船舶柴油机SCR反应器结构小型化的模拟研究

发布时间：2020-08-15 17:22

【摘要】：随着船舶柴油机排放法规的日益严格,船舶柴油机加装后处理装置已成为必然的趋势。尤其是TIERⅢ排放法规的实施,使得选择性催化还原装置在降低船舶柴油机NOx排放方面扮演着越来越重要的角色。但由于SCR系统较大,严重影响了船舶的承载空间,因此,开展SCR小型化研究就显得十分必要。本文对反应器的结构进行了系统的优化。首先,使用AVL BOOST软件建立了包含入口边界、尿素喷嘴、SCR反应器和出口边界的SCR系统的一维模型,并对反应器中涉及到的相关化学反应的化学反应动力学参数进行了标定。结果表明,模拟得到的NOx转化率更接近实验值。随后对不同工况下的结构参数,如:催化剂长度、横截面积、孔密度、涂层厚度和载体壁厚等,对NOx转化率和压降的影响进行了模拟研究,得出了对NOx转化率和压降影响较大的结构参数。接下来使用响应面优化法对催化剂的结构参数进行了优化,经过优化后的结构参数为:催化剂横截面积为59612 mm~2;长度为190 mm;孔密度为350;涂层厚度为0.01 mm;载体壁厚为0.21 mm。使用最优结构参数时,SCR反应器的NOx转化率为94%;压降为733.9 Pa;催化剂体积为11.4 L。与优化之前相比,催化剂的总体积减小了31.3%。基于以上研究,使用AVL FIRE软件建立了SCR反应器的单路三维模型,对反应器的布置层数和层间距进行了模拟研究。结果表明,适当的增加催化剂层数和层间距可以改善反应器的性能。当催化剂布置为两层,层间距为24 mm时,反应器的性能较好。最后建立了SCR反应器的多支路模型,研究了支路数对反应器性能的影响。随着支路数的增加,SCR反应器的NOx转化率呈上升的趋势,并在支路数为3时达到最大。压降的变化幅度不是很明显,均在995~1050 Pa之间。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U664.121
【图文】：

排放标准

第一章绪论.1 选题背景及意义当今世界，在海洋资源开发和国际货物贸易方面，海洋运输都扮演着相角色。当前，海洋运输业能够占据整个世界运输业运输量的百分之七十我国，这一比值则呈逐年增长的趋势[1]。如今的船舶发动机中绝大多数都采用柴油机，性能较佳的柴油机能够对运输业带来显著的影响[2]。但是，船舶柴油机工作时燃烧重油所排放的带来的环境问题引起了世界各国越来越广泛地关注。根据相关国际组织运输产生的污染进行估算的数据显示，其中海洋运输业产生了全球排放五分之一，每年能够排放出超过一千万吨的氮氧化物等污染物。我国相组织对海洋运输业产生的污染物进行估算，其中产生的氮氧化物和硫化占到沿海城市空气污染物中 NOx、SO2的 5%~15%[3]。因此，针对船舶成的污染的治理迫在眉睫。

图 1-2 脱硝能力比较Figure 1-2 The comparison of denitrification ability 公司对几种 NOx 排放控制技术进行了对比，从图中可以看出，相比，SCR 和双燃料 (DF) 可以达到较高的 NOx 减少能力，能法规的要求[17]。R 的研究现状研究现状国际上针对 SCR 的研究单位主要有三类：第一类是环境保护类的有名的就是瑞典的 Munters、德国的 Steluer、Hug engineering 和hnson Matthey和美国的Engelhard等；第二类就是船舶柴油机制造 MAN 公司和芬兰的 W rtsil 公司等；第三类则是专门的 SCR 系R 系统配件公司和相关的科研院所。lhard 公司是最早发现 SCR 工作原理的单位，日本在随后的跟进

SCR系统,系统概念设计,船机,NOX排放

第一章绪论上，试验测试数据显示 NOX降低了百分之八十。并且针度开发，使得 SCR 系统开始成为控制 NOX排放的主要技等人[21]也设计出了一款满足 Tier III 排放法规的 SCR 系统概念设计、两次优化，并最终在船机上进行了测试，各项应要求。最终的 SCR 反应器的三维模型如图所示。

【参考文献】