船舶发动机尾气后处理海水脱硫特性研究

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随着海洋船舶运输行业的发展,船舶柴油发动机排放尾气中的二氧化硫(SO2)对大气环境的危害越来越严重,为此IMO制定了相应法规限制船舶硫氧化物排放。在诸多船舶尾气后处理技术中,海水脱硫优势明显,符合船舶远洋运输要求,应用前景良好。为了提高海水脱硫效率,降低脱硫废液危害,本文对海水脱硫过程影响因素特性进行研究。论文主要工作和结论如下:(1)脱硫塔是海水脱硫装置的核心,本文以MAN 9L32/40船用柴油机尾气作为研究对象,设计了常见脱硫塔(填料塔、喷淋空塔、筛板塔)的主体结构:塔内直径、填料高度、喷淋密度、塔板间距等,并完成了塔内结构尺寸的校核计算。(2)通过对海水吸收硫氧化物机理及吸收特性的研究,构建了海水脱硫模型,研究了不同脱硫塔中海水脱硫过程,以及不同脱硫影响因素对脱硫效率的影响。研究表明:喷淋填料塔的脱硫效果最好,筛板塔次之,喷淋空塔的脱硫效率最差。研究同时表明,不同脱硫影响因素对脱硫效率有不同的影响规律,增加脱硫液气比、海水碱度,降低海水温度均可有效增加海水脱硫效率;增加废气温度和废气中二氧化碳浓度会降低脱硫效率,但影响程度不大;废气中二氧化硫摩尔分数越大,脱硫效率越低。(3)海水洗涤废液p H值对环境影响较大,本文基于海水吸收SOx模型,研究了影响海水脱硫废液p H值的因素及其作用。研究表明:相同条件下,脱硫塔脱硫效果越好,排出废液p H值越低;增加海水温度,增加脱硫液气比,增加海水碱度以及减少废气中二氧化硫浓度都会增加排出废液p H值,废气温度与废气中二氧化碳浓度对排出废液p H值影响程度较小。(4)海水脱硫过程的脱硫效率与排出废液p H值受诸多因素影响,研究不同影响因素之间的联系,对提高海水脱硫效率有重要意义。本文基于响应模型,研究了海水脱硫效率和排出废液p H值影响因素(液气比、海水温度、海水碱度、废气中二氧化硫浓度)的显著程度与交互作用。结果表明:液气比对脱硫效率影响程度大于其他三种影响因素;与海水碱度、海水温度相比,液气比与废气中二氧化硫含量对排出废液p H值影响程度更大。且影响程度大的因素与其余因素交互作用明显,影响程度小的因素之间交互作用较弱。(5)为了降低脱硫废液对船舶周围海域生态环境的污染,国际海事组织对船舶排出废液的p H值有明确规定。基于相应法规要求,本文研究了脱硫废水排出船体后在周围海域中的流动情况,使用工程软件对脱硫废水在海水中流动扩散过程进行模拟。研究表明:脱硫后废液排放在海水中的射流属于自由淹没射流,在海水温度32℃,标准大气压的条件下,为满足IMO法规对距离船舶4m处p H值的基本要求,排水口处废水p H值应大于等于3.2。本文构建了海水吸收模型,对船舶发动机尾气海水脱硫过程中影响脱硫效率和排出废液p H值的因素进行了研究分析,研究了不同影响因素的影响程度以及相互之间的作用关系,本文研究工作及成果对实际船舶脱硫后处理装置研发有一定的支撑作用。
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