O_3协同SCR处理船舶柴油机废气排放的试验

为提高船用柴油机低负荷下选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction,SCR)反应器的NO_x转化率,采用O_3协同SCR进行排气处理试验研究。试验研究结果表明:柴油机在40%负荷率以下的低负荷工况,SCR反应器不工作的情况下,排气管中注入O_3,NO_2/NO浓度比得以提高;柴油机在20%负荷率工况下,NO_2/NO浓度比达到30%。同时,O_3可有效地降低柴油机烟度(K值)和HC的排放,其排放浓度与注入O_3前相比,最高降幅分别达到51%和19.1%。柴油机在30%负荷率以下的低负荷工况,SCR反应器按氨氮比1∶1的标定尿素喷射量喷入尿素时,SCR反应器前的排气管注入O_3与注入O_3前相比,SCR反应器中NO_x转化率得以提高,最高增幅达到32.1%。主要原因在于排气管中注入O_3,NO_2/NO浓度比升高,促进SCR反应器中NO_x催化还原的快速反应。排气管注入O_3后,在SCR反应器工作的情况下,SCR反应器后的烟度(K值)降低,HC排放也稍有降低。试验表明:O_3协同SCR有利于柴油机在低负荷下提高SCR反应器的NO_x转化率。     

低速电喷柴油机SCR反应器强度有限元分析

以STX-MAN 6S35ME-B9船用低速柴油机排气管尾部加装的SCR设备的反应器为研究对象,对该型SCR反应器进行多种工况的有限元强度计算,着重分析船舶在横摇22.5°时SCR反应器的最大等效应力以及安全系数。计算表明,各种工况下该反应器的设计满足强度要求,该结果对于SCR反应器在实船上的安装方案提供了依据。     

船用中速柴油机排气SCR净化消声器的联合仿真分析

船用柴油机对环境的影响主要可分为噪声污染和排放造成的大气污染,伴随着国际海事组织(IMO)第3阶段排放标准(Tier Ⅲ)的实施,为船舶配置选择性催化还原反应(SCR)脱硝装置已成为必然选择,可借鉴车用柴油机排气净化消声器装置的应用经验,对船舶柴油机的排气消声器和SCR反应器进行联合设计。采用动力系统、流场和声场联合分析的方法,结合商用软件GT-Power、Fluent和LMS Virtual. Lab进行联合仿真,计算初步设计配置于船用MAN 9L32/40型柴油机排气净化消声器的压力损失和消声效果。仿真计算结果显示,该排气净化消声器的压力损失满足柴油机排气要求,同时在2 000 Hz以下具有良好的消声效果。     

柴油机舷侧排气喷淋流动及传热模拟

[目的]为解决船用柴油机舷侧排气喷淋装置的降温效果评估问题,[方法]应用Mixture多相流模型和蒸发—冷凝模型,对排气管内喷淋的流动和传热过程进行数值模拟,得到并分析不同冷却水量比下排气温度场分布、排气管截面平均温度的沿程变化规律以及压力损失。[结果]研究结果表明:喷淋条件下,由于水的挤压和水—气传热传质,排气管内的高温核心区呈锥形,随着冷却流量比的增大,排气高温核心区的范围逐渐缩小;从无量纲沿程距离0.1～0.4,排气管截面平均温度急剧下降,之后排气管截面平均温度变化趋缓;总压损失与冷却流量比呈现非单调关系,对排气阻力的影响较小。[结论]研究结果可为舷侧排气喷淋装置的优化设计提供定量支撑。     

SCR装置在船舶氮氧化物排放控制中的应用

船厂通过在柴油机排气管上加装SCR装置来吸收氮氧化物,从而满足国际海事组织对船用柴油机的废气排放越来越严的要求。以14 500 DWT化学品船的SCR装置为例介绍其工作原理和设计、安装过程中的注意事项。     

某船用柴油机SCR系统匹配性能试验分析

针对某船用柴油机,在D2试验循环模式下进行原机和加装SCR系统后的性能对比试验,分析SCR反应器在无尿素喷射时对柴油机排气特性和经济性的影响,同时还分析按氮氨比为1∶1进行尿素喷射时SCR系统的工作性能。试验结果表明:柴油机安装SCR系统后,排气背压和排气温度均有所上升;经济性略有下降,额定工况下降低幅度在1%左右;虽然增压器后NOX排气浓度增大,但NOX质量流量下降幅度较大,额定工况下降幅度为12.3%,尿素基本喷射量标定计算应以加装SCR反应器后的柴油机排气参数为依据;NOX加权比排放由原机的12.63 g/k Wh降低到11.52 g/k Wh,降低了8.7%。按氮氨比为1∶1的比例进行尿素喷射时,SCR系统能满足Tire III的NOX排放限值要求。研究结果可为SCR系统设计和尿素喷射量的标定提供一定的指导依据。     

某船用柴油机SCR反应器含氮化合物的浓度场特性

建立船用柴油机选择性催化还原(SCR)反应器模型,研究船用柴油机在1 000 r/min、75%负荷工况下SCR反应器内部含氮化合物(HNCO、NH_3、NO、NO_2)的浓度场特性。研究结果表明:HNCO水解是尿素SCR系统产生NH_3的重要来源,其水解速率远高于NO、NO_2和NH_3的反应速率;在SCR反应器前端,随着时间推移,NH_3浓度先升高再急剧下降至稳定状态,而在中后端则呈现相反现象;NO和NO_2在SCR反应器前端基本不反应,而在SCR反应器中后端随时间推移基本呈先降后升的趋势;HNCO、NH_3、NO和NO_2在典型横截面的浓度分布均呈不均匀的"十"字形分布,且大都呈现截面中心及边界中线周围浓度较高而截面4个对角浓度较低的分布规律。     

某船用柴油机SCR系统混合器结构参数仿真优化

在某船用柴油机SCR反应器及尿素喷射系统结构参数优化的基础上,建立SCR混合器三维仿真模型,研究SCR混合器叶片角度和安装位置对SCR系统的混合均匀性、压力损失、NH₃逃逸、NOx转化率的影响。仿真结果表明：混合器叶片角度为15°、安装位置离喷嘴下游75mm时,可使催化剂进口截面的NH₃分布均匀性系数提高4.5%,NOx转化率提高6%。     

基于多因素角度分析喷射结构对船机SCR的影响

随着大气环保需求的提高,国际IMO组织明确了船机排气NOX处理的要求。选择性催化还原系统SCR逐步成为船机NOX后处理技术的研究热点。本文基于计算流体力学(CFD)基本理论,结合排气管路特点,从多因素角度出发分析喷射结构对系统NOX转换效率影响的主要因素,为掌握船机SCR系统提供思路。     

船用SCR系统的设计与数值优化

针对某型船用柴油机满足IMO Tier III标准的要求,设计了两型16种SCR反应器,采用数值模拟的方法研究了结构参数对反应器内气体流动的影响。结果表明在30°~45°区间较小的过渡角及较长的过渡段有利于气流的均匀分布;长径比在0.3~3之间变化时,随长径比增加,入口截面的均匀性指数先减小后增加,而中间截面则持续增加后趋于平缓。选取过渡角30°,长径比2.43的圆型SCR反应器研究了喷射参数对于尿素溶液喷射效果的影响,结果表明喷孔与轴线的角度在30°~60°时液滴平均行程随角度的减小而增加,有利于溶液的蒸发,同时喷射点应尽量远离壁面。     

船用SCR技术现状及发展

船用选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)技术是1项高效的NO_X脱除技术，已经在船舶领域得到了广泛应用，但随着环保要求调整与能源结构的变化，船用SCR技术也需要相应调整。目前船用SCR多使用尿素-选择性催化还原(Urea-SCR)技术，此技术受船用燃料油中杂质及烟气排气温度影响较大。其中，船用燃料油中的硫(S)及碱性金属等物质含量高，对催化剂的毒副作用明显，限制了船用SCR的使用。船舶主要使用柴油机，决定了烟气排气温度变化区间，通过影响尿素水解产NH₃效果、SCR反应器布置形式及催化剂活性，最终影响尾气脱硝效果。上述现状表明，使用船用燃料油的船舶，带废气加热的LP-SCR系统设计将是SCR设计的重要方向；寻找产NH₃效率高及控制精确的安全NH₃源(或方式)，对于船用SCR系统发展也起到了至关重要的作用；提高燃料品质、降低烟气中毒副作用限制，可为研制发展船用新型低温、抗毒催化剂提供基础。由于碳中和目标，低碳、零碳燃料船舶将是全球趋势，使得燃烧后排气不同，进...     

船用低速柴油机SCR系统的设计优化与试验分析

由于船舶机舱空间狭小,因此布置用于二冲程柴油机的SCR反应器和其管道较为困难.利用CFD模拟了在100％负荷下SCR反应器之前的尿素雾滴和排气的混合过程.模拟结果表明,当6S35ME-B9 SCR系统的旋转角和护盖展开角分别为15°和75°时,尿素与排气在较短的距离内能够形成良好的混合,并且整个系统压降小于1.4 kPa.对安装有SCR系统的6S35ME-B9柴油机进行了 100 h的测试,结果表明NOx排放从18.15 g/kWh降低到3.17 g/kWh.针对6S35ME-B9柴油机的SCR系统的设计和试验可以为实船上的SCR系统提供理论和应用基础.     

青岛双瑞SCR系统成功通过MDT FTA台架试验

正近期,青岛双瑞公司自主研发的船用低速机高压SCR系统在中国船柴青岛基地一次性通过MDT(曼恩柴油机与透平公丨司)的FTA台架试验,属于国内首例。同时,该系统成功通过CCS、DNV GL、LR三大船级社TierⅢ排放台架试验。该船用低速机高压SCR系统具有结构紧凑、自动化程度高、防震性好、催化剂效率高等优点,在系统设计、催化剂性能、控制策略等方面完全满足IMO柴油机NOx排放法规TierⅢ及MDT FTA相关规定。本次台架试验,该系统配套安装于MAN 6S60ME-C8.5     

高速巡逻船湿式排气系统设计

船上柴油机的排气管按照废气是否与冷却水混合排出而分为干式排气和湿式排气.干式排气不仅容易熏黑船体外板和甲板设备,且排气管路温度较高(可达到400～600℃),噪声污染也较严重;湿式排气则具有排气温度低(40～60℃)、自重轻和噪声低等优点,其绿色环保适用于那些注重外观且机舱空间紧凑,对设备重量敏感、对噪声和红外辐射要求较高的高速船(如巡逻船、游艇等).该文介绍了高速船主机湿式排气系统(冷却水与柴油机废气混合)的布置方案、设计方法以及在布置安装时需注意的问题,对民用高速船的设计有借鉴作用.     

船用柴油机SCR喷射系统结构参数三维仿真与优化

运用FIRE软件完成对6105AZLD型柴油机试验台SCR系统建模,在此基础上,分别从速度场、雾化效果、压力场三方面对仿真计算结果进行分析,验证了模型的合理性。使用控制变量法,针对影响SCR反应的因素,依次分析喷嘴孔数、扩张段长度、喷嘴距催化剂入口截面的距离对SCR系统的影响,以混合均匀度及NOx转化率为评价标准,选出一组最优的喷射系统结构参数。     

大中型舰船柴油机排气泄漏风险评估和监控需求研究

对于以柴油机为动力的舰船,柴油机工作过程中可能由于排气泄露或二次吸入导致舱内有害气体浓度升高。为了评估该类事故工况的影响,本文针对某典型舰船,以柴油机尾气中的CO为特征污染物,利用多区域模型仿真,分析了不同排气泄漏程度及二次吸入程度下典型舱室CO浓度变化情况。研究结果表明,4%排气泄漏率时,会导致柴油机舱CO浓度急剧升高,超出室内空气质量90 d容许浓度限值;9%排气二次吸入时,会导致所有舱室平衡浓度超过90 d容许浓度限值。结合分析结果,建议在柴油机舱进行CO浓度实时监测,并对柴油机通风、排气管路设计进行优化。     

Residual life prediction for marine diesel turbocharger based on Wiener process北大核心CSCD

[目的]针对船舶柴油机增压器难以收集到全生命周期性能退化数据的问题,提出一种基于维纳过程的寿命预测模型。[方法]首先,采用K-Means模型对增压器实际运行工况进行聚类,提取出典型工况数据;然后,使用贝叶斯突变点检测模型识别增压器的缺陷点;最后,建立基于维纳过程的退化模型,并以某型船用柴油机增压器为应用对象,预测增压器的剩余使用寿命。[结果]结果显示,基于维纳过程的寿命预测方法能够在不需要同类设备历史退化数据的情况下对增压器的剩余寿命进行预测。[结论]所提方法对缺少故障样本的船舶柴油机增压器寿命预测具有一定的参考价值。     

基于鳍片式热电模组的船舶柴油机废气余热利用及其影响因素分析

摘 要：设计了一种鳍片式热电转换模组,并将其应用在船舶柴油机废气余热回收系统中,通过理论和实验,分析鳍片式热电转换系统的影响因素。结果表明：当柴油机负荷为75%,热电晶片总数为1428,排气温度550K 时,设计的鳍片式热电模组发电功率为6.72kW,热电转换效率可达5.42%。排气温度、冷却水温度以及柴油机负荷都会影响热电转换系统性能。随着柴油机负荷的提高,热电转换系统发电功率和转换效率也随之增大,但负荷在75%之前增大的幅度大于从75%~100%的负荷。热电模组鳍片数量会影响转换系统的热端温度和传热量,在条件允许范围内,可通过增加鳍片数目,提高废热回收效率。     

柴油机烟气喷淋条件下烟黑浓度测量实验研究北大核心CSCD

[目的]为探讨水喷淋方式对柴油机烟气的烟黑净化处理效果,开展相关实验研究。[方法]利用Dekati型低压撞击器(DLPI)对烟道中烟黑进行取样,采用在取样枪上包裹加热带并控制其温度的方法防止喷淋后湿烟气冷凝,使湿烟气中烟黑进入DLPI时与其在烟道中的状态相同。实验首先利用烟气分析仪对烟气浓度均匀性进行测量,验证烟气分布基本均匀;然后利用DLPI确定取样时间,进而对不同柴油机负荷、不同喷淋水量下的烟黑净化效率进行测量比较分析。[结果]结果表明:水喷淋对烟黑的净化效率可达到50%;相同喷淋流量下,柴油机100%负荷下的烟黑净化效率高于50%负荷;当喷淋流量达到一定值后,其烟黑捕集净化效率可能达到极值;烟气在喷淋之后大粒径的烟黑颗粒明显减少,而小颗粒烟黑会发生团聚作用,在50%负荷下由于烟气速度较低,水雾与烟黑接触时间更长,小颗粒烟黑团聚效果比100%负荷中更明显。[结论]水喷淋可有效降低柴油机烟气烟黑排放。     

船用柴油机冷却水CFD分析及沸腾传热研究

针对高强化发动机的热负荷问题,寻求适当的冷却水量、压力及合理的流场分布是柴油机冷却水腔设计的重要一环。本文以某船用柴油机气缸盖-气缸套冷却水腔为研究对象,通过冷却系统一维仿真得出边界条件,利用FLUENT软件对冷却水腔的冷却水流场进行数值模拟。通过对三维流场的分析,对水腔的压力损失、流场分布给出了恰当的评估并指出了流动优化的方向。为研究发动机冷却水腔内存在的过冷沸腾传热现象,借助于空泡份额(单位容积中气泡所占的百分比)的概念,提出和建立了一种基于单相流的沸腾传热计算方法。