴油机SCR系统试验研究23-42
• 2.1 SCR系统工作原理23-26
• 2.2 试验台布置26-28
• 2.3 试验设备28-33
• 2.4 试验条件33
• 2.5 试验准备工作33-35
• 2.5.1 柴油机的准备33
• 2.5.2 SCR系统的准备33-34
• 2.5.3 尿素喷射量的计算34-35
• 2.6 SCR系统技术指标35-36
• 2.7 试验结果与分析36-41
• 2.8 本章小结41-42
• 第3章 柴油机SCR催化剂尺寸初步设计42-59
• 3.1 SCR催化剂总体设计思路42-44
• 3.2 船用SCR催化剂设计要点分析44-47
• 3.3 催化剂设计技术要求47
• 3.4 催化剂详细设计47-54
• 3.4.1 催化剂配方的确定47-48
• 3.4.2 催化剂节距的选取48-50
• 3.4.3 催化剂空速的计算50
• 3.4.4 催化剂体积的修正50-52
• 3.4.5 催化剂截面积的确定52
• 3.4.6 催化剂布置形式的选择52-53
• 3.4.7 催化剂运行管理计划的制定53-54
• 3.5 试验用柴油机SCR催化剂尺寸初步设计54-58
• 3.5.1 柴油机排气流量的估算54-57
• 3.5.2 催化剂尺寸初步设计57-58
• 3.6 本章小结58-59
• 第4章 柴油机SCR催化剂建模59-71
• 4.1 AVL BOOST SCR催化剂模型59-62
• 4.1.1 催化剂模型概述59
• 4.1.2 SCR催化反应过程59-62
• 4.2 数学模型和基本方程62-65
• 4.3 试验用SCR催化剂建模65-70
• 4.3.1 模型假设65
• 4.3.2 边界条件和初始条件设置65-67
• 4.3.3 化学反应动力学参数优化67-70
• 4.4 本章小结70-71
• 第5章 柴油机SCR催化剂尺寸详细设计71-85
• 5.1 催化剂尺寸详细设计(定体积)71-72
• 5.2 催化剂尺寸详细设计(变体积)72-83
• 5.2.1 催化剂体积和截面形式的确定73-76
• 5.2.2 催化剂孔密度的确定76-79
• 5.2.3 催化剂孔壁厚的确定79-81
• 5.2.4 催化剂布置层数的确定81-83
• 5.3 本章小结83-85
• 第6章 结论与展望85-87
• 6.1 结论85-86
• 6.2 展望86-87
• 参考文献87-91
• 附录 试验设备清单91-92
• 攻读学位期间公开发表论文92-93
• 致谢93-94
• 作者简介94

【参考文献】

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1 周细玲;船机SCR系统排气流场CFD分析与优化[D];武汉理工大学;2012年

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本文编号：1132028