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原文传递船舶废气填料塔脱硫系统及性能研究

论文题名：	船舶废气填料塔脱硫系统及性能研究
关键词：	船舶废气脱硫系统;填料塔;洗涤模式;脱硫效率
摘要：	船舶通常以含硫量高的重油为燃料，其排放出的废气中含有大量的硫氧化物、氮氧化物以及颗粒物，这会对地球环境和人类健康造成危害。为此，国际海事组织和许多国家对船舶硫氧化物的排放提出了严格的控制要求。船舶废气脱硫系统作为一种既能有效应对“限硫令”，又能降低燃油成本的方法被船东优先选择。　　基于4303kW的W6X35型船用柴油机研究了一种混合模式的船舶废气填料塔脱硫系统。根据双膜理论设计计算得到填料塔直径φ2.0m，填料层厚1.2m，塔体高8-10m。主要塔内件选用管束式除雾器、管式吸收液分布器和双切向环流式废气分布器。碱液箱容积≥50m3，废液箱容积为400m3。循环泵的功率为18kW，扬程为13.3m。　　采用软件Aspen Plus V8.4对混合模式脱硫系统建模，在不同洗涤模式下模拟研究各因素对系统性能的影响，主要内容包括：　　1.在开环模式下，研究了填料直径（φ25-φ90mm）、填料层厚度（0.2-4.2m）和填料塔直径（1.4-3.4m）对填料塔脱硫效率以及填料层压降的影响。模拟结果表明：脱硫效率随着填料直径增大而升高，填料层压降随之下降，填料直径小于φ30mm时会发生液泛；脱硫效率和压降均随填料层厚度增加而不断升高；填料塔直径对脱硫效率影响较小，但是当填料塔直径小于φ1.8m时，填料塔会发生液泛。根据模拟结果认为填料塔选用直径为φ50mm的哈凯登填料，塔径为φ2.0m时，能以较低的压降达到SECA的排放要求，验证填料塔设计结果较为合理。　　2.在开环模式下，研究了海水温度（5-30℃）和填料层废气温度（40-80℃）在不同液气比（6-7L/Nm3）下对系统脱硫效率的影响。模拟结果表明：脱硫效率随着海水温度的升高而降低，当海水温度为5-15℃时，液气比为6.0L/Nm3即可满足SECA排放标准，当海水温度为15-25℃时，液气比需要达到6.5L/Nm3，当海水温度为25-30℃时，液气比则要达到7.0L/Nm3才可满足SECA排放标准；填料层废气温度对脱硫效率影响较小，液气比为6.5L/Nm3时，填料层废气温度从40℃上升至80℃，脱硫效率仅下降了2.7个百分点。　　3.在开环模式下，通过改变脱硫系统的废气量（6132-24527Nm3/h）、海水碱度（0.8-2.37mmol/L）、SO2浓度(100-900ppmv)、海水流量（49.1-196.2m3/h），模拟得到了共360种工况下的脱硫效率，由模拟结果可知：系统脱硫效率随着废气量和SO2浓度的升高而下降，随着海水碱度和液气比的升高而上升。根据SECA和非SECA的排放标准得出了船舶在不同工况下的推荐液气比，为技术人员在不同工况下调节脱硫系统液气比提供参考；用不同碱度的海水调节脱硫废水的pH值，随着稀释比的增大，脱硫废液pH值先快速上升，然后缓慢增加，所用海水碱度为0.8mmol/L时，所需稀释比最高，达到了19:1。　　4.在闭环模式下，研究了碱液pH值（5-8）、液气比（1-4L/Nm3）和碱液温度（10-40℃）在不同SO2浓度下对脱硫效率的影响。模拟结果表明：脱硫效率分别随着碱液pH值和液气比的增加而上升，随着碱液温度（10-40℃）的升高而下降。得出了系统采用碱液脱硫时的运行条件，建议碱液pH值保持在6-7范围内，液气比保持在2L/Nm3左右（但不小于1.7L/Nm3），并且尽量降低碱液温度。在此条件下系统脱硫效率能够达到97.4%以上，钠硫比可保持在1.1-1.8以内。
作者：	原光辉
专业：	船舶与海洋工程
导师：	杨国华;赵伟
授予学位：	硕士
授予学位单位：	宁波大学
学位年度：	2020