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船舶柴油机SCR系统仿真及试验研究
| 论文题名： | 船舶柴油机SCR系统仿真及试验研究 |
| 关键词： | 船舶柴油机;催化剂;数值模拟;SCR系统 |
| 摘要： | 随着自然界环境的逐渐恶化，国际海事组织对船舶柴油机NOX排放的标准越来越严格，SCR技术作为减少NOX排放的主要措施之一，已经逐渐应用到船舶柴油机领域。SCR系统所选用催化剂的性能以及催化转化器的结构是影响SCR系统工作性能的两个最重要的因素。 针对某型船舶柴油机Urea-SCR系统工作情况，本文主要进行了催化剂活性试验研究和数值模拟研究两部分。首先，本文选取蜂窝状陶瓷作为催化剂载体，使用浸渍法制备V2O5-WO3/TiO2小试样催化剂，研究不同V2O5、WO3负载量以及不同焙烧温度下所制备的催化剂催化活性，分析了反应温度、氨氮比(NH3/NOx)、SO2浓度、空速等参数对催化剂转化效率的影响，并确定了SCR标准反应的化学反应参数。研究发现，焙烧温度500℃所制备的3％V2O5-10％WO3/TiO2催化剂具有较高的活性，且反应温度高于330℃时催化效率最高。同时，试验证明，SO2的存在对催化剂活性有抑制作用；而随着NH3/NOx的增加，NO的转化率逐渐升高，但当NH3/NOx高于1.1后，NO的转化率基本趋于平衡。计算所得的SCR标准反应活化能为54.56×103J/mol，化学反应速率常数为3.988×10-5s-1。 根据试验数据及模型船舶的工作特点，本文建立某型船用柴油机SCR系统三维模型，对反应器内气流流动、尿素溶液的喷射、混合器混合效果以及SCR化学反应等方面进行模拟，分析反应器内气体的流动均匀性、压力分布以及化学反应中废气组分的空间分布。通过研究证明，SCR反应器的压力损失主要集中在催化剂载体区域。在不考虑尿素溶液与废气的混合效果下，(NH2)2CO/NOX摩尔比为0.475时，即NH3/NOX摩尔比为0.95，DeNOX率和NH3逃逸率的匹配最佳。增加混合器后，提高了NH3与废气的混合均匀度，有利于催化效率的提高。研究发现，计算得出NOX的转化率为84.07％，与实际应用的误差在6％以内。为SCR系统的结构设计以及所用还原剂比例的选择指明了方向，对后续的试验研究以及仿真分析提供了参考。 |
| 作者： | 刘淼 |
| 专业： | 动力机械及工程 |
| 导师： | 周松 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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