船用高壓SCR反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計與流場分析

周士龍，劉 洋，陳祖睿，朱良兵

(1.揚州中遠(yuǎn)海運重工有限公司，江蘇 揚州 225211；2.中國船舶集團有限公司第七一一研究所環(huán)裝部，上海 200090)

1 引言

氮氧化物 (NOx) 是大氣污染物中主要污染物之一, 也是柴油機排放主要污染物[1]。目前，隨著船舶數(shù)量的急劇增加，船舶柴油機煙氣排放污染物也越來越多，有數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，煙氣中僅氮氧化物NOx的排放量年排放量可達(dá)1275萬t[2]。船舶柴油機煙氣污染物導(dǎo)致的環(huán)境問題越來越嚴(yán)重。為防止船舶柴油機煙氣污染物繼續(xù)污染海洋、河流及大氣環(huán)境，國際海事組織(International Maritime Organization, IMO)頒布的《MARPOL公約》中對船舶柴油機煙氣污染物中NOx濃度限制做出了明確規(guī)定：2016年后在指定的排放控制區(qū)內(nèi)(Emission Control Areas, ECA)，柴油機轉(zhuǎn)速n<130 r/min的排放限值為3.4 g/(kW·h)[3,4]。

根據(jù)現(xiàn)有的控制技術(shù)水平，僅僅通過柴油機內(nèi)部凈化措施，已經(jīng)很難滿足如此嚴(yán)苛的法規(guī)要求，必須采取煙氣排放后處理技術(shù)才能有效降低煙氣中NOx的排放水平。目前最常用的控制煙氣中NOx的技術(shù)為煙氣再循環(huán)洗滌技術(shù)(Exhaust Gas Recirculation, EGR)和選擇性催化還原技術(shù)(Selective Catalytic Reduction, SCR)[5～7]。SCR技術(shù)是以催化劑為核心，將柴油機尾氣中的NOx與尾氣中添加的還原劑進行氧化還原反應(yīng)，促使NOx轉(zhuǎn)化為N2和H2O，其中還原劑主要是以尿素?zé)峤猱a(chǎn)生的NH3[8]。相較于EGR技術(shù)而言，初期投資相對較少，而且脫硝效率更高，NOx排放控制效果更好。SCR技術(shù)是目前國內(nèi)外研究重點，歐美發(fā)達(dá)國家率先建立船舶排放區(qū)，控制船舶排放，在船用柴油機氫氧化氫后處理的理論和實踐上處于世界領(lǐng)先地位。其中，荷蘭、瑞士、德國和美國是造船業(yè)最發(fā)達(dá)的國家，是最早開發(fā)船用柴油機SCR系統(tǒng)的國家[9～12], Johnson等[13]在船用SCR系統(tǒng)中對尿素噴射系統(tǒng)進行設(shè)計和測試以實現(xiàn)噴射的單獨控制,該系統(tǒng)可以達(dá)到Tier Ⅲ階段的標(biāo)準(zhǔn)。……