船用柴油機選擇性催化還原混合器結構優化及驗證

李江飛，朱海艷，牛雨飛，徐 謙，喬寶英，張 強

（1.無錫億利環保科技有限公司，無錫 214000；2.北京大學 工學院，北京 100871；3.河北億利科技股份有限公司，邢臺 054800；4.山東大學 能源與動力工程學院，濟南 250061）

0 概述

柴油機具有轉矩大、熱效率高、油耗低等優點，是船舶的主要動力設備［1-2］。隨著船舶運輸和漁業的繁榮發展，船用柴油機廢氣污染問題逐漸成為社會關注的熱點問題，而NOx是船用柴油機最主要的排放污染物之一［3］。為了減少NOx造成的環境污染，國際海事組織（International Maritime Organization，IMO）對船舶尾氣中NOx排放提出了3 個階段的限制要求［4］，Tier Ⅲ要求NOx排放在Tier Ⅰ基礎上降低80%，單純依靠機內凈化措施無法滿足Tier Ⅲ法規。

選擇性催化還原技術（selective catalytic reduction，SCR）是目前國際上公認的用于降低船用柴油機尾氣中NOx排放的主要技術［5］，即在催化劑的作用下，通過尿素噴射系統向SCR 上游噴入尿素水溶液，把尾氣中的NOx還原成N2和H2O［6-11］。目前，針對船用柴油機SCR 系統的研究尚較少。船用柴油機的排氣量大且管道直徑大，若混合器結構設計不合理，會造成NOx轉化效率低、尿素結晶、背壓大等問題［12-17］，NOx轉化效率低則無法滿足排放標準，混合器背壓大則會影響船舶的動力性及經濟性。

本文中針對船用柴油機SCR 系統，設計6 種不同的混合器結構，采用計算流體動力學（computational fluid dynamics，CFD）方法對不同混合器方案進行了仿真分析和對比，選擇最優方案，對其進行臺架排放試驗以驗證該設計是否滿足Tier Ⅲ排放標準。本研究可為船用柴油機SCR 的混合器結構設計提供參考。

1 結構方案

SCR 初始方案如圖1所示。……