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船舶低速柴油机高压SCR系统结构优化及数值模拟
| 论文题名： | 船舶低速柴油机高压SCR系统结构优化及数值模拟 |
| 关键词： | 船舶低速柴油机;选择性催化还原系统;结构优化;数值仿真 |
| 摘要： | 随着自然界环境逐渐恶化，国际海事组织对船舶柴油机NOx排放的标准越来越严格。SCR技术作为国内外公认最成熟有效的NOx排放控制技术，能够满足IMO TierⅢ排放法规要求，已广泛应用到船舶柴油机领域。本文在TierⅢ排放法规背景下，以某型船用柴油机为研究对象，采用CFD数值仿真的方法，对SCR系统的尿素溶液蒸发分解过程和催化还原过程进行研究，并从SCR系统流场、催化剂迎风面处NH3浓度分布均匀性及系统压降等角度，优化SCR系统结构，以满足SCR系统设计使用和NOx排放控制要求。 本文首先以SCR蒸发混合器为研究对象，选用了两种静态混合器并构建其三维仿真计算模型，从蒸发混合器出口处速度均匀性、NH3浓度均匀性和压降等角度，研究不同类型静态混合器对尿素溶液蒸发分解过程的影响情况。仿真结果表明:静态混合器对出口处速度均匀性影响较小;导流板不规则布置的静态混合器2使出口处NH3浓度均匀性提高了8.2％;静态混合器使系统压降略微升高。 其次，本文在SCR蒸发混合器基础上，以SCR系统整体为研究对象，从催化剂迎风面处速度均匀性和系统压降等角度，对整个SCR系统流场进行优化。在初始SCR系统的结构基础上，采取添加导流装置的方法优化流场，并讨论了导流装置结构外形、尺寸参数对流场分布的影响情况和优化效果。仿真结果表明:方案11的优化效果最好，并且在初始方案的基础上，催化剂迎风面处速度均匀性提高了16％，系统压降降低了419.5Pa。 最后，本文以流场最优方案的仿真计算模型为研究对象，从NH3、NO、NO2等质量浓度沿程变化情况和不同负荷下脱硝效率等角度，对SCR催化还原过程进行相关研究。仿真结果表明:在SCR反应器内，SCR催化还原反应过程与实际情况基本一致;并且按照E3循环计算的NOx加权排放值为2.665g/kWh，满足TierⅢ排放法规要求。 本文的研究成果可以为船舶低速柴油机高压SCR系统的设计优化提供参考，并为SCR系统进一步研究打下基石。 |
| 作者： | 黄楚南 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 周松;吴朝晖 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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