為了減少船舶尾氣中大氣污染物NO_X的排放,滿足IMO第三階段的NO_X排放要求,應用SCR技術(shù)降低船舶柴油機NO_X排放已成為船舶防污染的重要手段之一。國外對于船用SCR系統(tǒng)的研究已有幾十年的歷史,技術(shù)已趨成熟,而國內(nèi)對于船用SCR技術(shù)研究,尤其是仿真研究才剛剛起步。本文以6S35ME船用低速二沖程柴油機SCR系統(tǒng)為研究對象,對E3循環(huán)工況下SCR系統(tǒng)的全過程運行狀態(tài)進行數(shù)值模擬,結(jié)合臺架試驗數(shù)據(jù)驗證了仿真結(jié)果的準確性,通過分析優(yōu)化仿真結(jié)果,為新機型的SCR混合管路提供了設(shè)計思路。本文的主要研究內(nèi)容為:(1)針對船用SCR系統(tǒng)仿真中尿素熱解水解與SCR反應時間尺度不同的問題,在模擬中提出了三維一維耦合仿真的數(shù)值模擬方法,該方法既能保證仿真結(jié)果的延續(xù)性,又能使SCR系統(tǒng)中混合管路與反應器的仿真相對獨立,并減少了大量數(shù)值模擬過程中的重復計算,縮短了SCR系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)的周期。(2)在6S35ME船用低速二沖程柴油機SCR系統(tǒng)試驗驗證階段制定了噴霧測試試驗、催化劑小樣試驗和E3循環(huán)工況下臺架試驗的試驗方法,通過試驗數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果的對比,分別從部件到總體驗證了三維與一維SCR仿真模型的可靠性,其中SCR系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的仿真誤差在5%以內(nèi)。(3)在SCR系統(tǒng)催化劑表面化學反應模型優(yōu)化階段,建立了一維模型參數(shù)優(yōu)化體系,通過Design of Explorer軟件中的遺傳算法,基于催化劑小樣試驗結(jié)果對化學反應動力學參數(shù)進行標定,以優(yōu)化值代替了軟件中集成的經(jīng)驗值,使一維SCR數(shù)值模擬更貼近實際反應過程;針對反應器截面前氨濃度分布不均勻的問題,通過SCR系統(tǒng)優(yōu)化分析方法,總結(jié)了三種可能造成SCR系統(tǒng)反應器前氨均勻度過低的原因。以SCR系統(tǒng)反應器前氨均勻度水平為評價標準對混合管路結(jié)構(gòu)進行綜合優(yōu)化,經(jīng)優(yōu)化后均勻度指數(shù)提升至0.89,優(yōu)化中的分析方法和優(yōu)化結(jié)果可為SCR新機型的設(shè)計與研發(fā)提供理論指導。
【學位單位】：中國艦船研究院
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：U664.121.1
【部分圖文】：

其中 SO2、NOX及 PM2.5的排放貢獻率分別占到了 12.4保護署發(fā)布的 2016 年數(shù)據(jù)表明：船舶尾氣中 SO2、NOX和排放量的 49%、37%和 44%[3]；2016 年廣州港硫氧化物和氮貢獻率分別占總排放的 14.0%和 16.5%，另外據(jù)劉靜等人研市區(qū)環(huán)境空氣中 SO2、NOX濃度貢獻率分別為 8.0%和 12.9%起的大氣污染形勢已經(jīng)日益嚴峻，各國政府及國際海事組織氣污染物排放標準和相關(guān)政策，開展船舶氣態(tài)污染物排放控在眉睫。內(nèi)外船舶排放法規(guī)與政策自 20 世紀 90 年代以來已陸續(xù)開展了船舶氣態(tài)污染物排放織（IMO）先后批準了 4 個排放控制區(qū)（ECA），分別為：波控制區(qū)、北美排放控制區(qū)和美國加勒比海排放控制區(qū)，見下圖國家也極有可能通過國內(nèi)立法來規(guī)定船舶在該國海域的排放

圖 1.2 MARPOL 附則 VI 的 NOX排放限值曲線 IMO 規(guī)定：自 2016 年 1 月 1 日起，當船舶在指定的排放控制區(qū)（ECA）內(nèi)符合氮氧化物 TierIII 排放標準。此外，歐洲各國也在建立新的排放控制區(qū)域域等，隨著船舶排放控制區(qū)范圍的不斷擴大，將會有越來越多的船舶在航行的減排法規(guī)。一步加強我國船舶港口污染防治，國家相關(guān)部委從控制相關(guān)區(qū)域內(nèi)船舶大氣著手，制定并實施了一系列相關(guān)政策：2013 年 9 月 12 日國務院頒布了《大動計劃》，該計劃重點關(guān)注了京津冀、長三角和珠三角地區(qū)的大氣污染防治行8 月交通部發(fā)布了《船舶與港口污染防治專項行動實施方案（2015-2020 年）0 年，珠三角、長三角、環(huán)渤海（京津冀）水域船舶硫氧化物、氮氧化物、顆年相比分別下降 65%、20%、30%，為加快推進船舶大氣污染物排放控制區(qū)5 年年 12 月 4 日發(fā)布了《珠三角、長三角、環(huán)渤海（京津冀）水域船舶排放案》，方案中明確要求：2017 年 1 月 1 日起，靠泊排放控制區(qū)內(nèi) 11 個核心港改用含硫量不高于 0.5%的燃料，所有港口自 2018 年 1 月 1 日起開始執(zhí)行泊

圖 1.3 珠三角、長三角、環(huán)渤海（京津冀）水域船舶排放控制區(qū)示意圖2016 發(fā)布的我國首部關(guān)于船舶柴油機排放控制的國家標準《船舶發(fā)動機排氣污染物排放限制及測量方法（中國第一、二階段）》，該標準規(guī)定了船舶壓燃式發(fā)動機排放污染物排放限制及測量方法，適用于內(nèi)河船、沿海船、漁業(yè)船等的型式檢驗，對船舶 NOX、SOX、PM、HC、CO 等多種污染物的排放水平做出了明確限制：船機排氣污染物第一、二階段排放限值，如表 1.1、1.2 所示。表 1.1 第一階段排放限值（2017.01.01）船機類型 單缸排量（L/Cylinder）額定凈功率（P）（kW）CO（g/kW·h）HC+NOX（g/kW·h）PM（g/kW·h）第一類 SV＜0.9 P≥37 5.0 7.5 0.400.9≤SV＜1.2 5.0 7.2 0.301.2≤SV＜5 5.0 7.2 0.20
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本文編號：2851953