船舶廢氣洗滌脫硫填料塔設(shè)計(jì)及研究.pdf

1、隨著船舶航運(yùn)業(yè)的發(fā)展，船舶柴油機(jī)廢氣中的SOx對海洋大氣環(huán)境的污染越來越嚴(yán)重，世界各國及國際組織制定了嚴(yán)格的船舶燃油硫含量控制法規(guī)。船舶廢氣排放后處理被認(rèn)為是目前最有前途的船舶SOx排放控制技術(shù)。后處理技術(shù)中，廢氣洗滌脫硫技術(shù)的處理效果最好，經(jīng)濟(jì)性也相對較好。國外已廣泛開展了對船用柴油機(jī)洗滌脫硫系統(tǒng)的研究，而國內(nèi)的研究相對薄弱。由于IMO排放控制區(qū)燃油硫含量法規(guī)將于2015年實(shí)施，因此對適用于船舶動(dòng)力裝置的廢氣洗滌脫硫系統(tǒng)的研究具有重要

2、意義。
　　本文對船舶廢氣洗滌方案進(jìn)行了研究，考慮到船舶空間受限以及船舶穩(wěn)定性的要求，選用濕式洗滌方法作為船舶廢氣洗滌系統(tǒng)技術(shù)方案；同時(shí)考慮到船舶柴油機(jī)對背壓有嚴(yán)格的要求，本文選用填料塔作為洗滌系統(tǒng)的吸收設(shè)備，以NaOH作為吸收過程中的吸收劑。本文在充分研究SOx吸收過程中涉及的物理過程和化學(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)上，基于雙膜理論對吸收傳質(zhì)過程進(jìn)行了理論研究，并采用Aspen Plus來模擬吸收塔內(nèi)脫硫吸收過程，探明了傳質(zhì)過程中的主要影響因素

3、。為驗(yàn)證理論研究成果，本文設(shè)計(jì)了填料塔方案，包括對吸收流程、吸收劑、塔填料及操作條件的選擇；完成了填料塔結(jié)構(gòu)以及填料塔附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)，包括塔體結(jié)構(gòu)尺寸、填料的支承裝置、液體噴淋裝置、氣體和液體進(jìn)出口裝置的選擇及計(jì)算；根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果搭建了船用柴油機(jī)洗滌脫硫?qū)嶒?yàn)臺(tái)以驗(yàn)證自行設(shè)計(jì)的填料塔的脫硫效率，并研究分析了脫硫過程中填料的種類、填料層厚度、液氣比(L/V)、吸收液pH值、吸收液溫度及進(jìn)氣溫度對脫硫效率的影響；同時(shí)考慮到脫硫裝置在船舶上實(shí)際應(yīng)

4、用時(shí)，需同時(shí)處理多個(gè)動(dòng)力裝置的廢氣，本文進(jìn)行了雙柴油機(jī)并車廢氣洗滌實(shí)驗(yàn)，以支撐IMO對動(dòng)力裝置廢氣共用相關(guān)導(dǎo)則的修改。
　　本文通過研究，得到了如下結(jié)論：對于所選的6種不同填料，其脫硫效率順序?yàn)榻饘俨y板＞金屬矩鞍環(huán)＞漢凱特球形＞塑料矩鞍環(huán)＞金屬鮑爾環(huán)＞塑料階梯環(huán)；金屬材質(zhì)的填料脫硫效率優(yōu)于塑料材質(zhì)的填料；在填料層厚度為0~400mm的范圍內(nèi)，脫硫效率隨填料層厚度的增加而增大；液氣比在1.9~2.8L/m3的區(qū)間內(nèi)，脫硫效率隨液氣

5、比的增加而增大；液氣比超過2.8L/m3以后，脫硫效率開始呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢，實(shí)驗(yàn)得出適宜的操作液氣比為2.2~2.8L/m3；脫硫效率隨著吸收液pH值的增加而增大，pH值在7~10的范圍內(nèi)，脫硫效率隨pH增大而顯著增加；當(dāng)pH值范圍在10~12之間時(shí)，脫硫效率的增長趨勢趨于平緩，適宜的吸收液pH值范圍為8~10；在吸收液溫度為25~65℃的范圍內(nèi)，脫硫效率隨吸收液溫度的升高而降低，實(shí)際操作中應(yīng)控制吸收液的溫度不超過50℃；進(jìn)氣溫度在3

6、0~60℃的范圍時(shí)，脫硫效率隨進(jìn)氣溫度的升高而增大；在60~100℃的范圍內(nèi)，脫硫效率隨著進(jìn)氣溫度的升高而明顯下降，實(shí)驗(yàn)得出應(yīng)控制進(jìn)氣溫度在40~70℃的范圍內(nèi)；采用雙柴油機(jī)并車實(shí)驗(yàn)時(shí)，柴油機(jī)排氣背壓呈增大的趨勢，平均升高0.3kPa左右；塔內(nèi)平均壓降為單機(jī)時(shí)塔內(nèi)壓降的4倍以上；柴油機(jī)的燃油消耗率比單機(jī)運(yùn)行時(shí)略有提高；柴油機(jī)的扭矩比單機(jī)運(yùn)行時(shí)略有降低。
　　本文對船用柴油機(jī)廢氣脫硫填料塔進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，并對影響船舶廢氣洗滌脫硫系統(tǒng)