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《哈尔滨工程大学》 2017年
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船舶脱硫塔波形板除雾器数值模拟研究

李霄  
【摘要】:废气后处理是目前控制船舶SOx排放最有效的技术,其中湿法废气脱硫技术是最成熟的工艺。为了满足日益严格的法规要求,湿法脱硫系统在船舶上应用越来越广泛。除雾器是该系统的关键设备之一,其安装在废气出口处,用以捕集废气中所携带的液滴,减少污染物的沉降,改善烟道腐蚀,同时能节约系统的补给水量。波形板除雾器因其结构紧凑、体积小、分离效率较高,被广泛应用于脱硫系统中。对波形板除雾器的性能和颗粒沉积进行深入研究有利于设计和优化分离装置使之高效化、紧凑化,同时可以改善除雾器的冲洗规律。本文通过数值模拟的方法分别研究了除雾器的除雾性能与颗粒结垢情况。本文先在微观层面分析了脱硫塔内液滴的特性、二次液滴产生的原因和颗粒在板片沉积的过程。在此基础上采用流体计算软件实现了对除雾器性能与板片颗粒沉积的数值模拟,建立了除雾器性能预测模型,并对其结构参数进行了多目标优化。本文的主要研究内容和所获结论如下:在波形板除雾器的性能研究中,以除雾效率和压降为性能指标,结合船舶脱硫塔使用实际确定了波形板除雾器的典型结构参数及操作参数,进而对比研究了这些参数对除雾器性能的影响。比较四种不同板型除雾器的性能得到,相同结构参数下不带钩流线型板片通道压损最低但分离效率也最低,带钩折线型通道分离效率最高,又需要克服最大的压力损失;带钩折线型板片上液膜主要集中在第一个和第二个疏水钩前,表明分离过程主要由前两个疏水钩来实现;通过韦伯数判断平板壁面液膜与转角处液膜的撕裂情况,得出疏水钩转角处液膜的撕裂是二次液滴形成的重要原因;由模拟结果构建了除雾器性能预测模型,得出影响除雾器除雾效率和压降的主要因素是转折角度和废气流速;综合考虑除雾效率和压降,通过遗传算法对除雾器结构参数进行了优化。在波形板除雾器颗粒结垢研究中,构建了颗粒沉积过程的数值模型,模拟得到研究参数范围内与垢层厚度正相关的参数有废气流速、颗粒浓度、疏水钩长度和转折角度,与垢层厚度负相关的参数有疏水钩宽度和板片间距。本文所使用的模型和数值模拟方法能为除雾装置的设计、最优运行参数的选取以及冲洗时间的安排提供有力的支撑,实现为工程服务的目的。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:U664.9;TP18

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