【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)全球化不斷發(fā)展,船舶運(yùn)營引發(fā)的空氣污染逐漸加重,影響人類健康和生態(tài)環(huán)境。國際海事組織等提出一系列限制措施,以降低船舶二氧化硫排放造成的污染。鎂基-海水法具有獨(dú)特優(yōu)勢,應(yīng)盡快推廣應(yīng)用。鎂基-海水法相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)問題均己解決,但在脫硫塔內(nèi)流場設(shè)計(jì)、脫硫效率預(yù)測和亞硫酸鎂處理等方面存在不足,應(yīng)予以改進(jìn),以滿足技術(shù)推廣應(yīng)用要求。在充分調(diào)研船舶工況基礎(chǔ)上,根據(jù)前人經(jīng)驗(yàn),初步設(shè)計(jì)脫硫塔體和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。應(yīng)用流體仿真軟件RFlow和子域技術(shù),建立塔體物理網(wǎng)格模型,并采用有限差分法進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算。網(wǎng)格質(zhì)量測試結(jié)果表明,物理網(wǎng)格模型合理,可用于后續(xù)數(shù)值模擬計(jì)算。為優(yōu)化塔內(nèi)流場,以RANS湍流模型為基礎(chǔ),對塔內(nèi)廢氣流速分布進(jìn)行模擬。將多流體模型與分散型k-ε湍流模型并用,模擬得到脫硫塔內(nèi)氣液流場分布狀態(tài)。模擬分析了不同廢氣入口和噴淋層設(shè)計(jì)對塔內(nèi)流場影響,結(jié)果表明廢氣沿切線方向進(jìn)入及合理設(shè)計(jì)噴嘴支撐臂長可提高塔內(nèi)氣液流場的均勻度,降低塔內(nèi)壓損,進(jìn)而優(yōu)化塔體設(shè)計(jì)。在塔內(nèi)流場模擬的基礎(chǔ)上,結(jié)合雙膜理論和化學(xué)反應(yīng)原理,建立三維鎂基-海水法船舶廢氣脫硫效率預(yù)測模型,并對模擬結(jié)果進(jìn)行實(shí)船驗(yàn)證。結(jié)果表明,本模型模擬結(jié)果準(zhǔn)確,可用于指導(dǎo)鎂基-海水法船舶廢氣脫硫工程推廣應(yīng)用。應(yīng)用本預(yù)測模型對不同廢氣流量和噴淋液流量下脫硫效率進(jìn)行數(shù)值模擬,結(jié)果表明,合理控制脫硫塔內(nèi)氣液比,可以在不同廢氣流量下使船舶廢氣排放滿足公約要求。將模擬結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)對比,進(jìn)一步驗(yàn)證了本脫硫效率預(yù)測模型的準(zhǔn)確性。由于鎂基-海水法船舶廢氣脫硫效率較高,導(dǎo)致塔內(nèi)產(chǎn)生大量亞硫酸鎂,直接排放對環(huán)境有害。實(shí)船試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn),亞硫酸鎂與廢氣中氧氣接觸發(fā)生氧化反應(yīng),生成無害的硫酸鎂。因此,本文提出了增強(qiáng)塔內(nèi)亞硫酸鎂噴淋氧化速率,以降低后續(xù)脫硫廢水處理負(fù)荷的設(shè)想。實(shí)驗(yàn)研究表明,在噴淋條件下,亞硫酸鎂氧化速率對其濃度呈1.5級響應(yīng),保持pH在7-8,提高亞硫酸鎂濃度可以保持較高的氧化速率。淡水體系和海水體系亞硫酸鎂噴淋氧化速率差別不大。實(shí)船試驗(yàn)結(jié)果表明,裝置運(yùn)行30分鐘后需及時(shí)更新循環(huán)液,控制循環(huán)液鹽度和亞硫酸鎂濃度,可以提高亞硫酸鎂噴淋氧化速率,降低后續(xù)水處理負(fù)荷。
【圖文】：

界面的兩側(cè)存在較大的密度差。由于重力作用，相與相之間會(huì)產(chǎn)生一定的速度差。對于逡逑氣液兩相流，隨著流動(dòng)條件的變化，會(huì)顯示出各種流型［９６］。比如圓管內(nèi)的氣液兩相流，逡逑隨著氣體流量的增加，，如圖２．２所顯示的那樣，流型會(huì)發(fā)生很大的變化。逡逑－２２－逡逑

２．４脫硫塔體網(wǎng)格模型及質(zhì)量驗(yàn)證逡逑２．４．１物理網(wǎng)格模型逡逑根據(jù)上述船舶廢氣參數(shù)和船舶Ｄ層甲板布局，設(shè)計(jì)的脫硫塔塔體如圖２．４所示，包逡逑括噴淋區(qū)、廢氣進(jìn)口區(qū)和除霧區(qū)。坐標(biāo)原點(diǎn)為漿液池底部中心，噴淋段模型的底部為漿逡逑液池的液面。噴淋層在塔體中部，由噴淋液主管路、噴嘴支撐臂和噴嘴連接組成。支撐逡逑臂長按一定規(guī)律變化，噴嘴安裝在支撐臂的端點(diǎn)。逡逑－２７－逡逑
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X736.3

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本文編號：2619524