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船舶柴油机SCR反应器结构参数优化研究
| 论文题名： | 船舶柴油机SCR反应器结构参数优化研究 |
| 关键词： | 船用柴油机;SCR反应器;数值模拟;结构参数 |
| 摘要： | 随着船舶柴油机排放污染问题日趋严重，MARPOL公约附则Ⅵ规定了严格的船舶排放标准。为了达到公约第三层标准(TireⅢ)，必须采用排气后处理技术。选择性催化还原(SCR)技术，以其经济性好、对柴油机改动小、NOx转化率高、对硫不敏感等特性，已被认为是最有效的排放控制手段。 本文以AVL Fire软件为平台，建立了与某型柴油机相匹配的SCR反应器三维模型。利用模拟计算的方法，对反应器结构参数进行优化，包括喷射结构参数、混合器位置和混合器叶片角度等，并对混合器的效用进行仿真分析。 首先，根据柴油机标定工况下的排气参数，选取V2O5/TiO2基催化剂，催化剂结构采用蜂窝型方孔通道，载体壁厚为0.1mm，涂层厚度为0.01mm。结合催化剂空速、内部流速要求，通过计算可得到催化剂的体积和长度。考虑安装要求，进而初步确定SCR反应器的结构尺寸。利用Fire软件，以排气流动均匀性、氨分布均匀性和压力损失等为优化目标对反应器进行优化，最终得到满足各项设计要求的反应器，优化后的反应器结构参数为:反应器的截面积为0.098m2，长度为0.767m，扩张（收缩）角为90°。 其次，利用Fire软件对SCR系统喷射结构参数进行优化，包括:喷嘴至催化剂入口距离、喷孔直径、喷孔数目和喷孔轴线锥角四个主要参数。在柴油机标定工况下，保持三个喷射参数不变，分析其中某一参数变化对SCR反应器性能的影响，并得到各参数的合理取值范围。利用正交法进行仿真方案设计，通过极差分析和方差分析找出NOx转化率最高的喷射参数优化组合。结果表明，喷嘴安装于催化剂入口前7倍管径距离、喷孔数为6、喷孔直径0.2mm和喷孔轴线锥角为30°喷射参数组合，反应器性能达到最优。 最后，为了促进尿素水溶液的蒸发、热解和与排气的混合，设计了三种具有不同叶片偏转角度的混合器。仿真分析了混合器安装在喷嘴下游的位置以及不同叶片偏转混合器对反应器性能的影响。结果表明，采用叶片偏转角度为15°混合器并安装于喷嘴下游75mm时反应器性能达到最优。 结果表明，经过结构参数优化后的SCR反应器，各项参数均已满足该柴油机的匹配要求。 |
| 作者： | 惠大可 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 尹自斌 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 集美大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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