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原文传递船舶废气脱硫的蒸发冷却器的仿真模拟

论文题名：	船舶废气脱硫的蒸发冷却器的仿真模拟
关键词：	船用柴油机;蒸发冷却器;相对湿度;数值模拟;冷却液独立循环系统
摘要：	湿法烟气脱硫是船舶柴油机废气脱硫的常用工艺，由柴油机排出的高温废烟气需先进入脱硫系统预冷段的蒸发冷却器降温增湿后，再进入洗涤塔进行脱硫除尘工作。船舶柴油机排气颗粒物粒径绝大多数在100nm以下，现有除尘技术和船用洗涤塔对这种超细颗粒物脱除效率较低，而很多研究也充分说明了蒸汽相变脱除细颗粒的技术在湿法烟气脱硫中的应用前景。因而行之有效的方法是尽量使蒸发冷却器内的冷却液吸收高温烟气余热后蒸发，尔后进入洗涤塔在细颗粒物表面冷凝并借助物理或化学方法促使其长大，最终在洗涤塔脱硫过程中一并高效脱除。因此对于湿法船舶废气脱硫系统中的蒸发冷却器，使烟气在其中冷却并随着冷却液的蒸发得以加湿，对提高烟气中细微粒的脱除效率有着重要的意义。本文针对一台型号为W6X35，功率为4300kW的船用柴油机，对其排出的废烟气的脱硫系统中的预冷段的蒸发冷却器进行了仿真研究，目的是尽可能提高蒸发冷却器出口烟气的相对湿度以及冷却液的蒸发量。　　在采用了工程中常用的流体仿真软件ANSYSFLUENT，并选择了合适的数学模型，分别建立了三维模型和网格模型后，对蒸发冷却器进行仿真数值模拟。具体研究内容有三种形式的蒸发冷却器冷却过程的分析以及不同运行条件的蒸发冷却器冷却过程的分析：　　（1）对于外接直筒型蒸发冷却器（L1型），在高度皆为5m的情况下分别仿真研究了筒体直径为0.8m、0.9m、1.0m以及1.1m时的冷却效果。结果表明，当筒体直径为1.0m时效果最佳，此时出口烟气温度为51.5℃，相对湿度达到86.64%；　　（2）对于废烟气直接从脱硫塔底部进气的下进气式蒸发冷却器（I型），在高度为5m，直径为2m的情况下研究了在冷却器内部不加挡板和增设挡板的这两种情况。结果表明，增设挡板后能够有效提高出口烟气的相对湿度与蒸发量，此时出口烟气温度45.3℃，相对湿度达到91.83%，相比不加挡板情况下的87.11%有较大的提升；　　（3）对于外接文丘里型蒸发冷却器（L2型），分别研究了冷却器在(a)、(b)、(c)三种不同尺寸下的冷却效果。结果表明，进出口直径均为1m，中间喉管段直径0.5m，高度4.25m的(c)尺寸的L2型蒸发冷却器出口烟气温度为48.4℃，相对湿度达到92.82%，是包括L1型和I型在内的所研究的几种不同形式和尺寸的蒸发冷却器中的最佳；　　（4）当进口烟气温度过高以及柴油机的载荷过小，即通入蒸发冷却内的烟气量较小时，采用较小的液气比已经难以使冷却器内的烟气有效冷却，此时可以适当增加海水冷却液与烟气的液气比来提高出口烟气的相对湿度。经计算，将液气比从1L/Nm3提升至1.5L/Nm3后，对于高进口烟气温度的运行条件（400℃），出口烟气相对湿度从原来的83.52%提高到了90.54%；对于低柴油机载荷的运行条件（15%），出口烟气相对湿度从原来的74.23%提高到了85.20%；　　（5）冷却液独立循环蒸发冷却器与冷却液不循环蒸发冷却器的对比研究中发现，当冷却液温度经过独立循环系统升高至40℃时，蒸发量达到114.11g/kg，相较与常温25℃情况下的77.59g/kg的蒸发量有了较大的提升。
作者：	陶初炯
专业：	轮机工程
导师：	杨国华
授予学位：	硕士
授予学位单位：	宁波大学
学位年度：	2020