船用柴油機SCR系統混合器仿真與試驗研究

陳悅，呂林

(武漢理工大學高性能船舶技術教育部重點實驗室，湖北武漢430063)

?

船用柴油機SCR系統混合器仿真與試驗研究

陳悅，呂林

(武漢理工大學高性能船舶技術教育部重點實驗室，湖北武漢430063)

摘要:為了提高船用柴油機SCR的尿素蒸發分解速率以及與排氣的混合均勻性，運用CFD手段對船機SCR系統的混合器進行優化設計，對比分析不同結構混合器對NH3分布均勻性、NOx轉化效率、NH3泄漏及壓力損失的影響。模擬結果表明:混合器有利于液滴的破碎，可促進尿素的蒸發及熱解，同時能夠提高噴霧與排氣的混合均勻性;8葉片錐形混合器的混合效果最好，可使NOx轉化率提高14.3％，氨泄漏降低25 ppm。對優化設計后的船機SCR系統進行柴油機D2循環排放試驗，試驗結果表明:在相同的催化劑體積和尿素噴射量下，安裝8葉片錐形混合器后各工況點的NOx轉化效率均上升約8％，NOx加權比排放從0.56 g/(kW·h)下降到0.37 g/(kW·h)。

關鍵詞:柴油機;船機SCR;氮氧化物;排放試驗;混合器;計算流體力學

選擇性催化還原(SCR)技術憑借NOx轉化效率高、燃油經濟性好及適用范圍廣等優勢成為國外實現IMO Tier3標準的主要方案。相比車用SCR系統，船用SCR系統的排溫較低，尿素得不到充分的蒸發和分解;排氣流場的不均勻性使得局部氨不足或氨過量，進而造成NOx轉化效率下降和NH3泄漏升高。在催化劑、反應溫度、空速及氨過量系數確定的情況下，可對船機SCR排氣管流場進行優化設計，以提高催化劑入口的還原劑濃度以及還原劑與排氣的混合程度［1－3］。

針對SCR系統，國內外學者已經開展了關于混合器的研究。……