镁基船舶废气脱硫塔内流场及反应过程研究

发布时间：2020-04-08 15:39

【摘要】：随着经济全球化不断发展,船舶运营引发的空气污染逐渐加重,影响人类健康和生态环境。国际海事组织等提出一系列限制措施,以降低船舶二氧化硫排放造成的污染。镁基-海水法具有独特优势,应尽快推广应用。镁基-海水法相关关键技术问题均己解决,但在脱硫塔内流场设计、脱硫效率预测和亚硫酸镁处理等方面存在不足,应予以改进,以满足技术推广应用要求。在充分调研船舶工况基础上,根据前人经验,初步设计脱硫塔体和内部结构。应用流体仿真软件RFlow和子域技术,建立塔体物理网格模型,并采用有限差分法进行数值运算。网格质量测试结果表明,物理网格模型合理,可用于后续数值模拟计算。为优化塔内流场,以RANS湍流模型为基础,对塔内废气流速分布进行模拟。将多流体模型与分散型k-ε湍流模型并用,模拟得到脱硫塔内气液流场分布状态。模拟分析了不同废气入口和喷淋层设计对塔内流场影响,结果表明废气沿切线方向进入及合理设计喷嘴支撑臂长可提高塔内气液流场的均匀度,降低塔内压损,进而优化塔体设计。在塔内流场模拟的基础上,结合双膜理论和化学反应原理,建立三维镁基-海水法船舶废气脱硫效率预测模型,并对模拟结果进行实船验证。结果表明,本模型模拟结果准确,可用于指导镁基-海水法船舶废气脱硫工程推广应用。应用本预测模型对不同废气流量和喷淋液流量下脱硫效率进行数值模拟,结果表明,合理控制脱硫塔内气液比,可以在不同废气流量下使船舶废气排放满足公约要求。将模拟结果与实际数据对比,进一步验证了本脱硫效率预测模型的准确性。由于镁基-海水法船舶废气脱硫效率较高,导致塔内产生大量亚硫酸镁,直接排放对环境有害。实船试验过程中发现,亚硫酸镁与废气中氧气接触发生氧化反应,生成无害的硫酸镁。因此,本文提出了增强塔内亚硫酸镁喷淋氧化速率,以降低后续脱硫废水处理负荷的设想。实验研究表明,在喷淋条件下,亚硫酸镁氧化速率对其浓度呈1.5级响应,保持pH在7-8,提高亚硫酸镁浓度可以保持较高的氧化速率。淡水体系和海水体系亚硫酸镁喷淋氧化速率差别不大。实船试验结果表明,装置运行30分钟后需及时更新循环液,控制循环液盐度和亚硫酸镁浓度,可以提高亚硫酸镁喷淋氧化速率,降低后续水处理负荷。
【图文】：

流型图,流型,圆管,两相流

界面的两侧存在较大的密度差。由于重力作用，相与相之间会产生一定的速度差。对于逡逑气液两相流，随着流动条件的变化，会显示出各种流型［９６］。比如圆管内的气液两相流，逡逑随着气体流量的增加，，如图２．２所显示的那样，流型会发生很大的变化。逡逑－２２－逡逑

示意图,子域,技术,示意图

２．４脱硫塔体网格模型及质量验证逡逑２．４．１物理网格模型逡逑根据上述船舶废气参数和船舶Ｄ层甲板布局，设计的脱硫塔塔体如图２．４所示，包逡逑括喷淋区、废气进口区和除雾区。坐标原点为浆液池底部中心，喷淋段模型的底部为浆逡逑液池的液面。喷淋层在塔体中部，由喷淋液主管路、喷嘴支撑臂和喷嘴连接组成。支撑逡逑臂长按一定规律变化，喷嘴安装在支撑臂的端点。逡逑－２７－逡逑
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X736.3

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