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船舶脱硫塔结构小型化的数值试验和设计优化
| 论文题名： | 船舶脱硫塔结构小型化的数值试验和设计优化 |
| 关键词： | 船舶尾气;脱硫塔;小型化设计;结构参数;脱硫效率 |
| 摘要： | 针对船舶SOx的排放，国际海事组织制定了严格标准，若无法达标将导致我国生产和运营的船舶被禁止在公海上航行，因此开发船舶SOx排放控制技术迫在眉睫。尾气脱硫技术因具有适用范围广和运行成本低的优点得到船舶行业的广泛关注，但船舶有限的空间对脱硫系统核心部件脱硫塔的设计提出了巨大挑战，依据陆用工程经验设计的脱硫塔难以适应船舶狭小空间，因此需要对脱硫塔进行小型化设计。本文在广州广船国际有限公司77000kg/h船舶尾气脱硫项日的支持下，对船舶脱硫塔小型化设计进行了系统的研究。 本文以广船依据陆卜设计准则初步设计的船舶脱硫塔为原型，首先采用数值模拟方法研究了船舶脱硫塔的结构参数对脱硫效率的影响规律，在此基础上以脱硫塔小型化为目标，构建了基于支持向量机和遗传算法(SVM-GA)的结构参数小型化方法，并对小型化结果进行了实验验证，最后形成了完整的工程设计方案。 本文构建了船舶脱硫塔的三维结构模型，采用CFD-DPM和化学反应耦合的数值模拟方法，气相场采用k-ε双方程湍流模型，喷淋液滴采用颗粒轨道模型，在双膜理论的基础上，建立了塔内SO2吸收传质模型。在求解过程中，气相场在欧拉坐标系下进行求解，离散相在拉格朗日坐标系下求解。获得了塔内的液滴轨迹、气相流动和SO2浓度分布等特性，并探究了不同塔径、吸收区高度、入口烟气角度、喷淋层数对脱硫效率的影响，得到以下规律：脱硫塔脱硫效率随着塔径D1的减小而减小，随着吸收区高度H2的降低而减小，随着入口烟气角度θ的增大而先增大后减小，随着喷淋层数N的增大而增大。 以数值模拟数据为基础，采用SVM构建了脱硫塔结构和工况参数与脱硫效率间的关系模型，该模型的均方误差仅为2.9×10-6。之后将GA算法与SVM相模型结合，以脱硫效率达标为前提、脱硫塔尺寸最小为目标，对脱硫塔结构参数进行优化，获得了满足脱硫效率要求条件下的最小脱硫塔尺寸，与现有设计相比脱硫塔体积降低了30%，最终实现了喷淋塔的高效与小型化设计。同时，该方法不仅可以用于处理脱硫塔小型化问题，还能够解决不同约束条件下其他复杂的优化问题。此外，为了进一步补充和完善研究成果，采用实验的方式对小型化方法进行验证。最后，根据前文研究结果并结合项目实际需求，设计了一套烟气处理量为77000kg/h的脱硫系统，确定了工艺路线以及各分系统的实施方案，并完成了核心部件的设计计算和选型。 |
| 作者： | 杨德伟 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 余艾冰;钟文琪 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2019 |
| 正文语种： | 中文 |
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