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基于超声波雾化法的船舶废气NaClO_2气雾脱硝实验研究

郑德康  
【摘要】:船舶运输具有运量大、安全可靠、经济性高等优点,是国际贸易最主要的运输方式。船舶普遍采用柴油机作为动力装置,燃烧后排放废气中NOx含量高,对大气和生态环境造成了严重的污染。为了满足相关排放法规的要求,世界主要航运国家均在积极研发船用NOx减排技术。虽然EGR和SCR两种技术较为成熟,但两者尚存在一定的不足,暂未得到大范围的推广使用。湿法氧化技术可同时脱除多种污染物,系统简单可靠,运行成本较低,是当前船舶废气脱硝的研究热点。但是传统的湿法洗涤器体积庞大,需占据较多的船舶空间,同时该方法还需随船存储大量的洗涤废液,这影响了湿法氧化脱硝技术的实际应用。超声波雾化所获气雾微粒直径极小,可大大增强气液传质效率。本文基于小型超声波雾化脱硝反应装置,实验研究了不同氧化剂气雾、气体流量、NaClO2浓度、NO浓度、溶液pH值、反应时间、雾化功率等主要因素对脱硝效果的影响,并对相关反应机理进行了讨论分析。结果表明,NaClO2气雾对NO氧化效率强于NaClO和H2O2气雾。载雾气体流量会影响出雾速率大小,同时也会影响雾滴直径,对脱硝效果产生双重作用。随NaClO2浓度不断增加,NOx脱除率持续升高。随NO浓度增加,NO与NaClO2摩尔比不断加大,NO去除率呈下降趋势。在pH值从4到11的变化过程中,NO去除率始终保持在较稳定的水平,仅当pH值升高到12后,NO去除率才有明显降低,说明超声波雾化NaClO2脱硝可以在较宽泛的pH值范围内实现较好的脱硝效果。超声波雾化NaClO2脱硝所需反应时间较短,在反应时间为0.27 s时,反应仍可充分进行,有利于减小反应装置尺寸。超声波雾化功率可通过影响雾化量进而影响脱硝效果。平行实验结果显示,超声波雾化脱硝技术可实现较高的脱除效率,数据稳定可靠,具有一定的应用价值。基于实验研究,本文设计了一种超声波雾化NaClO2废气综合处理系统。该系统可实现多污染物协同脱除;装置体积较小;脱硝后废液量较少,方便存储。本文以5S35ME-9B柴油机为例进行能耗分析。结果表明,超声波雾化装置运行功率为2.78 kW,占主机功率的0.06%。采用NaClO2气雾进行船舶废气脱硝具有较好的可行性和广阔的应用前景。


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