基于O3/NaClO协同氧化法的船舶废气脱硝实验研究

摘要

船舶运输为世界经济的发展起到了至关重要的推动作用，但同时也带来了不容忽视的废气排放问题。近年来，国际海事组织制定和实施了严格的法规，以限制船舶废气中的硫氧化物、氮氧化物等污染物的排放。为了减少氮氧化物排放，人们不断探索各种经济适用的船舶柴油机废气脱硝技术。除了SCR、EGR等成熟技术，O3氧化脱硝、湿法洗涤脱硝等技术也是国内外学者研究的热点技术。虽然O3具有良好的脱硝氧化性，但在高温(＞150℃)条件下会发生明显的自分解，且制备O3需要消耗大量的电能。而单一湿法洗涤脱硝技术需要随船存储大量的氧化剂药品及洗涤后废液。这在很大程度上制约了O3氧化脱硝、湿法洗涤脱硝技术在实船上的应用。
　　本文首次提出了一种干湿法同位协同脱硝方法，即在湿法洗涤反应器中注入O3，通过O3与洗涤液中的NaClO同位协同氧化NO。目的是首先通过湿法洗涤过程降低O3与NO反应时的温度，大大减少同位注入O3的自分解，提高O3的脱硝利用率。同时采用NaClO替代部分O3，减少O3的使用量，从而减少其对电能的过多需求。该方法兼具了O3氧化脱硝与湿法洗涤脱硝的优点，具有十分良好的实用性和经济性。
　　首先，基于O3干法氧化NO实验系统研究了烟气温度、停留时间、O3注入浓度等主要因素对O3自分解率的影响。结果表明，O3自分解率主要与烟气温度有关，当烟气温度上升至200℃以上时，O3自分解率显著增大。在此基础上，实验研究了O3注入浓度对O3干法氧化NO性能的影响。结果表明，随着O3注入浓度的增加，出口NO浓度线性下降，O3可以高效地将烟气中的NO氧化为易溶于水的高价态NOx。
　　其次，基于湿法洗涤脱硝实验系统研究了NaClO浓度、溶液pH值、入口NO浓度、烟气流量、洗涤液温度、CO2浓度等主要因素对NaClO湿法氧化脱硝性能的影响。结果表明，在NaClO溶液初始pH值由4增加到12的过程中，NO去除率随pH值变化明显，当初始pH值为7时，NO去除率最高;随着NaClO溶液初始浓度、入口NO浓度的增加，NO去除率上升;随着烟气流量、洗涤液温度的增加，NO去除率下降;CO2浓度对NO去除率影响较小。
　　最后，基于干湿协同氧化脱硝实验系统实现了O3注入与NaClO溶液湿法洗涤的有机结合，初步研究了不同液相氧化剂种类、O3浓度和NaClO溶液初始浓度对干湿协同氧化脱硝性能的影响。结果表明，O3/NaClO协同氧化脱硝相比于O3协同其它液相氧化剂氧化脱硝具有明显优势。随着O3注入浓度及NaClO溶液初始浓度的增加，O3/NaClO协同氧化脱硝率升高。根据船舶运营特点，提出一种基于O3/NaClO协同氧化脱硝的船舶废气处理系统方案，并以大连海事大学陆上机舱船用主机MAN B&W5S35ME-B9为例，对该系统的O3能耗进行计算分析。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 船舶柴油机废气NOx的产生

1．1．2 船舶柴油机废气NOx的危害

1．1．3 船舶柴油机废气NOx的限排法规

1．2 船舶柴油机废气NOx排放控制技术

1．2．1 机前预处理

1．2．2 机内控制

1．2．3 机后处理

1．3 本文主要研究内容

第2章 O3干法氧化NO实验研究

2．1 实验系统及方法

2．1．1 实验系统

2．1．2 实验气体与仪器

2．1．3 数据处理万法

2．2 结果与讨论

2．2．1 烟气温度和停留时间对O3自分解的影响

2．2．2 O3注入浓度对O3自分解的影响

2．2．3 O3注入浓度对O3干法氧化NO性能的影响

2．3 本章小结

第3章 NaClO湿法氧化脱硝实验研究

3．1 实验系统及方法

3．1．1 实验系统

3．1．2 实验试剂与仪器

3．1．3 数据处理方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 NaClO溶液初始pH值的影响

3．2．2 NaClO溶液初始浓度的影响

3．2．3 入口NO气体浓度的影响

3．2．4 洗涤液温度的影响

3．2．5 共存CO2气体浓度的影响

3．2．6 不同烟气流量的影响

3．3 本章小结

第4章 O3／NaClO协同氧化脱硝实验研究

4．1 实验系统及方法

4．1．1 实验系统

4．1．2 实验试剂

4．1．3 数据处理方法

4．2 O3／NaClO协同氧化脱硝性能研究

4．3 本章小结

第5章 船舶废气处理系统方案设计与能耗分析

5．1 基于O3／NaClO协同氧化法的船舶废气处理系统方案设计

5．2 船舶主机废气处理需求分析

5．2．1 船舶主机参数及排气系统组成

5．2．2 船舶主机废气基本参数及废气中NO3浓度计算

5．3 基于O3／NaClO协同氧化法的船舶废气处理系统O3能耗分析

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文及专利

致谢

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