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《西南石油大学》 2012年
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钻井柴油机尾气处理装置设计及流场数值模拟

朱小兵  
【摘要】:本文通过对钻井柴油机尾气的生成机理、特性及其排放规律进行研究,对比国内外先进柴油机尾气处理技术,提出一种结构简单、阻力小、过滤效率高、捕集粒径范围宽、能耗低的钻井柴油机尾气处理装置的设计方案,并根据现场工况和工程经验设计研制了该处理装置。采用RNG k-ε湍流模型,对该尾气处理装置的气相流场和无电晕极的常规旋风分离器的气相流场进行数值计算,通过对比数值计算结果分析研究尾气处理装置内流场三维速度分布规律,为设计优化尾气处理装置提供指导依据,最后通过现场试验,分析研究处理装置的性能及其影响因素。 根据数值模拟计算结果分析,与常规旋风分离器相比,该尾气处理装置内流场切向速度扰动较明显,切向速度平均值下降,外涡区降幅达20%,同时由于受电晕极影响,处理装置内涡流流动也更加紊乱一些。处理装置内轴向速度在下行流区较慢,在上行流区较大。相对而言,径向速度量级较小,呈非轴对称分布。总体来说,处理装置内流场三维速度分布趋势和常规旋风分离器基本保持一致。 在数值模拟和流场速度分布的基础上,分析了电晕极使处理装置阻力减小的原因,验证了流动阻力的减小有利于装置内尾气的排出,可避免由排气不畅导致柴油机背压升高,引起熄火的现象,符合最初的设计理念。 西南油气田现场试验的检测结果表明,尾气处理装置对PM具有显著的净化效果,对NOx也具有一定的作用,对环境保护具有显著的效益。该装置首次将旋风分离技术和静电捕集技术结合应用于钻井柴油机的尾气处理方面,对大功率柴油机尾气后处理技术有一定的指导意义。
【学位授予单位】:西南石油大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:X741

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