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船用SCR柴油机-有机朗肯联合系统设计及分析
| 论文题名： | 船用SCR柴油机-有机朗肯联合系统设计及分析 |
| 关键词： | 船用低速柴油机;选择性催化还原系统;有机朗肯循环系统;热力循环参数 |
| 摘要： | IMO(International Maritime Organization)的排放控制区已经要求NOX和SOX联合控制，而且EEDI(Energy Efficiency Design Index)对于船舶的能量利用效率也提出了要求。因此，对船舶发动机提出可行的联合脱硝脱硫技术方法，同时能够实现有效节能的集成解决方案或新的技术方法是目前船舶节能减排的重要研究内容之一。SCR(Selective Catalytic Reduction)能够有效去除废气中的NOX，有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle，ORC)能够回收低温热源中的热量，因此本文提出一种SCR-ORC联合系统，并对整个系统以及系统的关键部件进行了详细设计与分析。本文主要研究内容和结论为: 建立有机朗肯循环设计与分析系统，研究热力循环参数对有机朗肯循环系统性能的影响;针对潍柴WD615.C-27船用柴油机，设计了有机朗肯余热回收系统，将废气热源分为两段，分别作为预热源和蒸发热源，将废气出口温度定为85℃，并根据工质筛选原择选取1-Butene作为工质。 根据系统要求和废气参数，选用双H翅片管式换热器作为蒸发器，根据翅片管式换热器原理和设计计算方法，给出蒸发器详细的尺寸参数和计算表格。运用Fluent进行数值模拟，以理论计算作为数据边界条件，选择合适的湍流模型、控制方程来求解速度-压力耦合场。通过比较废气进口速度v=1.68m/s、3.68m/s、5.68m/s、7.68m/s四组工况下的流场分布特性，得出了重要结论:废气进口速度越大尾流区越小，但是速度的增大并不能消除尾流区的存在;随着废气进口速度的增大预热器出口温度有所升高，进出口压力损失也增加，风机负荷也随之增大。 根据相平衡和逸度方程理论，建立了描述低温壁面上冷凝酸溶液浓度的数学模型，并依据此模型编写了Matlab程序，对不同废气条件下H翅片表面冷凝酸液浓度进行了预测。应用Fluent对不同废气条件下硫酸蒸气在H翅片表面的冷凝沉积速率进行了考察。分析结果表明:在翅片表面，酸液质量分数的三维分布和翅片表面温度分布规律相一致;水蒸气体积分数升高会导致酸液质量分数急剧下降和沉积率上升，增加换热器低温腐蚀的风险;与此相反，增大废气进口温度会导致酸液质量分数升高和沉积率下降，降低腐蚀的可能性。 本文的研究成果可以为船用SCR-ORC联合系统试验以及系统在船舶低速柴油机上的应用提供参考，并为系统的进一步研究打下基石。 |
| 作者： | 胡祖康 |
| 专业： | 动力工程及工程热物理 |
| 导师： | 冯永明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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