船用四冲程柴油机的SCR系统和排气消声器的联合仿真与设计

发布时间：2020-05-13 22:00

【摘要】：伴随着国际海事组织(IMO)的第三阶段排放法规(Tier III)对船舶柴油机排出烟气中氮氧化物(NO_x)含量提出了严格的限值要求和我国水域排放控制区(ECA)的设立,在柴油机的排气系统中加装脱硝净化设备成为必然选择,SCR技术凭借成熟的技术方案、良好的经济性成为降低船舶柴油机NO_x排放量技术中的首选。通常SCR反应器由金属壳体和SCR催化剂以及附属系统与设备组成。金属壳体使柴油机的排气管道在SCR反应器的入口、出口截面形成了截面突变,使其具有了中、低频消声的能力;SCR催化剂的多孔结构使其具有了高频消声能力。同时船舶柴油机的排气噪声作为船舶最主要的噪声污染源,必须在船舶柴油机排气系统中加装排气消声器。于是在柴油机的排气系统中,将SCR系统和排气消声器进行联合设计形成一体化的排气净化消声器将是一种可取的措施。排气净化消声器不仅能够实现脱硝净化和控制排气噪声的双重功能,而且还可以节省空间。在车用领域已有一体化的排气净化消声器的应用。本文借鉴了车用排气净化消声器的应用经验,对将配置于某型交通补给船上的MAN 9L32/40 TierⅡ型四冲程中速柴油主机的SCR系统和排气消声器进行了联合仿真与设计,设计了一款排气净化消声器。主要包括以下的几个方面。(1)采用动力系统、流场和声场联合分析的方法,结合商用软件GT-Power、Fluent和LMS Virtual.Lab进行联合仿真,计算了初步设计的配置于船用MAN 9L32/40型柴油机的排气净化消声器的压力损失和消声效果。仿真计算结果显示,该排气净化消声器的压力损失小于2.5kPa,同时根据插入损失值可知其在多数频率范围内具有良好的消声效果。(2)针对初步设计的排气净化消声器中反应物在催化剂入口截面的分布不均和部分频率范围内消声效果不佳,通过在排气净化消声器的扩张段增加导流装置、在中间段增加穿孔管和穿孔板结构以达到优化反应物在各层催化剂入口截面的分布和优化部分频率范围内消声效果的目的,同时与实船的参数进行类比,其结果均满足IMO Tier III标准,压力损失小于独立配置SCR反应器加消声器的方案。(3)针对排气净化消声器中SCR催化剂的吹灰和失效后的更换需求,对排气净化消声器的结构进行了相应的细化设计,并根据船厂要求,针对SCR反应的还原剂的供应需求,结合船上条件,对排气净化消声器的辅助供应系统进行了系统原理设计和关键设备选型。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U664.121

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本文编号：2662607