船舶脱硫洗涤塔优化设计及模拟研究

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由于船舶运输业经济实惠,近年来国际海上贸易业发展十分迅速,但同时随之而来船舶尾气危害也十分严重,其中的SO2对大气环境和人体有着很大的危害,所以针对目前状况,国际海事组织颁布了诸多法规来控制船舶排放SO2的量。相比于低硫燃料控制SO2技术,安装湿法船舶尾气脱硫设备走的更长远,其中钠碱法尾气脱硫技术具有可在全海域航行、脱硫效率高与无二次污染的优点,所以采用该方法脱硫十分可行。本文对国内外脱硫技术现状进行阐述,对比分析五种常用的脱硫方法,最终选择采用钠碱法喷淋塔进行船舶尾气脱硫,以前人研究的双膜模型为基础对SO2脱出的过程进行分析。根据MAN系列柴油机烟气量等参数对喷淋塔进行结构设计,利用Solid Works软件画出三维实体模型,导入ICEM进行网格划分,最后利用Fluent软件对三维喷淋塔模型进行数值模拟研究,根据双膜理论编写C++语言程序,作为SO2传质模型,通过解释型UDF载入Fluent软件,从而通过对喷淋塔内速度流场、压力流场和SO2浓度流场对比分析来进一步优化设计喷淋塔的各种参数。其次通过实验平台对钠碱液吸收柴油机尾气中的SO2过程进行探究,为喷淋塔实际运行情况提供工程参考。本文探究结论:(1)喷淋塔结构设计:喷淋塔直径2.5m,高度5.5m,喷嘴采用锥形喷嘴,内部布置三层喷淋层,每层14颗喷嘴,除雾器采用折流板形式,材料选用耐用的玻璃钢。(2)喷淋塔内数值模拟结果:空塔时烟气贴壁上行现象十分严重,布置喷淋层对烟气有较好的整流作用;其他条件不变情况下,喷淋塔喷淋层数越多对烟气整流作用越好,脱硫效率越高。脱硫塔效率和塔径关系为先呈正比例函数后呈反比例函数,所以计算塔径时应该综合考虑。喷淋碱液粒径越小,脱硫效率越高,但粒径大小受喷嘴结构制约,过小也会增大除雾器的负担,造成资源浪费。(3)喷淋塔优化模拟结果:喷淋层选用三层上下交叉排布,可以提高喷淋塔脱硫效率;喷嘴角度选用120°较为合适;喷淋雾滴速度建议选用4m/s;当船舶烟气中的SO2浓度较小时,为了节约喷淋碱液的消耗,可以之开启1、3喷淋层;在弯道处布置三片导流板有利于在塔内均匀流动,有效提高脱硫效率。(4)实验结果:钠碱液温度与喷淋塔脱硫效率呈反比例函数,碱液温度建议采用40℃以下;钠碱液p H与脱硫效率呈正比例函数关系;弯道设置导流板实验验证可有效提高脱硫效率,实验与模拟误差很小。
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