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原文传递船舶废气洗涤脱硫填料塔设计及研究

论文题名：	船舶废气洗涤脱硫填料塔设计及研究
关键词：	船用柴油机;废气处理;洗涤脱硫系统;填料塔设计
摘要：	随着船舶航运业的发展，船舶柴油机废气中的SOx对海洋大气环境的污染越来越严重，世界各国及国际组织制定了严格的船舶燃油硫含量控制法规。船舶废气排放后处理被认为是目前最有前途的船舶SOx排放控制技术。后处理技术中，废气洗涤脱硫技术的处理效果最好，经济性也相对较好。国外已广泛开展了对船用柴油机洗涤脱硫系统的研究，而国内的研究相对薄弱。由于IMO排放控制区燃油硫含量法规将于2015年实施，因此对适用于船舶动力装置的废气洗涤脱硫系统的研究具有重要意义。　　本文对船舶废气洗涤方案进行了研究，考虑到船舶空间受限以及船舶稳定性的要求，选用湿式洗涤方法作为船舶废气洗涤系统技术方案；同时考虑到船舶柴油机对背压有严格的要求，本文选用填料塔作为洗涤系统的吸收设备，以NaOH作为吸收过程中的吸收剂。本文在充分研究SOx吸收过程中涉及的物理过程和化学反应的基础上，基于双膜理论对吸收传质过程进行了理论研究，并采用Aspen Plus来模拟吸收塔内脱硫吸收过程，探明了传质过程中的主要影响因素。为验证理论研究成果，本文设计了填料塔方案，包括对吸收流程、吸收剂、塔填料及操作条件的选择；完成了填料塔结构以及填料塔附属设备的设计，包括塔体结构尺寸、填料的支承装置、液体喷淋装置、气体和液体进出口装置的选择及计算；根据设计结果搭建了船用柴油机洗涤脱硫实验台以验证自行设计的填料塔的脱硫效率，并研究分析了脱硫过程中填料的种类、填料层厚度、液气比(L/V)、吸收液pH值、吸收液温度及进气温度对脱硫效率的影响；同时考虑到脱硫装置在船舶上实际应用时，需同时处理多个动力装置的废气，本文进行了双柴油机并车废气洗涤实验，以支撑IMO对动力装置废气共用相关导则的修改。　　本文通过研究，得到了如下结论：对于所选的6种不同填料，其脱硫效率顺序为金属波纹板＞金属矩鞍环＞汉凯特球形＞塑料矩鞍环＞金属鲍尔环＞塑料阶梯环；金属材质的填料脱硫效率优于塑料材质的填料；在填料层厚度为0~400mm的范围内，脱硫效率随填料层厚度的增加而增大；液气比在1.9~2.8L/m3的区间内，脱硫效率随液气比的增加而增大；液气比超过2.8L/m3以后，脱硫效率开始呈现缓慢下降的趋势，实验得出适宜的操作液气比为2.2~2.8L/m3；脱硫效率随着吸收液pH值的增加而增大，pH值在7~10的范围内，脱硫效率随pH增大而显著增加；当pH值范围在10~12之间时，脱硫效率的增长趋势趋于平缓，适宜的吸收液pH值范围为8~10；在吸收液温度为25~65℃的范围内，脱硫效率随吸收液温度的升高而降低，实际操作中应控制吸收液的温度不超过50℃；进气温度在30~60℃的范围时，脱硫效率随进气温度的升高而增大；在60~100℃的范围内，脱硫效率随着进气温度的升高而明显下降，实验得出应控制进气温度在40~70℃的范围内；采用双柴油机并车实验时，柴油机排气背压呈增大的趋势，平均升高0.3kPa左右；塔内平均压降为单机时塔内压降的4倍以上；柴油机的燃油消耗率比单机运行时略有提高；柴油机的扭矩比单机运行时略有降低。　　本文对船用柴油机废气脱硫填料塔进行了设计计算，并对影响船舶废气洗涤脱硫系统脱硫效率的几个关键因素进行了理论分析和实验研究。所得成果可为闭式循环洗涤脱硫系统的设计提供参考和理论指导。
作者：	李彩玲
专业：	热能工程
导师：	周松
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文