船用柴油机SCR技术研究进展

船舶柴油机的排放是影响环境的重要因素之一,其中较难控制的是柴油机尾气中NOx的排放,目前研究较多的机外净化措施是SCR（选择催化还原）法,本文对该方法的研究现状和应用前景做了介绍,并对存在的问题进行了分析。     

催化剂对船用柴油机SCR脱硝反应效率影响的数值研究

文章运用商用软件Star CCM+对某船用柴油机不同工况下尾气脱硝反应进行了数值模拟,并研究了催化剂厚度、层数对SCR脱硝反应效率的影响。将各工况下NO转化效率的计算值和试验值进行对比,验证了方法的有效性;进而研究了催化剂厚度和层数对NO转化效率的影响。结果表明,NO转化效率随催化剂厚度的增大而增大,但过大的催化剂厚度会对反应釜流场产生较大阻滞作用,合理布置催化剂层数有助于提高NO转化效率。     

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。     

船用柴油机SCR系统吹灰装置喷孔性能

以MAN某型低速柴油机SCR系统的吹灰装置作为研究对象,应用商用软件FLUENT作为研究工具,选择N-S方程、Realizable k-ε方程、连续性方程和动量守恒方程作为求解的边界控制条件,对于孔径为1 mm的喷孔进行分析,分别模拟计算了喷孔的耗气量、吹扫范围、气耗比以及平均作用强度与压缩空气压力P、喷孔距离X之间的关系,为该孔径喷孔在吹灰装置的压缩空气压力P的选择、喷孔距离X的选择提供了参考依据。     

基于扩展卡尔曼滤波的船舶SCR脱硝系统状态估计

如今,选择性催化还原法(SCR)是船舶尾气脱硝的主流方法。为了实现SCR脱硝系统的闭环控制,准确获取系统各个状态变量的值十分重要。但是其中的氨覆盖率θNH3无法直接用传感器测量,即存在不可测的问题。并且,由于受到实际运行时的噪声影响,NH3和NOx浓度传感器的测量值并不精确。考虑到扩展卡尔曼滤波(EKF)算法能减弱噪声、实现状态变量的最优估计,设计了基于3状态SCR脱硝系统模型的EKF状态观测器。为了考察该观测器的性能,在船舶柴油机排气参数剧烈变化的工况下进行仿真试验。结果表明,该EKF观测器的估计值与参考值的吻合度十分良好。     

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...     

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。     

船用低速柴油机SCR系统原理及结构模拟研究

船用低速柴油机SCR系统是一个涉及机械、自动化、流体力学、化学动力学等多学科的复杂的系统。本文首先介绍了船用SCR系统的基本原理,并以6S35ME-B9船用低速柴油机柴油机为研究对象,利用CFD软件进行模拟。为更好地指导船用低速柴油机SCR系统的设计开发,减少设备研发成本及时间周期,本论文开展了船用低速柴油机SCR系统结构的模拟仿真研究。主要研究过程仿真前的模型搭建、评价指标及边界条件。     

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%。     

船用柴油机选择性催化还原(SCR)系统关键技术

结合船机SCR系统的应用背景、船上应用环境和适用的国际法规等进行了充分调研和分析,研究船用柴油机SCR系统(包括各子系统及设备)的关键技术,提出船用SCR系统的设计、试验和检验的方案和建议。     

船用柴油机高压SCR系统强度及变约束分析

选择性催化还原(SCR)系统在工作时会承受重力、内压、高温负荷和腐蚀性气体的作用,这些因素直接影响系统的安全可靠运转,有必要采用合理的方式对其进行强度校核。以某型柴油机高压SCR系统为例,对其强度进行仿真分析,结果表明：管道两端法兰的轴向位移均高于径向位移,计算点距离固定支撑点越远,轴向位移越大;柴油机高压SCR系统经应力线性化处理,在垂直和倾斜工况下的应力强度整体低于3倍许用应力S_m;不同约束方式下反应器支撑的应力强度差别较大,底面约束状态下的应力强度整体大于侧面约束状态。     

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.     

船用柴油机SCR系统控制策略研究

SCR技术是排气净化的有效措施之一,为满足国际海事组织提出的船用柴油机NOX排放要求,针对某型船用柴油机,开展SCR系统控制策略研究,对尿素理论喷射量进行计算,利用Matlab分别建立催化器、开环控制与闭环控制模型,根据仿真结果对柴油机SCR系统的控制策略进行研究分析。     

基于区间约束GPC的船舶SCR脱硝系统多工况控制

不同工况下的船舶柴油机脱硝系统具有很强的非线性和时变性,常用的单一控制器难以准确控制,因此对船舶选择性催化还原（SCR）脱硝系统进行自适应控制研究尤为重要。从SCR的反应微分方程入手,建立船舶柴油机SCR脱硝系统的机理模型,并通过模型仿真的离线数据辨识建立不同工况下该系统的ARMAX模型;设计基于该模型的广义预测控制器以实现多工况的自适应控制。考虑到执行机构的使用寿命,加入区间约束算法,提出并设计带区间约束算法的广义预测控制（GPC）控制器。研究结果表明：与传统的GPC和模型预测控制（MPC）控制器相比,带区间约束的GPC控制器不仅能在变工况时保持较高的脱硝率,而且能显著减少执行器的动作次数,从而提高船舶柴油机SCR脱硝系统的使用寿命。     

船用柴油机选择性催化还原(SCR)系统关键技术研究

结合船机SCR系统的应用背景、船上应用环境和适用的国际法规等,进行了充分调研和分析,研究船用柴油机SCR系统(包括各子系统及设备)的关键技术,提出船用SCR系统的设计、试验和检验的方案和建议。     

船用增压锅炉烟气净化器实验系统及分析方法

通过对增压锅炉净化器净化机理和特性分析,构建了气固两相流动实验系统,选取树脂、EPS聚苯乙烯球、小米等3种固体颗粒作为实验材料,对某型船用增压锅炉烟气净化器样品和新研制产品在不同运行工况下的净化效率及阻力特性进行了系统的模拟实验研究,着重介绍其实验系统及分析方法。     

船用SCR：机遇？挑战？

2011年7月15日,在英国伦敦召开的IMO第62届海环会（MEPC62）徐徐落下了帷幕,除了世人瞩目的有关船舶二氧化碳减排方案以MARPOL附则VI修正案形式获得批准外,对中国柴油机制造业、造船厂影响巨大的氮氧化物技术规则（NOxCode修正案）和选择性催化还原系统导则（SCR导则,SelectiveCatalyticReduction）也一并获得了通过。     

船用发动机SCR混合器优化仿真分析

本文首先针对船用低压SCR系统设计新型旋流板式混合器,与某船用柴油SCR系统折流板式混合器对比,对它们管路内部流体的流动特性和混合效果进行数值模拟分析。结果显示,新型旋流板混合器管路内部流体混合效果有所提升,但管路的压力损失增大。对新型混合器进行结构参数优化,包括空间布置方式、双层混合器设置、混合叶片倾角及混合器管路尺寸等,仿真结果表明：混合器布置在尿素喷射点后比布置在喷射点混合效果略有提升,但压损增大;双层旋流板能引起更大的旋流,管内流体混合性能明显提升,但压力损失也随之增大,改变旋流片的位置和角度能够改善混合性能及压力损失,但压力损失与混合性能协同改善不良;增大混合器管路管径和长度能有效协同改善混合效果和压力损失,混合器管为530 mm双层旋流板式混合器叶片倾角50°时效果最佳。     

船用柴油机与SCR适配性试验研究

本文针对某型船用柴油机与SCR的适配性进行试验研究,该型柴油机与SCR的匹配试验显示SCR转化率不足,无法满足要求。分析SCR转化率不足的原因是柴油机排温不足,通过增加排温调节装置,提升柴油机排温,使SCR转化率满足要求,且没有对经济性造成明显的影响,柴油机与SCR匹配良好。     

基于PLC的船用SCR废气减排与综合利用

近年来,国家越来越重视对环境的保护,加强对各种交通工具的排放控制,通过一些措施对其进行废气减排。船舶作为一种大型的交通运输工具,在为交通运输业与经济发展做出巨大贡献的同时,也对自然环境造成了较大污染。船用柴油机会产生很多的含有氮氧化物的废气,事实证明这些氮氧化物对大气具有很大危害。而选择性催化还原系统(SCR系统)是一种专门针对氮氧化物的控制减排技术,可以有效的减少船舶柴油机废气中50%以上的氮氧化物。本文基于PLC技术,对船用的SCR废气减排与综合利用系统进行了系统的分析与研究。