船機SCR系統(tǒng)排氣流場CFD分析與優(yōu)化.pdf

1、近年來，隨著世界航運業(yè)的高速發(fā)展，船舶柴油機的NOx排放也在逐年增長，鑒于NOx對環(huán)境及人類健康造成的危害，國際海事組織制定了《MARPOL73/78公約》附則Ⅵ對其進行限制。面對即將實施的第三階段(TierⅢ標(biāo)準(zhǔn))排放法規(guī)，Urea-SCR技術(shù)被國內(nèi)外公認(rèn)為最有效的船機排放控制方案。
　　 與車用SCR系統(tǒng)相比，船機SCR系統(tǒng)的排氣流場發(fā)生了變化，且對還原劑的需求量增大，為獲得較高NOx轉(zhuǎn)化率的同時不增加還原劑的消耗量，需對其

2、排氣流場進行研究和優(yōu)化。本文采用計算流體力學(xué)(CFD)模擬手段，對某船用柴油機SCR系統(tǒng)內(nèi)部的排氣流動過程進行了研究，明確了排氣流場的屬性，并提出了有效的流場優(yōu)化技術(shù)，為實現(xiàn)較高的NOx轉(zhuǎn)化效率提供了理論依據(jù)。
　　 本文首先分析了不同均勻性評價指標(biāo)的適用條件，提出采用流速均勻性指數(shù)、NH3濃度均勻性指數(shù)對排氣流場的分布狀態(tài)進行定量分析，并結(jié)合系統(tǒng)壓降、NOx轉(zhuǎn)化率、氨泄漏等指標(biāo)來綜合評判流場優(yōu)化的效果。
　　 通過發(fā)動

3、機臺架試驗獲取了初始和邊界條件，并利用AVL FIRE平臺建立了船機SCR系統(tǒng)三維CFD模型，對不同工況下的排氣流動過程、尿素噴射及分解過程、催化還原反應(yīng)過程進行了模擬。根據(jù)模擬結(jié)果研究了系統(tǒng)內(nèi)部的速度分布，濃度分布、壓力分布的規(guī)律等，相關(guān)分析表明船機SCR系統(tǒng)的流場是不均勻分布的，不能將其簡化為一維流場，應(yīng)對排氣流場進行優(yōu)化。
　　 基于SCR系統(tǒng)三維CFD模型，研究了不同整流器結(jié)構(gòu)、噴嘴結(jié)構(gòu)及布置、混合器結(jié)構(gòu)對SCR系統(tǒng)性能

4、及排氣流場的影響，主要結(jié)論如下：(1)在噴嘴上游布置多孔板整流器，對彎管后氣流的偏向有一定的規(guī)正作用，同時可減小催化劑中心區(qū)域的流速；其中，50％開孔率多孔板整流器的優(yōu)化效果較好，系統(tǒng)壓降僅增加了0.6kPa。(2)選用四孔徑向噴嘴時，NH3在催化劑進口截面上分布得更為均勻；隨著噴嘴到催化劑進口距離(混合距離)的增加，NOx轉(zhuǎn)化率不斷升高，且上升的幅度逐漸減?。划?dāng)混合距離為10d(d為排氣管直徑)時，使用一個噴嘴就可以獲得較高的轉(zhuǎn)化效率