一种船用中速柴油机减排技术方案设计.docx

一种船用中速柴油机减排技术方案设计李荣川魏叶萌魏亮摘要：本文针对某型船用中速柴油机在启动或低负荷工况加载荷时尾气排放质量差，黑烟明显问题，利用尾气颗粒物在高温环境中与氧气在催化剂作用下发生反应原理，提出了一种降低在该工况黑烟排放的反应器装置技术方案设计，并进行了几何建模与仿真计算，结果显示能够适用减排需求。Abstract：Thispaperaimsattheproblemofpoorexhaustemissionandobviousblacksmokewhenacertaintypeofmarinemedium-speeddieselengineisstartedorloadedunderlowloadconditions.Theprincipleofreactionbetweenexhaustparticlesandoxygenundertheactionofacatalystinahigh-temperatureenvironmentisproposed.Atechnicalschemedesignofareactordevicetoreduceblacksmokeemissionsunderthisworkingcondition，andgeometricmodelingandsimulationcalculationshavebeencarriedout.Theresultsshowthatitcanmeettherequirementsofemissionreduction.关键词：尾气减排;脱除颗粒物;反应器;低负荷;环保改造Keywords：exhaustemissionreduction;particulateremoval;reactor;lowload;environmentalprotectiontransformation：U664.121.2：A：1674-957X（2021）18-0041-030引言近些年来，随着环境保护要求的日益提升，对船舶尾气处理成为人们越来越关注的问题，而船舶产生尾气的主要装置为柴油机，作为将燃料的化学能通过燃烧转化为机械能的设备，在启动及低负荷加载时往往由于空气量的不足或燃油的大量喷入，在气缸内造成燃烧不充分，生成颗粒物、非甲烷总烃及一氧化碳等物质，并形成明显的黑烟。而船舶运营过程中，离靠码头、处理突发情况等，启动柴油机及低负荷加载荷等工况，这种排放冒黑烟的情况不可避免，因此，开发一种减少黑烟排反应器装置，降低柴油机尾气中颗粒物和黑烟形成，对环境保护有十分重要的意义。本文首先借助Gambit软件对减少黑烟排放反应器装置进行几何建模和网格划分，Gambit软件是面向CFD的前处理器软件，它包含全面的几何建模功能和强大的网格划分工具，可以划分出包含边界层等CFD特殊要求的高质量网格。然后利用FLUENT软件对烟气经过减少黑烟排放反应器装置的流场进行仿真，分析烟气流速的均匀性，FLUENT软件解算器采用完全的非结构化网格和控制体积法。1黑烟减排反应装置设计某型船用中速柴油机在低负荷工况下，尾气存在明显的黑烟现象，对该型柴油机台位动车现场实测，得到该型柴油机排放特性如表1所示。通过实测数据发现，该型柴油机在启机及25%工况以内，加载荷时尾气中黑烟浓度过大，需进行减排治理，本文所研究的减排技术方案设计目标是针对该型柴油机在启机及25%工况以内加载荷，不形成明显黑烟。1.1系统设计构成系统设计原理如图1所示，主要裝置为：①安装在排气总管上的减少黑烟排放反应器装置;②安装在排气旁通管路上的旁通阀EXVH0801;③安装在减少黑烟排放反应器装置前部的进口温度传感器TTH0201;④分别安装在减少黑烟排放反应器装置前部和后部的压差传感器PDTH0201。1.2减少黑烟排放反应器装置系统工作原理当柴油机在25%以下负荷工况下运行时，此时旁通阀关闭，废气通过减少黑烟排放反应器装置，经过催化反应实现减排;当柴油机负荷升至25%以上时，旁通阀开启，烟气通过旁通管正常排出。该系统设置减少黑烟排放反应器装置清理提醒功能，当减少黑烟排放反应器装置内背压达到3.5kPa时，减少黑烟排放装置控制系统将发出减少黑烟排放反应器装置系统清理提醒，当减少黑烟排放反应器装置内背压达到4kPa时，旁通阀强制开启，以确保柴油机安全工作。1.3减少黑烟排放反应器工作原理减少黑烟排放反应器装置在结构上是一个耐高温的壁流式过滤器，内部填装催化剂层，如图2所示。柴油机废气流经过滤器时，气流会流过减少黑烟排放反应器装置中带有小孔的壁结构，将颗粒物滞留在图中灰色区域，从而将废气中颗粒物降低90%以上。然后，被捕捉的颗粒物（主要是碳颗粒）在废气550℃高温环境中与氧气在催化剂作用下发生反应，生成二氧化碳，完成再生[1][2]。1.4系