船舶柴油机排气脱硫脱硝研究

船舶柴油机排气脱硫脱硝研究 宁波大学本科毕业生毕业 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 编号: 本科毕业论文 船舶柴油机排气脱硫脱硝研究 Simultaneous Removal of SO2 and NOx from Ship Exhaust 分 院 海运学院 专 业 轮机工程 班 级 06 轮机 学 号 064120201 姓 名 邓彬富 指导教师 杨国华 职称 教授 完成日期 2010.4.5 1 宁波大学海运学院本科毕业设计(论文) 诚 信 承 诺 我谨在此承诺:本人所写的毕业论文《船舶柴油机排气脱硫脱硝研究》均系本人独立完成， 没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。 承诺人: 年 月 日 1 船舶柴油机排气脱硫脱硝研究 船舶柴油机排气脱硫脱硝研究 摘 要 【摘要】 【关键词】船舶尾气;臭氧氧化;海水吸收;能耗;系统分析 Simultaneous Removal of SO2 and NOx from Ship Exhaust Abstract 【ABSTRACT】In this paper, simultaneous removal of SO2 and NOx from a simulated flue gas by the new process was also investigated. The test results show that the influence of [O3]/[NO] ratio on NO oxidation was significant. The NO oxidization rate increased linearly as [O3]/[NO] ratio increased, and when the [O3]/[NO] ratio rose to 1, the NO oxidization rate came to 99.0%， 98.3%和98.1% at ambient temperature, 150? and 200?, respectively. The removal efficiency of NOx and SO2 reached 91.0% and 98.5% respectively, and the energy consumption was 56.4g NO/kWh. According to the actual ship out of stock exhaust system for analysis of desulphurization. The same time, absorption tower and the nozzles, spray layer, mist eliminators for selection the comparison is carried out between the new process, which is capable of removing SO2 and NOx from ship exhaust through a combination of ozone oxidation and sea water scrubbing, and SCR in every aspects such as the place occupied, investment and operating cost as well as DeNOx rate. And the study also focused on the feasibility of the new process in simultaneous removal of SO2 and NOx from Ship Exhaust. The International Maritime Organization (IMO) on the marine host nitrogen oxides (NOx) emission norms will come into effect in 2016, the provisions of NOx emissions cap of various speed marine host will be gradually lowered, so ozone oxidation - water absorption of the ship exhaust desulfurization and denitrification study has great application prospect. 【KEYWORDS】Ship Exhaust; ozone oxidation; sea water scrubbing; energy consumption; system analysis 2 宁波大学海运学院本科毕业设计(论文) 目 录 摘 要 ........................................................................................................................................................ ....... 2 Abstract ............................................................................................................................................ ................. 2 目 录 ........................................................................................................................................................ ....... 3 0引 言 ........................................................................................................................................................ ........ 4 1绪 论 ........................................................................................................................................................ ........ 4 1.1 船舶NOx控制方 法 .............................................................................................................................. 4 1.1.1 NOx的机内控制技 术 ................................................................................................................. 4 1.1.2 NOx的机外控制技 术 .............................................................................................................. 5 1.2 船舶SOx的控制方 法 .......................................................................................................................... 7 1.2.1 石油的脱硫技 术 ....................................................................................................................... 7 1.2.2 烟气脱硫技 术 ........................................................................................................................... 7 1.2.3 烟气海水脱硫技术 ................................................................................................................ 8 1.3 存在的问 题 ....................................................................................................................................... 8 1.4 本论文研究思路和意 义 ................................................................................................................... 9 2船舶尾气臭氧氧化-海水脱硫脱硝工艺原 理 ............................................................................................... 9 2.1 臭氧氧化原 理 ................................................................................................................................... 9 2.2 海水洗涤原 理 ................................................................................................................................. 10 2.3 小 结 ................................................................................................................................................. 11 3试验结果分 析 .............................................................................................................................................. 11 3.1 试验简 介 ......................................................................................................................................... 11 3.2 臭氧氧化结果分 析 ......................................................................................................................... 12 3.3 海水吸收结果分 析 ......................................................................................................................... 12 3.4 小 结 ................................................................................................................................................. 13 4脱硫脱硝工艺系统分 析 .......................................................................................................................... 13 4.1 船舶尾气臭氧氧化-海水脱硫脱硝工艺系统 ........................................................................ 13 4.1.1 装置布置与工艺过程 ........................................................................................................ 13 4.1.2 海水吸收系统 ....................................................................................................................... 15 4.1.3 海水脱硫脱硝吸收塔及塔内件的选型 ............................................................................... 15 4.1.3.1吸收塔塔型的选择 ...................................................................................................... 15 4.1.3.2 喷淋吸收空塔主要工艺设计参数 ............................................................................. 16 4.1.3.3 吸收塔的内件选型 ..................................................................................................... 17 4.1.3.4 设备防腐 ..................................................................................................................... 20 4.1.4 臭氧氧化氮氧化物反应管局部图 ....................................................................................... 20 4.1.5 臭氧发生器的选择 ............................................................................................................... 21 4.1.6 能耗分析 ............................................................................................................................... 21 4.2 船舶尾气臭氧氧化-海水吸收工艺与传统SCR法比 较 ............................................................... 22 5 结束 语 ........................................................................................................................................................ 24 5.1 结 论 ................................................................................................................................................. 24 5.2 展 望 ................................................................................................................................................. 24 参考文 献 ......................................................................................................................................................... 25 致 谢 ................................................................................................................................................................. 26 3 船舶柴油机排气脱硫脱硝研究 0引言 1997年国际海事组织(IMO)在IMO总部伦敦召开了MARPOL73/78缔约国大会，批准 了MARPOL73/78公约的一个新增附则，即附则VI《防止船舶造成大气污染规则》[1、2、 3]。该规则的出现，促进了一些发达国家更为严格的地方排放标准和控制 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 的出台，例如 瑞典要求国内船舶NOX排放控制为2g/(kWh)，这一标准必须装备船舶尾气净化设备才能达 到;挪威的目标是国内航海每年减少10000吨NOX;波罗的海国家都出台了类似的控制计 划。美国对一些沿海水域，如加利福尼亚沿岸等，已实施15%氧气时NOX排放限制在100×10 或更低的法规，美国环境保护局(EPA)提议航行在EPA控制水域的船舶如希望缴付最低―使 用费‖，则必须将柴油机尾气NOX排放水平降低80%或更低，这意味着船舶必须装备尾气 净化设备。但目前还没有合适的船舶尾气净化设备可供选择。以尿素(氨)为还原剂的选择 性催化还原法(SCR)曾在上世纪90年代一些船舶上应用，但SCR设备庞大，初投资和运 行费用高，还存在氨的储运和氨的超标排放问题，特别是存在尾气中的SO2和NH3反应生 成的硫酸铵对催化反应器通道的堵塞和对催化剂的污染问题，所有这些决定了该法不适合于 船舶应用。另外，船舶主机一般以重油为燃料，特别是远洋船舶多以劣质渣油为燃料，燃油 的平均含硫量高达 2.7%，因此船舶尾气的SO2排放也是个大问题。 -6 1 绪论 1.1.1 船舶NOx控制方法 船舶柴油机排放控制措施，分为机内控制(一次控制)和机外控制(二次控制)。 机内控制，是指在可燃混合气燃烧之前采取的降低污染物排放的措施，是通过控制燃烧过程来实现相应的目标，包括:机内、机外废气再循环技术(EGR);湿法降低NOx技术;添加燃油添加剂等。 机外控制，是在机内控制基础上，通过附加装置进一步降低排放量，以期满足附则VI的要求所采取的措施，包括:选择性催化还原技术(SCR)，废气洗涤法等。 1.1.2 NOx的机内控制技术 (1) 控制燃烧的技术 根据NOx的生成机理可知，欲降低NOx排放，最简单可行的方法是降低最高燃烧温度，这一措施包括改进燃烧室，可在保持原籍油耗率水平下，降低NOx排放量。采用控制燃烧方法降低NOx排放，这些措施可使NOx减少10%~20%，可满足要求。但降低了NOx排放指标，往往却又生成新的污染物，或伴随着油耗的增加。 (2) 废气再循环技术 废气再循环(exhaust gas recirculation ,EGR) 技术可以有效地降低柴油机NOx 排放。主要有以下两个原因:一是将一部分废气引入气缸，使缸内的含氧量减少;二是再循环的废气 4 宁波大学海运学院本科毕业设计(论文) 使气缸内的最高燃烧温度降低。这两个因素都会影响NOx的生成。与此同时，泵吸收损失、冷却散热损失以及燃烧产物离解反应降低，油耗率降低( EGR率较高时会降低火焰传播速度，从而使燃油的油耗率有所增大)。一般来讲，废气再循环的废气回路主要有两种:高压废气再循环回路和低压废气再循环回路。 (3) 直接喷水 瓦锡兰公司目前已经开发出降低大功率船舶柴油机排放中NOx (还有SO2) 含量的新装置——燃烧室直接喷水装置。其基本原理是设计了同时喷水和喷油的复合型喷油器，这种复合型喷油器有两个喷嘴，一个喷油，另一个喷水，喷水降低了燃烧的温度，可以降低排气中的50%,60 %的NOx。燃油喷射系统和常规机型的燃油喷射系统一样，喷水系统完全与喷油系统隔离，停止喷水时对机器的运转没有影响。 与直接喷水相类似的一种降低NOx排放的方法是:向燃油中加入一定比例的水和乳化剂制成乳化燃油，燃烧时也会降低最高燃烧温度，抑制NOx 的生成。此外，乳化燃油还将增加着火延迟时间，提高预混燃烧的比例，从而有利于减少NOx的排放。但是直接喷水和燃油乳化导致的最直接的结果是:燃烧不完全，柴油机的功率降低，燃油消耗率增加。因此采用此种方法降低柴油机废气排放时，需要折中进气富氧和燃料加水的比例。 (4) 高压喷射、缩短喷油持续期 随着燃油喷射压力的提高(大于150 MPa)，雾化质量改善，喷射能力增加，吸入油束内的空气量增加，混合气质量提高，燃烧速度加快，可使炭粒排放物显著降低。同时，高压喷射、缩短喷油持续期可在喷油终点不变的前提条件下，喷油定时延迟，将使整个燃烧过程推迟。由于燃油喷入气缸前气体已经充分压缩,压缩终了时的压力和温度增高，使得燃油喷入后的滞燃期缩短，易于发火燃烧，同时滞燃期喷入的燃油较少，使燃烧速度和放热率降低，从而降低了火焰温度，使NOx 生成率和排放率降低。 1.1.3 NOx的机外控制技术 由于机内控制排放并不能完全起到净化效果，因此对已排出燃烧室但尚未排到大气中的废气进行处理，采取机外控制技术显得很有必要。当今，NOx的机外净化主要是采用催化转化技术。 (1) 传统处理方法 目前利用废气后处理来减少NOx的排放量，一般是利用SCR技术，SCR技术是将含氨的添加剂(如氨气、尿素等)喷人排气管，含氨添加剂与NOx发生反应，生成N2和H2O。三菱重工(MHI)以1台二冲程低速柴油机为基础，对乳化油、喷油正时、气缸分层喷水和SCR技术进行 5 船舶柴油机排气脱硫脱硝研究 了研究，使用SCR技术降低NOx效果最好。SCR技术的主要问题是: 1) 反应层往往被氨盐、钙盐等覆盖，使其减少了活性; 2) 含氨添加剂在高温条件下与O2发生燃烧，从而生成NOx，或与氧化硫反应生成更多的颗粒物;如果主机使用高硫分燃油, SCR有被在催化还原过程中生成的硫酸胺(NH3SO4) 堵塞的危险; 3) 含氨添加剂消耗量大，且有毒，贮运困难; 4) 反应器安装空间大; 5) 投资和运行费用高。 (2) 等离子体处理技术 近几年，出现了一种新兴的物理与化学相结合的废气处理技术—低温等离子技术(Non-thermal Plasma, NTP)。将NTP技术应用于柴油机排气净化，使柴油机排气后处理技术领域的一种全新概念。NTP不仅对碳烟微粒(PM)有很好的净化效果，而且能对NOx、HC、CO等有害物实现同步净化且不影响柴油机运行性能。 所谓等离子体，是物质的第四态，它是气体分子受电场、辐射和热等外加能量影响而激发、解离和电离形成的包含电子、离子、原子、激发态物种和自由基等的集合体，因其正负电荷总量大致相等而被称为等离子体。等离子体按产生方式，电离度等有不同分类方式，若根据等离子体的粒子温度，其可分为高温等离子体、热等离子体和冷等离子体(后二者又统称为低温等离子体)等。一般等离子体化学合成及大气污染物消除涉及的是冷等离子体。冷等离子体的电子温度可达10K~10K(一至数十eV)，而气体温度(即中性粒子和离子温度)却可低到数百度甚至室温。冷等离子体的这种非平衡性意义重大:一方面，电子具有足够高的能量，通过碰撞使气体分子激发、解离和电离;另一方面，整个等离子体体系可以保持低温，从而实现化学反应和能量的有效利用。最常用的等离子体产生方式是气体放电，按放电气压可分为低气压(10~10Torr)放电和高气压(数十Torr，大气压或更高)放电两类。直流、射频等放电方式均可用于在低气压下产生空间均匀的辉光放电，而微波放电、电晕放电和介质阻挡当点均可在高气压产生，适合空气中污染物处理的是高气压放电。微波等离子体是无电极放电，可产生大量长寿命自由基和基态原子等化学活性物种，为许多独特的化学反应提供了有利条件。电晕放电可利用曲率半径差异很大的非对称电极在常压下产生等离子体，但难以获得大体积均匀等离子体。两电极间存在绝缘介质的介质阻挡放电则可在常压下产生空间分布相当均匀的冷等离子体，介质阻挡放电也是目前在空气污染物的等离子体脱出中研究得最多的一种放电方式。 随着等离子体科学与技术的发展，低温等离子体技术成为近几十年来的研究热点，从20世纪70 6 -345 宁波大学海运学院本科毕业设计(论文) 年代开始，国外已相继开发了一些新的烟气处理技术，拟取代传统烟气处理技术。这些技 术包括:1) 电子束法;2) 脉冲电晕法;3) 直流电晕法;4) 介质阻挡放电法;5) 表面放电法等。这些技术的共同特征在于，通过一定的方式在烟气中产生等离子体，NOx 等污染性气体在等离子体区被分解或氧化，浓度可降低到排放标准以下。 1.2 船舶SOx的控制方法 目前，减少SO2排放量的主要方法有:(1) 使用低硫燃料;(2) 石油脱硫;(3) 排烟脱硫。方法(1)受到了地球资源的限制，人类可以积极采取的对策便是(2)、(3)两种方法。船舶排烟脱硫处理将是今后船舶防止SO2污染大气的主要发展方向。 1.2.1 石油的脱硫技术 其主要采用的是氢化法，利用触媒(通常是Co—Mo 和Ni—W)在高温高压的条件下，使石油中的硫分与氢反应形成硫化氢来脱硫，而且，随着能源环境问题的日益严重化，该方法逐步被推广应用在重质馏分，渣油的脱硫发展领域。通常轻馏分的氢化脱硫温度为300~400?。压力为10~40 kg/cm。 1.2.2 烟气脱硫技术 烟气脱硫技术广泛用于控制废气污染源SOx 的排放，减少全球范围内的人类活动而产生的排放量，从而有助于改善空气质量，有利于人类身体健康和环境。船舶废气污染物中的SOx 主要是指SO2，其性质是酸性的，可以通过适当的碱性物质反应从烟道气中脱除SO2。烟气脱硫最常用的碱性物质是石灰石( 碳酸钙) 、生石灰( 氧化钙、CaO) 和熟石灰( 氢氧化钙) 。石灰石产量丰富，因而相对便宜，生石灰和熟石灰都是由石灰石通过加热来制取。有时也用碳酸纳(纯碱)、碳酸镁和氨等其它碱性物质。所用的碱性物质于烟气中的SO2 发生反应产生了一种亚硫酸盐和硫酸盐的混合物(根据所用的碱性物质不同, 这些盐可能是钙盐、钠盐、镁盐或铵盐)。亚硫酸盐和硫酸盐间的比率取决于工艺条件，在某些工艺中，所有亚硫酸盐都转化成了硫酸盐，SO2与碱性物质间的反应或在碱溶液中发生(湿法烟气脱硫技术)，或在固体碱性物质的湿润表面发生(干法或半干法烟气脱硫技术)。在湿法烟气脱硫系统中，碱性物质，通常是碱溶液，更多情况是碱的浆烟气在喷雾塔中相遇。烟气中的SO2 溶解在水中，形成一种稀酸溶液，然后与溶解在水中的碱性物质发生中和反应。反应生成的亚硫酸盐和硫酸盐从水溶液中析出，析出情况取决于溶液中存在的不同盐的相对溶解性。例如，硫酸钙的溶解性相对较差，因而易于析出，硫酸钠和硫酸氨的溶解性则好得多。在干法和半干法烟气脱硫系统中，固体碱性吸收剂或使烟气穿过碱性吸收剂床喷入烟气流中，使其与烟气相接触，无论哪种情况，SO2 都是与固体碱性物质直接反应，生成 7 2 船舶柴油机排气脱硫脱硝研究 相应的亚硫酸盐和硫酸盐。为了使这种反应能够进行，固体碱性物质必须是十分疏松或相当细碎。在半干法烟气脱硫系统中，水被加入烟道气中，以在碱性物质颗粒物表面形成一层液膜，SO2 溶入液膜，加速了与固体碱性物质的反应。 1.2.3 烟气海水脱硫技术 烟气海水脱硫工艺是利用天然海水的碱度实现脱除烟气中二氧化硫的一种脱硫方法。由于雨水将陆地上岩层的碱性物质(碳酸盐)带到海中，天然海水通常呈碱性，PH值一般大于7，其主要成分是氯化物、硫酸盐和一部分可溶性碳酸盐，以重碳酸盐(HCO3-)计，自然碱度约为1.2,2.5mmol/L，这使得海水具有天然的酸碱缓冲能力及吸收SO2的能力。海水脱硫的一个基本理论依据就是自然界的硫大部分存在于海洋中，硫酸盐是海水的主要成份之一，环境中的二氧化硫绝大部分最终以硫酸盐的形式排入大海。在脱硫吸收塔内，大量海水喷淋洗涤进入吸收塔内的烟气，烟气中的二氧化硫被海水吸收而除去，净化后的烟气经除雾器除雾后排放。 1.3 存在的问题 到目前为止，各国的研究者多关注于固定源的脱硫脱硝技术的研究，而在船舶尾气脱硫脱硝技术方面关注较少，而且移动源的各种机内净化措施又无法满足日趋严格的排放法规要求，所以对于船舶尾气的达标排放主要还是通过机外净化技术来满足。目前船舶尾气的控制主要存在以下两个非常重要的问题: (1) 固定源的脱硫脱硝技术不适用于船舶尾气的净化; 虽然烟气脱硫脱硝技术在国内外得到迅速发展和推广，但对于固定源的脱硫脱硝技术并不适用于船舶尾气。如炉内燃烧中同时脱硫脱硝技术，需控制燃烧温度和添加固硫剂，而燃烧后烟气中联合脱硫脱硝技术，多需要添加氨或者其他催化剂，而且能耗较大，投资费用较高，工艺复杂，对添加剂，如液氨的储存及运输都比较困难，同时产生的副产品也存在回收、储存及运输的问题，且设备占地面积大，这些因素都限制了在传统脱硫脱硝技术在船舶上的使用和推广。 (2) 已在船舶上应用的选择性还原法(SCR)也不适用于船舶尾气的一体化控制; 以尿素(氨)为还原剂的选择性催化还原法(SCR)曾在上世纪90年代一些船舶上应用，但 SCR 也存在不少问题，最大的缺点是尺寸大，投资大。基础型SCR体积与发动机相当，其投资费用是船舶的5 %,8 % ，是船舶柴油机的50 %。尺寸大对于本来空间就十分有限的船舶自然有不堪拥挤之患，高额投资难免令船东和使用者重担难负，SCR的使用费用(主要是还原剂消耗)也很高。除以上问题之外，还存在氨的储运和氨的超标排放问题，因氨的逸漏和新的反应物的产生使SCR有潜在的污染、毒害危险。碱性物质、蒸气、重金属等会被破坏，降低催化剂的效能，从而限制SCR的使用寿命。如果主机使用高硫分燃油，SCR有被在催化还 8 宁波大学海运学院本科毕业设计(论文) 原过程中生成的硫酸胺(NH3SO4)堵塞反应器通道和对催化剂的污染的危险。而船舶主机一般以重油为燃料，特别是远洋船舶多以劣质渣油为燃料，燃油的平均含硫量高达2.7%，因此船舶尾气的SO2排放也是个大问题，所以SCR技术无法解决船舶尾气的一体化控制。 因此船舶尾气的脱硫脱硝一体化控制是个亟需解决的问题。 1.4 本论文研究思路和意义 通过对船舶尾气臭氧氧化海水吸收工艺试验原理和结果讨论得出该技术运用在船舶上是可行的。该技术运用在船舶上，利用海水同时吸收船舶尾气中的NO2和SO2，充分利用了船舶在行驶过程中取用海水方便，海水溶解NO2和SO2，海水中的溶解氧将亚硫酸氢根离子、硫酸氢根离子和亚硝酸根离子转化为硫酸根离子和硝酸根离子，无需曝气，适合于船舶尾气的净化。结合船舶构造及其管路的布置研究和分析船舶柴油机废气臭氧氧化-海水吸收脱硫脱硝工艺系统;同时对吸收塔及喷嘴、喷淋层、除雾器进行选型;并且对船舶柴油机废气臭氧氧化-海水吸收脱硫脱硝工艺技术与传统的SCR作比较。国际海事组织(IMO)对船用主机的氮氧化物(NOx)排放 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 将于2016年正式生效，各种转速船用主机的NOx排放量规定上限将逐步调低，所以船舶尾气臭氧氧化-海水吸收脱硫脱硝研究有很大的应用前景。 2 船舶尾气臭氧氧化-海水吸收工艺原理 2.1 臭氧氧化原理 柴油机尾气中绝大部分NOx为NO，NO不溶于水、氨、或碱溶液，而高价态的NO2易被上述物质吸收，因此，可以通过先氧化、后吸收的方法来实现烟气中NOx的净化。按照氧化原理的不同，这类方法包括(1) 电子束法 质阻挡放电法[7][4];(2) 直流电晕法[5];(3) 脉冲电晕法[6];(4) 介;(5) 表面放电法[8]; (6) 臭氧法等，前5种方法都是利用高能电子对烟气中H2O、O2、或添加剂NH3碰撞，破坏这些气体分子的化学键，产生大量活性自由基，如OH、O、HO2、NH、N2H等，利用这些活性自由基氧化NO，存在的共同问题是高能电子对烟气中的气体分子的碰撞没有选择性，大量高能电子消耗于对占烟气成分极大部分的N2和CO2的无用碰撞上，造成这些方法能耗较高、NO氧化率低。 O3作为自由基的一种在电子束、脉冲等离子放电中广泛存在，O3生存周期相对较长，因此将由臭氧发生器产生的臭氧直接注入烟道中，利用臭氧极强的氧化性，快速氧化烟气中的NO，这种方法可大大降低系统的电耗，反应式如下: NO,O3 NO2,O2 (公式2.1) 9 船舶柴油机排气脱硫脱硝研究 当然，除了反应式(公式2.1)，在反应器 (公式2.4) 产生的氢离子和溶解在海水里的碳酸氢根离子中和: ,H,,HCO3 H2O,CO2 (公式2.5) 海水中的亚硫酸氢根离子会在海水的天然曝气中进一步氧化成硫酸氢根离子: ,, (公式2.6) HSO3,O HSO4 硫酸氢根离子进一步形成硫酸根离子，从而使得SO2不再从海水里析出: 10 宁波大学海运学院本科毕业设计(论文) 2,HSO3,,HCO3, SO4,H2O,CO2 (公式2.7) 2.3 小结 针对船舶尾气中90%以上的NOX为NO，NO不溶于水，而高价态的NO2, NO3, N2O5与水反应生成HNO3，其溶解能力大大提高。利用臭氧将NO氧化成NO2，再利用海水吸收尾气中的NO2和SO2 ，此方法理论上是可行的。 3 试验结果分析 3.1 试验简介 通过对工艺原理的分析得出利用臭氧将NO氧化成NO2，再利用海水吸收尾气中的NO2和SO2 ，此方法理论上是可行的，根据净化控制方法，结合实际船舶柴油机燃烧废气的特点以及实验室条件，模拟试验如图3-1 [12] 接 气 体分 1 碳氢气 2 一氧化氮 3 二氧化硫 4 氮气 5 氧气 6 臭氧发生器 7 管式炉 8 反应管 9 烟气分析仪 10 尾气吸收装置 图3-1试验系统示意图 图3-2 反应管结构示意图 试验系统由反应管、臭氧发生器、尾气模拟系统、尾气吸收装置和烟气分析仪等组成。反应管由不锈钢制成，放置于可温控的管式炉内，通过调节管式炉温度，控制反应温度。反应管的结构如图3-2[12]所示，反应管的内径为36mm，长度为500mm，模拟尾气从反应管的模拟烟气入口端通入，在反应管内预热升温。反应管内同轴插入一根氧化性混合气体(O3+O2+N2)的进气管，进气管内径为 8 mm，插入深度可调，以调整反应时间，插入端端面封闭，离端部5mm处的圆周管壁上分布有直径为1mm的6个通孔，氧化性气体从6个通孔喷出，与反应管内的模拟尾气混合和反应。 氧化性气体(O3+O2+ N2)由氧气经臭氧发生器放电产生臭氧并与N2混合而成，臭氧浓度根据CJ/T 3028.2—94进行测量和计算。调节N2流量(Q3)和(O3+O2)流量(Q4)可调节臭氧浓度和反应管内的[O3]/[NO]摩尔比。 11 船舶柴油机排气脱硫脱硝研究 3.2 臭氧氧化结果分析 臭氧氧化试验主要研究了O3/NO/N2/O2体系中臭氧对NO的氧化特性在O3/NO/N2/O2体系中，O3与NO的氧化反应如下 [13] : O3,NO NO2,O2 (公式3.1)O3,NO2 O2,NO3 (公式3.2) NO2,NO3 N2O5 (公式3.3) O3/NO/N2/O2体系的试验结果如图3-3 [12] 所示。从图3-3可以看到，[O3]/[NO]对NO氧化率影响很 大，在各个温度下，NO氧化率基本上都是随[O3]/[NO]的增加而线性增大，当[O3]/[NO]为1.0、反应温度为常温、150?和200?时，NO的氧化率分别达到99.0%，98.3%和98.1%。从图3还可以看到，反应温度低于200?时，对臭氧氧化NO影响很小，反应温度大于200?后，随着反应温度升高，NO氧化率明显降低，升到275?时，[O3]/[NO]为1.0时的NO氧化率只有72.0%，主要原因是温度越高，O3分解速度越快。根据试验，当温度升高到275?时，3s内约有25%的臭氧分解所以臭氧氧化NO的反应温度应低于200?。对于船用二冲程低速柴油机，排气温度一般低于300?，所以对船用二冲程低速柴油机，要对尾气进行喷水降温以达到臭氧氧化NO的适宜温度。而对于高速柴油机，排气温度常大于300?，可采用―喷淋,氧化,喷淋‖的一体化净化工艺，即先用海水喷淋洗涤烟气，除去尾气中大部分的 SO2，同时降低尾气温度，使尾气温度降低到臭氧氧化NO的适宜温度，再用臭氧氧化尾气，最后再用海水喷淋洗涤烟气，以去除臭氧氧化NO生成的NO2和残余的SO2，达到高效脱硫脱硝效果。 3.3 海水吸收结果分析 海水吸收试验时，氧化反应温度为200?，海水温度为25?，模拟烟气的NO与SO2初始浓度均为400×10，O2浓度为4.1%，平衡气为N2。模拟烟气首先通入反应管内与臭氧气体混合反应，然后再通入吸收液为海水的吸收瓶中吸收，并分析吸收后模拟烟气的NOx与SO2浓度，结果如图3-4 12 [12] -6 所 宁波大学海运学院本科毕业设计(论文) 示。 从图3-4可以看到，经海水吸收后，SO2脱除率达到98.5%，而NO脱除率与[O3]/[NO]有关，因 NO氧化率与[O3]/[NO]呈线性关系，所以NOx脱除率也随[O3]/[NO]呈线性增加，当[O3]/[NO]=1时，NOx脱除率达到了91.0%。可见，臭氧氧化结合海水吸收可以高效率脱除NOx和SO2 3.4 小结 (1) NO脱除效率与[O3]/[NO]摩尔比有关，因NO氧化率与[O3]/[NO]摩尔比呈线性关系，所以NOx脱除效率也随[O3]/[NO]摩尔比呈线性增加，当[O3]/[NO] =1时，经海水吸收后，NOx脱除效率达到了91% (2) 经海水吸收后，SO2脱除效率达到98.5% (3) 臭氧氧化结合海水洗涤的方法可以同时高效脱除NOx与SO2。 4 脱硫脱硝工艺系统分析 4.1 船舶尾气臭氧氧化-海水脱硫脱硝工艺系统 4.1.1 装置布置与工艺过程 臭氧氧化-海水吸收系统的系统示意见图4-1。系统主要由臭氧发生器、泵、控制中心、计 量器、分析仪、雾化器和喷嘴等组成。工作过程是:由控制中心根据船舶尾气温度，运转海水泵、气泵及计量器。柴油机尾气经余热锅炉降温后，通入由控制中心根据尾气中NO浓度将适量的臭氧经喷射器喷入烟道，经氧化后的尾气再经过海水喷淋的工艺后排出。臭氧的浓度由控制器控制。喷嘴的作用是将海水增压泵提供的海水喷入烟道内，吸收尾气中的SO2和NO2。对于没有安装余热，可在上述工艺中锅炉的船舶增加雾化器，将海水喷入臭氧之前对尾气进行降温处理示意见图4-2 13 船舶柴油机排气脱硫脱硝研究 图4-1臭氧氧化-海水吸收装置系统图(含余热锅炉) 图4-2臭氧氧化-海水吸收装置系统图(不含余热锅炉) 14 宁波大学海运学院本科毕业设计(论文) 4.1.2 海水吸收系统 (2)海水输送系统 烟气吸收用的海水取自大洋中，用海水增压泵将海水经喷嘴和雾化器自上而下喷入烟囱，以烟囱作为吸收塔洗脱烟气中的二氧化硫和氮氧化物。吸收SO2，NOx后的酸性海水从烟囱底部流出，靠自重流至大海。海水增压泵采用两台，其中一台作为备用。采用多级多喷头雾化强化传质，这种喷淋形式根据吸收塔截面大小而选择喷头喷出角度，覆盖率达到200%以上，最大限度地增大了气液两相的接触面积和时间，力求使气液传质达到接近理论化学反应限度，从而达到提高海水吸收效率的目的。 (3)尾气吸收系统 烟囱内部海水喷淋采用三层喷淋管路，管道全部采用不锈钢管道，上部喷淋分配管采用喷淋管喷淋，下部喷淋管采用不锈钢加陶瓷内衬式旋流喷嘴，内部安装有气流分布板，以使烟气进入烟囱后气流分别均匀。反应后的液体从烟囱底流入海洋。 4.1.3 海水脱硫脱硝吸收塔及塔内件的选型 4.1.3.1吸收塔塔型的选择 在海水脱硫工艺中，吸收塔是一个核心部件，一个海水脱硫工艺能否成功，关键看吸收塔、塔内件及与之相匹配的附属设备的设计选型是否合理可靠。在脱硫工艺中运行阻力小、操作方便可靠的吸收塔和塔内件的布置形式，将具有较大的发展前景。目前，在国内的脱硫工艺中，应用较多的吸收塔塔型有喷淋吸收空塔、托盘塔、液柱塔、喷射式鼓泡塔等。国内学者曾在实验室里对各种塔型做了实验测试(见图4-3)，从测试情况看，在塔内烟气流速相同的情况下，喷淋吸收空塔的系统阻力最小，液柱塔的阻力次之，托盘塔的阻力相对较大 15 船舶柴油机排气脱硫脱硝研究 图4-3 主要吸收塔塔型测试情况 由于喷淋吸收空塔塔内件较少，结垢的机率较小， 运行维修成本较低，因此喷淋吸收空塔已逐渐成为目前应用最广泛的塔型之一。图4-4为喷淋吸收空塔结构简图。 图4-4喷淋吸收空塔结构简图 4.1.3.2喷淋吸收空塔主要工艺设计参数 (1)尾气流速 在保证除雾器对尾气中所携带水滴的去除效率及吸收系统压降允许的条件下，适当提高尾气流速，可加剧尾气和海水液滴之间的湍流强度，从而增加两者之间的接触面积。同时，较高的尾气流速还可持托下落的液滴，延长其在吸收区的停留时间，从而提高脱硫脱硝效率。另外，较高的尾气 16 宁波大学海运学院本科毕业设计(论文) 流速还可适当减少吸收塔和塔 图4-6 切向喷嘴喷淋照 轴向喷嘴(见图4-7)产生的是实心圆锥喷流型式(见图4-8)。与切向喷嘴相比，轴向喷嘴产生相同粒度的液滴时压降较小，即在压降相同时，其液滴的粒度会更小。 17 船舶柴油机排气脱硫脱硝研究 图4-7轴向喷嘴结构示意图 图4-8轴向喷嘴喷淋照片 螺旋喷嘴(见图4-9)产生的是一系列同心中空圆锥喷流型式(见图4-10)。与轴向喷嘴一 样，其入口和出口也在同一条中心轴上，但其 图4-10螺旋喷嘴喷淋照片 通过比较得出轴向喷嘴产生相同粒度的液滴时压降较小，即在压降相同时，其液滴的粒度会更小，比较适合船上应用。 在海水脱硫中喷嘴的材料一般有以下几种: 1)氮连接碳化硅(SNBSC)。用于制造空心锥形喷雾的切线型喷嘴。该材料防腐防锈性能优良，但断裂系数低、抗冲击性能极差。 2)反应连接碳化硅(RBSC)。用于制造螺旋型喷嘴。该材料防腐防锈性能优良，断裂系数是SNBSC的5,7倍，不耐冲击。 3)钴合金6(cobalt alloy6-AMS 5387)。用于制造螺旋实心锥形喷雾喷嘴。该材料防腐防锈性能优良，抗冲击能力强。 4)聚氨酯(polyurethane)。该材料防腐防锈性能优良，所有的MP和TH系列喷嘴都可以采用聚氨酯材料制造。相对而言，反应连接的碳化硅材料，在海水脱硫中应用较为广泛。 18 宁波大学海运学院本科毕业设计(论文) 喷嘴的连接型式有法兰连接、丝扣连接和承插连接三种。如喷淋管用FRP或PP材料，则宜采用后两者连接方式。 (2)喷淋层 吸收塔喷淋层的设计，应使喷淋层的布置达到所要求的喷淋液的覆盖率，使吸收液与烟气充分接触，以保证在适当的L/G条件下能可靠地实现所要求的脱硫脱硝效率，且在吸收塔的内表面不产生结垢。 一个喷淋层由带连接支管的海水母管和喷嘴组成(见图4-11)。每个喷淋层配一台吸收塔海水泵，从而保证吸收塔内所要求的海水喷淋覆盖率。各层喷嘴在上下空间上应错开布置，应保证海水重叠覆盖率至少达170%,250%，即喷嘴顶端下0.9m的锥形喷雾覆盖的面积乘以每层的喷嘴数，应等于能覆盖170%,250%的吸收塔横截面的面积。 图4-11喷淋层平、剖面示意 为保证选择的喷嘴在工作流量条件下能满足对尾气的喷淋效果，每一层喷淋层的所有喷嘴在设计布置时，应进行仔细计算，反复调整，以避免出现喷淋死角。另外，喷嘴的设计还应保证每个圆形螺旋形区域具有相同的喷雾密度。 (3)除雾器 1)除雾器功能简介 除雾器用来分离烟气所携带的液滴。在吸收塔内，由上下二级除雾器(水平式或菱形)及冲洗水系统(包括管道、阀门和喷嘴等)组成。 经过净化处理后的烟气，在流经两级卧式除雾器后，其所携带的微滴被除去。从尾气中分离出来的小液滴慢慢凝聚成较大的液滴，然后沿除雾器叶片往下滑落至塔底。在一级除雾器的上、下部及二级除雾器的下部，各有一组带喷嘴的集箱。集箱内的除雾器清洗水经喷嘴依次冲洗除雾器中沉积的固体颗粒。经洗涤和净化后的尾气流出吸收塔，最终通过烟道从烟囱排出。 2)除雾器的形式 除雾器从工作原理上可分为折流板和旋流板两种形式。在海水脱硫中折流板除雾器应用的较多。折流板除雾器中两板之间的距离为30,50mm，烟气中的液滴在折流板中曲折流动与壁面不断碰撞凝 19 船舶柴油机排气脱硫脱硝研究 聚成大颗粒液滴后在重力作用下沿除雾器叶片往下滑落，直到吸收塔塔底，从而除去尾气所携带的液滴。工作原理如图4-12所示。 图4-12 折流板除雾器工作原理示意 折流板除雾器从结构形式上，又可分为平板式和屋顶式两种(见图4-13、图4-14)。其中，平板式除雾器一般设两层, 由多片波形板组成, 整齐地铺设在支承梁上。其材料要求有一定刚度,在气体通过时不会波动变形, 安装、检修人员踩压在上面时也不会歪塌。欧洲国家的脱硫装置, 为改善耐温性能, 当温度>90?时, 首选材料是添加了滑石粉的增强聚丙烯, 美国一般用玻璃纤维增强塑料(FRP) , 而在我国，这两种材料均有应用。屋顶式除雾器是近年来兴起的一种高效除雾器，其优点是允许更高的空塔速度和较高的除雾效率，提高了塔 图4-14 屋顶式除雾器示意 4.1.3.4设备防腐 尾气海水脱硫装置可采用德国TIPTOP公司提供的涂料、固化剂、稀释剂、玻璃管内衬及加强相关材料。根据船舶环境，将本系统的防腐等级区分为:一级为吸收塔内钢梁;二级为吸收塔内表面:包括底层、基层、玻璃毛毡加强层和面层，为加强吸收塔底部的防腐保护，面层又加喷了1道玻璃鳞片树脂。三级为烟道，根据情况选用不同的玻璃鳞片树脂，包括底漆，3层或2层玻璃鳞片树脂。 4.1.4 臭氧氧化氮氧化物反应管局部图 由氧气经臭氧发生器放电产生臭氧通过多喷点以一定压力喷入管路使臭氧以尾气充分 20 宁波大学海运学院本科毕业设计(论文) 混合，再利用臭氧在低于200?下将NO氧化成NO2其反应管局部图如图4-15 图4-15 臭氧氧化氮氧化物反应管局部图 4.1.5 臭氧发生器的选择 臭氧发生器是使用一定频率的高压电流制造高压电晕电场，使电场通电2O3 (公式4.1) 按使用的气体原料划分，有氧气型和空气型两种。氧气型通常是由氧气瓶或制氧机供应氧气。空气型通常是使用洁净干燥的压缩空气作为原料。由于臭氧是靠氧气来产生的，而空气中氧气的含量只有21%，所以空气型发生器产生的臭氧浓度相对较低，而瓶装或制氧机的氧气纯度都在90%以上，所以氧气型发生器的臭氧浓度较高。本 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 中对臭氧发生器在船上应用，对瓶装或制氧机制氧成本相对较高，用空气型发生器对原料的来源不受限制，提高了装置的可靠性。 4.1.6 能耗分析 通过模拟试验研究了反应温度、[O3]/[NO]、碳氢、SO2等对臭氧氧化NO的影响，并对模拟尾气进行了臭氧氧化结合海水吸收的脱硫脱硝试验，从试验结果看，模拟尾气当SO2和NOx的初始浓度为400×10，经臭氧氧化-海水吸收后，脱硫率为98.5%，[O3]/[NO]为1时的脱硝率为91.0%， 同时根据臭氧发生器的能耗，可推算出该工艺的能耗(1kwh电能所能脱除的NO)为56.4 gNO/ kWh。若以12V46C型柴油机为例，其100%负荷时的功率为12600kW，排气量为62700m/h，尾气中NOx排放量为13 g/ kWh，能耗按56.4 g NO/ kWh计，NOx脱除率按91.0%计，则臭氧氧化结合海水吸收工艺的能耗仅为主机输出功的2.4%，而能使NOx排放量降低至1.17 g/kWh，不仅能满足IMO的要求(即曲轴转速<130rmp时，NOx排放小于17g/kWh，曲轴转速>2000rmp时，NOx排放小于9.8g/kWh)，还能满足欧洲?排放标准(小于7 g/kWh)，甚至满足瑞典政府SMA规定的排放标准(2 g/kW?h)。在脱除率和能耗方面都优于电子束法、 21 3-6 船舶柴油机排气脱硫脱硝研究 脉冲电晕法和直流电晕法等利用等离子体脱硝的方法。 4.2 船舶尾气臭氧氧化-海水吸收工艺与传统SCR法比较 选择性催化还原法SCR (Selective Catalytic Reduction) [14] [15] [16] 是一种利用废气后处理来减少NO、的排放量技术，其基本原理是将含氨的添加剂(如氨气、尿素等)喷入排气管，含氨添加剂与NO、发生反应，生成N2和H20，如图4-16[14]所示。对于船用来说，考虑到运行费用和船舶的贮存 柜容量，采用尿素作为还原剂将更加经济并且容易保存 图4-16 SCR 系统布置图 其基本化学反应方程为: 尿素水解: ,NH2,2CO,H2O NH3,CO2 (公式4.2) NOx 转换:4NO,O2,NH3 6H2O,4N2 (公式4.3) 6NO2,8NH3 12H2O,7N2 (公式4.4) 国外已经有多台柴油机安装了用以控制NOx的SCR装置，NOx减少率达到了明显的效果。如芬兰Wartsila公司生产的Vasa6R32E型中速柴油机，运行于瑞典一丹麦火车轮渡航线，采用SCR装置降低NOx 85%, CO 70%, HC 70%。此外还有B&W公司与一家丹麦公司合作开发的船用SCR系统，装于两艘航行于美国加州至韩国的货船上，在常用功率下，SCR系统可减少NOx 90% 。 由此可见，SCR技术能够较好地满足一些航区NOx排放控制较严的要求。但SCR系统装置(尤其是反应器)尺寸大，初投资成本稍高，运行费用高，另外在负荷变化时难以适当地控制喷入量。SCR的运行费用相当大的成份取决于还原剂(氨、尿素)的市场价值。此外应用于船舶时，还有还原剂的装卸、贮存和安全问题。将船舶尾气臭氧氧化-海水脱硫脱硝工艺与SCR比较，具有脱硫脱硝效率高，运行费用低，可靠性好，无副产品等优点。两者比较结果如表4-1所示。 22 宁波大学海运学院本科毕业设计(论文) 表4-1臭氧氧化-海水吸收工艺与传统SCR法比较 23 船舶柴油机排气脱硫脱硝研究 5 结束语 5.1 结论 (1)通过对臭氧氧化结合海水吸收同时脱除模拟船用发动机排气中SO2和NOx的新工艺原理和结果的分析得出臭氧氧化-海水吸收后，脱硫率为98.5%，[O3]/[NO]为1时的脱硝率为91.0%，能耗为56.4gNO/ kWh。 (2)由于喷淋吸收空塔塔内件较少，结垢的机率较小， 运行维修成本较低，因此喷淋吸收空塔较适合船上应用 (3)轴向喷嘴产生相同粒度的液滴时压降较小，即在压降相同时，其液滴的粒度会更小，比较适合船上应用 (4)屋顶式除雾器允许更高的空塔速度和较高的除雾效率，提高了塔内尾气扰度和湍流烈度，提高了脱硫效率，较适用于船上应用 (5)通过对船舶尾气脱硫脱硝系统分析并将传统SCR工艺和臭氧氧化结合海水吸收工艺进行比较。臭氧氧化结合海水吸收工艺具有工艺简单、占地少、可靠性好、投资省、运行成本低、无副产品、可同时脱硫脱硝，且脱硫脱硝率高(脱硝率〉90%，脱硫率〉98%)，能耗 低(仅为主机输出功的 2.5%以内)，不使用催化剂等优点，比传统SCR更适合于船舶尾气的净化。 5.2 展望 臭氧氧化结合海水吸收脱硫脱硝的新工艺在能耗上优于传统等离子体工艺，也优于传统 SCR工艺，显示出了高效率低能耗的优异特性，特别适合于船舶尾气净化。IMO辖下的海 事环境保护委员会(MEPC)2008年在伦敦总部举行第58届会议，一致通过防止船舶造成 污染公约(MARPOL)附件6条例，落实减低硫氧化物(SOx)和氮氧化物(NOx)等船舶 污染物排放规定。国际海事组织(IMO)对船用主机的氮氧化物(NOx)排放规范将于2016 年正式生效，各种转速船用主机的NOx排放量规定上限将逐步调低，所以船舶尾气臭氧氧 化-海水吸收脱硫脱硝研究有很大的应用前景。 24 宁波大学海运学院本科毕业设计(论文) 参考文献 [1] 徐俊池,防止船舶大气污染[J]. 中国海事, 2005(2): 58-60. [2] 李连健, 叶善彪, 雷世元. 船舶造成大气污染的控制[J]. 交通环保, 2002, 4(23): 36-38. [3] 黄万能, 谢以超. 船舶污染大气及国外的控制措施[J]. 航海技术, 2005(4): 59-61. [4] 邵德荣, 韩宾兵, 成都电厂电子束烟气脱硫示范工程[J].中国电力, 1998,31 (11).16. [5]Kawamura, K ., et al. On the removal of NOxandSO2in exhaust Gas from the Sintering Machine by eletron beam irradiation[J].Radiate. Phys. Chem, 1980, 16:133-138. [6]杨睿戆, 吴彦, 任志凌等.电子束氨法烟气脱硫技术工艺研究[J]. 环境污染治理技术与设 备, 2004,11(5):82-84. [7]李谦, 宁成, 李胜利等. 脉冲电晕非平衡等离子体对烟气SO2、NO的氧化脱除[J]. 环境 污染与防治, 1994, 16(5):1-4. [8]Ruinian Li, et al., A phenomenon of oxidation in removal Of SO2 from flue gas by positive pulsed streamer[J]. The 2nd International conference on Applied Electrostatics,1993:32-38. [9]Young Sun Mok, Heon-Ju Lee. Removal of sulfur dioxide and nitrogen oxides by using ozone injection and absorption–reduction technique. ARTICLE Fuel Processing Technology[J]. Volume 87, Issue 7, July 2006, Pages 591-597. [10]H.B.Botnen. Monitoring the marine recipient of a Flakt-Hydro seawater Scrubber outlet [M]. Chemical Engineering Science, 1999,1-13. [11]S.O.Strommen, Arne Ellestacl. The Flakt-Hydro Process Flue Gas Desulphurization by use of sea water [M]. Power, 1997,16-24. [12]杨国华, 胡文佳, 周江华, 胡海刚.船舶尾气臭氧氧化海水吸收的脱硫脱硝新工艺研究 [J].内燃机学报，2008(3): 279-282 [13] C.D. Cooper, F.C.Alley, Air Pollution Control[M], 2ed, Waveland Press, Inc., Long Grove llinois,1994 101-133 [14]黄加亮,船舶柴油机废气排放污染的控制技术[J].集美航海学院学报，1996 (3): 41-45 [15]黄步松,有效降低船用柴油NOx排放技术[R].技术咨询，2004 (4 ): 36-39 [16」胡以怀，应启光.船舶柴油机振动、噪声及废气排放.大连海事大学出版社[M].2003 25 船舶柴油机排气脱硫脱硝研究 致谢 光阴似箭，如白驹过隙，回想起四年求知之路的艰辛和快乐，在本科生涯即将结束之际，谨向多年来给予我关心和支持的老师、朋友、同学和亲人致以最诚挚的谢意。 首先感谢导师杨国华教授，本论文的顺利完成离不开杨老师的严格要求和悉心指导，从论文的选题，论文的撰写修改以及最终论文定稿，杨老师都严格把关，投入了大量的时间和精力，杨国华老师活跃的学术思想，严谨的治学态度，深邃的洞察力，渊博的学识和平易近人的品格将使我无论治学还是做人都终身受益。值此论文完成之际，特向杨老师致以最衷心的感谢和崇高的敬意，并祝杨老师及家人身体健康、万事如意! 当然在这四年的大学生活中，离不开各位老师。感谢郭江荣老师，张署老师，朱鸣鹤老师，王华定老师，于春令老师，赵智萍老师，宋金城老师，金跃波老师，郑志品老师，舒海平老师，特别是班主任徐小华老师的细心教导。一路走过来，在感受苦楚和艰辛的同时也沐浴关爱和温馨。在论文完成之际，我谨向给予我教导和帮助过我的所有老师致以衷心的感谢～ 同时也感谢求学生涯中给予关心和帮助的所有同学。感谢各位的一路支持，祝愿大家万事如意。 最后最深的祝福献给父母，感谢父母二十多年的含辛茹苦和无私关爱。 邓彬富 2010年4月 26 宁波大学本科毕业设计(论文)系列表格 宁波大学本科毕业设计(论文) 任 务 书 船舶柴油机排气脱硫脱硝研究 2 宁波大学海运学院本科毕业设计(论文) 宁波大学本科毕业设计(论文) 文献综述 3 船舶柴油机排气脱硫脱硝研究 4 宁波大学海运学院本科毕业设计(论文) 5 船舶柴油机排气脱硫脱硝研究 6 宁波大学本科毕业设计(论文)系列表格 宁波大学本科毕业设计(论文) 开 题 报 告 宁波大学本科毕业设计(论文)系列表格 宁波大学海运学院本科毕业设计(论文) 3 宁波大学本科毕业设计(论文)系列表格 宁波大学本科毕业设计(论文)系列表格 宁波大学本科毕业设计(论文) 开题论证记录表 宁波大学本科毕业设计(论文)系列表格 英文 翻译 阿房宫赋翻译下载德汉翻译pdf阿房宫赋翻译下载阿房宫赋翻译下载翻译理论.doc 分 院 海运学院 专 业 轮机工程 届 别 2010届 学 号 064120201 姓 名 邓彬富 指导教师 杨国华 2010 年 4 月 5日 宁波大学本科毕业设计(论文)系列表格 <文献翻译一:原文> Removal of sulfur dioxide and nitrogen oxides by using ozone injection and absorption–reduction technique1 Young Sun Mok a,*, Heon-Ju Lee b a Department of Chemical Engineering, Cheju National University, Jeju 690-756, Korea b Department of Energy Engineering, Cheju National University, Jeju 690-756, Korea Received 13 June 2005; received in revised form 18 October 2005; accepted 28 October 2005 Abstract A two-step process capable of removing NOx and SO2 simultaneously was proposed, which was made up of an ozonizing chamber and an absorber containing a reducing agent solution. Nitrogen oxides (NO plus NO2) in most practical exhaust gases consist chiefly of NO. The injection of ozone into the exhaust gas gives rise to a rapid oxidation of NO to NO2. Compared to NO, NO2 has relatively high solubility in water, and it can readily be reduced to N2 when the NO2-rich exhaust gas is brought into contact with the reducing agent solution. Sodium sulfide (Na2S) used as the reducing agent in this study can also remove SO2, effectively. As the exhaust gas passed through the ozonizing chamber and the absorber sequentially, NOx removal efficiency of about 95% and SO2 removal efficiency of 100% were obtained. The formation of H2S from sodium sulfide could be suppressed by using a basic reagent, together with the reducing agent. The rate of depletion of the reducing agent during the treatment of the exhaust gas was much faster than expected by reaction stoichiometry, obviously due to the oxygen in the exhaust gas. The amount of sodium sulfide required was found to be about four times the amount of NOx and SO2 removed. Keywords: Ozone injection; Reducing agent; Nitrogen oxides; Sulfur dioxide 1. Introduction The most abundant pollutants released to the air in most countries are sulfur dioxide (SO2) and nitrogen oxides (NOx). The exhaust gases from fossil fuel combustion often contain SO2 and NOx, concurrently. Up to now, several wet desulphurization technologies including calcium–gypsum process, magnesium oxide scrubbing, and double alkali process have been applied to the removal of SO2. For NOx control, catalytic, absorption, adsorption, and electrical discharge processes have been developed M. Koebel, M. Elsener and G. Madia, Ind. Eng. Chem. Res. 40 (2001), p. 52. Full Text via CrossRef View Record in Scopus | Cited By in Scopus (90), among which selective catalytic reduction (SCR) is regarded as the best available technology. When SO2 and NOx are separately treated by these technologies, it leads to increasing the investment and operating costs. To overcome this problem, there have been many attempts such as nonthermal plasma technology, electron beam irradiation technology and adsorption technology to remove SO2 and NOx at the same time, but only few commercial applications are reported. The main component of NOx (NO plus NO2) in most practical exhaust gases is NO. When the temperature of exhaust gas is sufficiently high, NO is easily removed by the SCR, and yet the performance of the SCR largely decreases as the temperature decreases. A noteworthy attempt to reduce NOx at low temperatures is to combine a nonthermal plasma process with the SCR. But, this kind of combined process may not be applicable to the exhaust gases containing both SO2 and NOx, because coexisting SO2 and ammonium salts formed during the treatment can ultimately deactivate the catalyst. Thus, complete 11. Young Sun Mok , Heon-Ju Lee. Removal of sulfur dioxide and nitrogen oxides by using ozone injection and absorption–reduction technique[J]. ARTICLE Fuel Processing Technology, Volume 87, Issue 7, July 2006, Pages 591-597. 2 宁波大学海运学院本科毕业论文系列表格 removal of SO2 before catalytic treatment is prerequisite for applying this combined process to the removal of NOx. Unlike NO having low solubility, NO2 is highly soluble in water. When NO2 is dissolved in water, it is converted into HNO2 and HNO3. Most wet NOx removal methods reported in the literature make use of both an oxidizing agent and a basic reagent to first oxidize NO to NO2 and then to neutralize the acids formed by NO2 dissolution. Although this type of wet processes can remove NOx from the exhaust gases, but a problem that total nitrogen content in water increases arises. The desirable mode of NOx removal from the exhaust gases may be the reduction to N2. One of the feasible methods to reduce NOx to N2 is to use a reducing agent such as sodium sulfite (Na2SO3) and sodium sulfide (Na2S). The solution made of one of these reducing agents can reduce NO2 to N2 while they are converted into sodium sulfate (Na2SO4) that is a nontoxic compound. In order to take advantage of this wet reduction technique, NO in the exhaust gas should be converted into NO2, prior to contacting with the reducing agent solution. An easily available means to convert NO into NO2 may be the injection of ozone into the exhaust gas. Ozone can be efficiently produced by dielectric barrier discharge (DBD). In the previous study, it has been found that the ozone injected into the exhaust gas reacts so fast with NO in a wide range of temperature before getting decomposed into O2 and O. Moreover, it has been shown that the ozone injection method is more energy-efficient for the oxidation of NO to NO2 than typical nonthermal plasma process directly applied to the exhaust gas. Thus, the combination of the ozone injection method with the wet reduction technique may be a potential way to remove NOx effectively. The primary purpose of this work is to present an exhaust gas treatment process utilizing the ozone injection method and the reducing agent, which can achieve simultaneous removal of NOx and SO2. For the present investigation, a DBD device using ac high voltage was employed as the ozone generator, and sodium sulfide was used as the reducing agent. Sodium sulfite can also be used as the reducing agent, but the amount of NOx that can be removed with a given amount of sodium sulfite is less than that with sodium sulfide. Note that two moles of sodium sulfite is needed to remove one mole of NO2, whereas one mole of sodium sulfide can remove two moles of NO2. Thus, the removal of NOx is more effective for sodium sulfide than sodium sulfite. Sodium sulfide can reduce not only NO2 but also SO2, which makes it possible to treat NOx and SO2, simultaneously. The performance of this combined process (ozone injection method plus wet reduction technique) was evaluated using a simulated exhaust gas, and the results were discussed. 3.3. Simultaneous removal of NOx and SO2 in the absorber Fig. 8 shows the results for simultaneous removal of NOx and SO2 using 0.6% (w/w) sodium sulfide nonahydrate solution. The concentrations of NO and NO2 at the outlet of the ozonizing chamber (at the inlet of the absorber) were 10 and 290 ppm, respectively. Contrary to NO and NO2, the concentration of SO2 was hardly affected by the injection of ozone, i.e., the concentration of SO2 at the inlet of the ozonizing chamber was similar to that and outlet of the ozonizing chamber. When the exhaust gas treated by ozone passes through the absorber, SO2 can be removed by Na2S as follows: (8)2SO2 + Na2S ? 2S + Na2SO4. Fig. 8. Variations of NO, NO2, and SO2 concentrations at the outlet of the absorber with 0.6% (w/w) sodium sulfide nonahydrate solution. In addition to the reaction above, SO2 can be removed from gas phase by its high solubility in water. Up to 70 min, the concentrations of all compounds were maintained very low, as in Fig. 8. After this stage, NO increased for a while and then decreased, accompanying the emission of high concentration of H2S. The reason for the increase in the concentration of NO was explained above. The emission of H2S in the presence of both NOx and SO2 was much higher than the case in the presence of NOx only, which can be explained by much higher proton concentration arising from the dissolution of either SO2 or NO2 in 3 宁波大学本科毕业设计(论文)系列表格 the reducing agent solution. When SO2 coexists, the reactions as below raise the proton concentration: SO2 + H2O ? H2SO3 (9) H2SO3 ? H+ + HSO-3 ? 2H+ + SO32_ . (10) As a result of reactions (9) and (10), the coexistence of SO2 with NOx accelerates reaction (6) to form H2S. That is why much higher concentration of H2S was emitted when the exhaust gas contained both SO2 and NOx. From an elapsed time of about 110 min, the concentration of NO2 gradually increased. The removal of NO2 after the depletion of the reducing agent is caused by the dissolution of NO2 in water (aqueous reducing agent solution). Thus, as the water is saturated, the dissolution of NO2 decreases. In the case of simultaneous removal of NOx and SO2, the reducing agent is consumed by either reaction (2) or (8). Compared to the results performed with NOx only (see Fig. 6), the period of time keeping the concentrations of NO and NO2 low was shortened due to the faster depletion of the reducing agent, when NOx coexisted with SO2. Regarding the emission of H2S, it can be prevented by using a basic reagent together with the reducing agent, as described above. Another merit of using a basic reagent is that it can cut down on the consumption of the reducing agent, because most of SO2 will be removed by the basic reagent instead of reaction (8). There are many cheap basic reagents available such as sodium carbonate and sodium hydroxide. If these reagents were used together with Na2S, the process economics would be improved. According to the stoichiometric calculation using reactions (2) and (8), the reagent depletion should take place later than the results in Fig. 6, Fig. 7 and Fig. 8. The reason for the faster depletion of the reducing agent is due to the presence of oxygen in the simulated exhaust gas. Sodium sulfide reacts with oxygen as follows: (11)Na2S + 2O2 ? Na2SO4. If sodium sulfide were not consumed by reaction (11), high NOx removal efficiency would be preserved longer. Putting all data in Fig. 6, Fig. 7 and Fig. 8 together, the amount of sodium sulfide required should be about 4 times the value calculated by reactions (2) and (8) on the average, i.e., about 75% of sodium sulfide is consumed through the reaction with oxygen. 4. Conclusions In this work, simultaneous removal of NOx and SO2 by using the ozone injection method and the reducing agent was investigated. In the ozonizing chamber, NO, which is the main component of NOx, was oxidized to NO2, and in the next step, NO2 was reduced to N2 by the reducing agent. The reducing agent, sodium sulfide was also able to remove SO2, effectively. The NOx removal efficiency obtained with this two-step process was around 95% while the SO2 removal efficiency was 100%. The rate of depletion of sodium sulfide during the treatment of the exhaust gas was much faster than expected. It was found that about 75% of sodium sulfide was consumed without reacting with NOx and SO2, and accordingly the amount of sodium sulfide required should be four times that of NOx and SO2 to be removed. The problem regarding the emission of H2S after a certain elapsed time could be cured by using a basic reagent (i.e., NaOH), together with the reducing agent. 4 宁波大学海运学院本科毕业论文系列表格 <文献翻译一:译文> 利用臭氧氧化和吸收去除和降低二氧化硫和氮氧化物的技术 莫一新，李宪举 ab济州国立大学化学工程系，韩国 济州道690-756 ; 济州国立大学能源工程系，韩国 济 州道690-756 摘要:同时提出去除NOx和SO2两个步骤，是组成一个臭氧室和吸收含有还原剂的解决 方案。氮氧化物(NO实际大多数是二氧化氮的废气)主要包括一氧化氮。臭氧喷入废气中 将NO迅速氧化为二氧化氮。相对于一氧化氮，二氧化氮具有较高的可溶于水，当充足的二 氧化氮接触到还原剂时，它可以很容易地转化为氮气。硫化碱(硫化钠)作为本研究使用的 还原剂，也可以有效的去除二氧化硫。由于废气通过臭氧室并透过吸收顺序，氮氧化物脱硫 效率约95,，二氧化硫的去除效率为100,。从钠的废气处理形成的硫化氢，远高于预期的 反应计量，明显是由于废气中的氧气。所需的钠硫量被发现大约是氮氧化物和二氧化硫量减 少的4倍。 关键词: 臭氧喷射;还原剂;氮氧化物;二氧化硫 1介绍 大多数国家公布的最多的空气污染物是二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)。化石燃料燃 烧的废气常同时含有二氧化硫和氮氧化物。截至目前，几种湿法脱硫技术，包括钙，石膏的 过程中，氧化镁清理和双碱工艺已应用于脱硫。对于氮氧化物的控制，催化，吸收，吸附和 放电过程已经开发，其中选择性催化还原(SCR)是现有最佳技术。当二氧化硫和氮氧化物 由这些技术处理时，就会导致投资和运营成本的增加。了克服这个问题，出现了许多同时去 除二氧化硫和氮氧化物的尝试，诸如非平衡等离子体技术，电子束辐照技术，吸附技术，但 只有很少的被商业应用。 氮氧化物的主要组成部分中最主要的废气是一氧化氮。当废气温度足够高，NO是很容易被SCR去除的，但SCR的表现主要是随着温度的降低而减少。值得注意的是，在低温减少氮氧化物是结合SCR和非平衡等离子体的过程。但是，这种混合过程可能不适用于废气中同时包括二氧化硫和氮氧化物，因为共存的二氧化硫和在治疗过程中形成的铵盐，会导致催化剂的停用。因此，在催化反应前全去除二氧化硫是应用这种组合工技术脱硝的先决条件。 不同于一氧化氮的低溶解度，二氧化氮是高度溶于水。当二氧化氮溶解在水中，它会转换成亚硝酸和硝酸。大部分湿脱硝方法文献报道利用氧化剂和基本试剂先将一氧化氮氧化成二氧化氮，然后再将二氧化氮消除，形成酸溶解。虽然这种湿脱硝法可以去除废弃中的氮氧化物，但问题是，总氮含量将会在水中比例增加。 脱硝可行的方法，将废气中氮氧化物尽可能转化为N2。其中可行的方法之一，是利用如亚硫酸钠(亚硫酸钠)和硫化碱(硫化钠)还原剂将氮氧化物转化为N2。该解决方案使这些还原剂将二氧化氮转化为N2进入硫酸钠(硫酸钠)转换这是一种无毒的化合物。为了利用这一技术优势，需先将废气中一氧化氮转换二氧化氮，与还原剂溶液接触。一种简便的方法，一氧化氮转化为二氧化氮，利用臭氧，先注入废气中。臭氧可以有效地生产的介质阻挡放电(DBD)。在以往的研究，它已被发现，臭氧气体注入到排气中NO的反应会会在一定温度范围内，词方法被证明，臭氧注射法更节能的一氧化氮氧化为二氧化氮比典型的非热等离子体处理直接应用到废气效率。因此，用湿法臭氧注射技术相结合的方法可能是一个潜在的方法来有效地去除氮氧化物的方法。 这项工作的主要目的是介绍一个废气处理过程中利用臭氧氧化法再利用还原剂还原，它可以实现同时去除氮氧化物和二氧化硫。就目前的调查 ，DBD的设备使用交流高电压作为臭氧发生器能量来源，和硫化钠作为还原剂使用亚硫酸钠可能也使用作为脱氧剂，但是可以去除与一定量亚硫酸钠的相当数量氮化物比那是较少与钠硫化物。 注意二摩尔亚硫酸钠是需要的去除一摩尔NO2，而一摩尔钠硫化物能去除二摩尔NO2。因此，更适合脱硝钠亚硫酸氢钠硫比有效。硫化钠，不仅可以减少二氧化硫二氧化氮，这使得它能够得到同时氮氧化物和二氧化硫，同时进行。这个组合工艺(臭氧注射法加湿法还原技术性能)的评估采用了模拟废气，结果进行了讨论。 图8显示使用0.6,硫化钠同时去除氮氧化物和二氧化硫的方案。 NO和NO2在臭氧化室(在吸收体入口)的浓度分别为10和290 ppm。相反，二氧化硫的浓度几 5 ab 宁波大学本科毕业设计(论文)系列表格 乎没有受到臭氧注入的影响。也就是说，二氧化硫浓度在臭氧化室的入口和出口相近。当经过臭氧处理的废气通过吸收体时，二氧化硫可以被硫化钠去除，如下: 除了上述反应，因其在水中的高溶解度，二氧化硫气体可被吸收去除。直至70分钟，所有化合物的浓度保持非常低，如图8。这个阶段之后，伴随着高浓度硫化氢的排放，NO先增加，然后减少。NO浓度增加的原因如上所述。同时存在氮氧化物和二氧化硫时，H2S排放量远高于在只有氮氧化物的情况，这可以从还原反应中，溶解SO2 或NO2产生更高的离子浓度来解释。当与二氧化硫共存，下列反应使离子浓度提高: 作为反应(9)和(10)结果，二氧化硫和氮氧化物共存加速反应(6)形成硫化氢 这就是为什么当废气包含二氧化硫和氮氧化物时，有高浓度的硫化氢排放。大概经过110分钟，二氧化氮的浓度逐渐增加。在还原剂耗尽之后NO2的减少是因为NO2溶于水中(水还原剂解决方案)。因此，当水饱和，二氧化氮的溶解降低。在同时去除NOx和SO2的情况下，还原剂在反应(2) 或 (8) 中被消耗。与只有氮氧化物的反应相比(见图6)，由于还 原剂的快速消耗，当NOx 与SO2共存时，维持一氧化氮和二氧化氮低浓度的时间缩短。如 上所述，可以使用还原剂和基本试剂防止硫化氢的排放。另一个使用基本试剂的优点是，它 可以减少对还原剂消耗，因为大部分的二氧化硫由基本试剂反应去除，而不是反应(8)。有 很多便宜的基本试剂，如碳酸钠和氢氧化钠。如果这些试剂与硫化钠一起使用，过程经济将 会得到改善。据反应(2)及(8)中的计量计算，反应剂的消耗会比图6-8中慢。还原剂快 速耗尽的原因是由于模拟废气中氧气的存在。如果硫化没有在反应(11)消耗，高脱硝效率 将会得到保持更久。参照Figs. 6-8中所有的数据，钠硫化物的总量将是反应 (2)和(8)平均用 量的4倍, 即，75%钠硫化物通过有氧的反作用消耗。 4结论 这项工作中，测量了用抽样注入的方法和还原剂同时去除的NOx和SO2 。在臭氧室里， NO(NOx的主要成分)被氧化成NO2， 在下一步中，NO2又被还原剂还原成N2。还原剂 硫化物也能有效地去除SO2。经过这两步去除NOx 的效率在95%左右，与此同时去除SO2 的效率达到100%。废气处理过程中硫化物的消耗率高于预期。我们发现75%的硫化物并非 与NOx 和SO2反应消耗, 相应的，所需硫化物的用量将是NOx 和SO2的4倍。经过反应 释放的H2S可以用基本试剂(比如NAOH)和还原物进行处理。 6 宁波大学海运学院本科毕业论文系列表格 <文献翻译二:原文> Cost effective environmental control technology for utilities2 Yan Fua, Urmila M. Diwekarb aFord Research Laboratory, Ford Motor Company, Dearborn, MI 48187, USA Civil and Environmental Engineering Department, Carnegie Mellon University, Pittsburgh, PA 15213, USA b Abstract:On September 24, 1998, new regulations announced by the US EPA require 22 eastern states plus the District of Columbia to develop state implementation plans to reduce ground-level ozone through the reduction of nitrogen oxide (NOx) emissions ([Cooper, 1998]). This plan calls for a 28% NOx cut in the summer time (1.2 million tons) by 2007. This calls for utilities to develop new, efficient, and robust post-combustion NOx control technologies. A new environmental control technology called low temperature oxidation (LTO) system, which can reduce NOx emissions below measurable levels (i.e. 2 ppm using process analyzers) at low temperature (125–325 ?F), was awarded the best available control technology and the lowest available emission reduction technology by the US EPA in April 1998. Ozone is employed to oxidize nitric oxide (NO) to dinitrogen pentoxide (N2O5) at a low temperature in an oxidizer, which is then easily absorbed by water in a scrubber. Bench scale and pilot plant tests have shown that the LTO process can almost completely remove the NOx emissions (i.e. NOx emissions are below levels measurable using process analyzers). This proved that the LTO system is an attractive process to meet the stricter NOx regulations. There are multiple benefits of the LTO system besides removal of NOx emissions, includes reduction of SOx and CO emissions, and no secondary air emissions (NH3, N2O). In order to obtain minimum NOx emissions, extra ozone needs to be supplied. The cost of the process also increases nonlinearly as emissions decrease. This poses a challenging multiobjective optimization problem where emissions like NOx and SOx need to be minimized, while minimizing the system cost as well as extra ozone. This problem is addressed using a new and efficient multiobjective optimization framework. This framework will provide designs that are cost effective as well as environmentally friendly. Author Keywords: Nonlinear multiobjective optimization; MINSOOP algorithm; Hammersley sequence sampling; NOx control; NOx absorption 1. Introduction Nitrogen oxides (NOx) play a major role, together with volatile organic compounds in the atmospheric reactions that produce ozone and acid rain, and may affect both terrestrial and aquatic ecosystems. NOx is formed when fuel is burned at high temperatures. The two major emissions sources are transportation and stationary fuel combustion sources such as electric utilities and industrial boilers. The EPA uses NOx as one of the ‘criteria pollutants’ to indicate air quality. As environmental regulations become more and more stringent, many industries will have to carefully consider the long-term high level of NOx emissions reduction from their boilers, furnaces, gas turbines, chemical reactors, incinerators, diesel engines, kilns and thermal oxidizers. Cannon Technology Inc., in collaboration with BOC Gases has developed the low temperature oxidation (LTO) process for removing NOx emissions. Fig. 1 shows the LTO process diagram for a small-scale industrial boiler application. In Fig. 1, the exhaust flue gas from the boiler is cooled in a high temperature economizer, giving up heat to preheat the boiler feed water. The gas is then cooled to its dew-point temperature in a condenser and a portion of the water vapor in the gas is condensed. Ozone is injected into the gas as it leaves the condenser and is thoroughly mixed with the gas in a static mixer. The NOx in the gas is oxidized 2. Yan Fu, Urmila M. Diwekar, Cost effective environmental control technology for utilities [J], Advances in Environmental Research, 2003,8:173-196. 7 宁波大学本科毕业设计(论文)系列表格 in the oxidation chamber to dinitrogen pentoxide (N2O5), with part of CO oxidized to CO2 and SO2 oxidized to SO3. The pentoxide forms nitric acid vapor as it contacts the water vapor in the gas, and similarly, sulfite acid, sulfate acid, bicarbonate, and carbonate acid vapors are formed. Then nitric acid vapor is absorbed in the scrubber as dilute nitric acid and is then neutralized by the dilute sodium carbonate in the scrubber forming sodium nitrate. Accordingly, sodium bicarbonate, sodium carbonate, sodium sulfite, sodium sulfate are produced. These dilute salts can be disposed to the sanitary sewer system for small-scale industrial boilers. For large-scale systems, by-product recovery can be an option. There are multiple benefits of the LTO system besides the removal of NOx emissions, such as a reduction in SOx, CO emissions, and other pollutants. In order to obtain minimum NOx emissions, extra ozone needs to be supplied. Also the cost of the process increases nonlinearly as emissions decrease. This poses a challenging multiobjective optimization problem where emissions like NOx and SOx need to be minimized, while minimizing the system cost as well as limiting extra ozone. 3. case study In this section, we will demonstrate how an efficient multiobjective optimization framework can be a valuable tool for designing the LTO process, so that it not only can reduce NOx and SOx emissions to the lowest levels, but also can minimize the system cost. At the same time, the constraints setup for the optimization problem can ensure the model’s accuracy as well as limiting extra ozone in the steady-state operating condition. that (1) these four optimal designs tend to choose a larger diameter, but similar length oxidizers, in order to reduce more NOx in the oxidizer than the base design. This way, the oxidizer costs of optimal designs are higher than that of the base design. (2) The mole ratios of ozone/NOx for optimal designs are smaller than that of the base design, so that the extra ozone can be less than the limit of 5 ppm. This means that instead of using more ozone to reach higher NOx emissions, here these four optimal designs choose to use larger diameter oxidizers. (3) The diameter and the height of the scrubber are smaller, while the liquid flow rates are larger than the base design, which help to reduce more SOx emissions with a much lower scrubber cost. (4) The ratios of the scrubber cost to the oxidizer cost are much lower than that of the base design, which indicates that good designs spend more money on the oxidizer instead of on the scrubber, but they still can obtain lower SOx emissions. (5) Total cost savings for these four optimal designs come from the difference between the larger decrease in the scrubber cost and the smaller increase of the oxidizer cost. Therefore, all four designs are good candidates if the decision-maker wants to improve the base design in all objectives and satisfy the extra ozone constraint in the current case study. 8 宁波大学海运学院本科毕业论文系列表格 <文献翻译二:译文> 低成本的环境控制技术应用 颜夫阿 ，乌尔米拉米 ab民主联盟研究实验室，福特公司，迪尔伯恩，美国 MI 48187 Civil和环境工程部，卡 匹兹堡 PA 15213 摘要:1998年9月24日美国环保署公布的新法规要求22个东部地区和哥伦比亚地区发展 贯彻国家计划来通过减少氮氧化物来降低地面的臭氧。(NOx)排放库柏(1998)。这个计划要 求在2007年夏天NOx降低28%(120万吨)。这要求对公用事业发展新的、高效、稳健的NOx 燃后控制技术。一项新的环境控制技术----低温氧化(LTO)系统,它可以在低温下(125-325?F) 减少NOx的排放量至适度水平以下(比如，2 ppm使用过程中分析仪),，它被美国EPA1998 年4月授予最好的控制技术和最廉价的减排技术。采用臭氧在一个较低的温度将NO氧化为 N2O5,N2O5容易被水吸收。实验室和工厂试验表明了LTO过程几乎能彻底去除氮氧化物的 排放(比如，氮氧化物的排放低于过程中分析仪可检测的量)。这表明LTO系统对于满足严格 的氮氧化物规定很有吸引力。除了消除NOx的排放，LTO系统还有很多优点,包括减少SOx 和二氧化碳排放量,并无二次空气排放(氨,N2O)。为了取得最小NOx排放,需要提供额外的臭 氧。这个过程的成本也会随着排放量下降呈非线性增长。这造成了一个具有挑战性的多目标 优化问题,如NOx和SOx排放最小化,同时也需要这个系统的成本最小化以及额外的臭氧的 供给。这个问题的解决需要采用一种新型、有效的多目标优化框架。该框架提供的设计将具 有成本效益并且是环境友好的。 作者关键词:非线性多目标优化; MINSOOP算法;哈默斯利序列采样;氮氧化物控制;NOx 的吸收 1介绍 氮氧化物(NOx)发挥重要作用，与大气反应，产生挥发性的有机化合物及酸雨，可能会 影响陆地和水生生态系统。燃料高温焚烧时形成氮氧化物。两个主要的燃料燃烧固定排放源为运输和电力等公共事业和工业锅炉的燃烧。环保局利用一氧化氮作为’标准污染物’，表示空气质量。 随着环保法规越来越严格，许多行业将不得不仔细考虑长远的锅炉氮氧化物排放，窑炉，燃气涡轮机，化学反应器，焚烧炉，柴油发动机，窑炉和热氧化剂用来减少氮氧化物的排放。农科技公司，与中银气体合作开发了低温氧化去除氮氧化物排放量的过程。图1展示了一个小型工业锅炉应用条例的流程图。在图1，从锅炉的尾气废气在高温提高效用器冷却，放弃热预先加热锅炉供水。 气体然后冷却对它的在冷凝器的露点温度，并且水蒸气的部分在气体的被凝聚。 臭氧被注射入气体，当它离开冷凝器和与在一台静态搅拌器的气体十分地混合。 在气体的氮化物在对dinitrogen五氧化(N2O5)的氧化作用房间被氧化，当一部分的CO被氧化对二氧化碳和二氧化硫被氧化对SO3。 五氧化形成硝酸蒸气，当它与在气体的水蒸气联系，并且同样地，硫化物酸、硫酸盐酸、重碳酸盐和碳酸盐酸蒸气被形成。 然后硝酸蒸气在洗气器被吸收作为稀释硝酸和由在形成硝酸钠的洗气器的稀释碳酸钠然后中立化。 相应地，小苏打，碳酸钠，亚硫酸钠，硫酸钠被生产。 这些稀释盐可以被配置到小规模工业锅炉的有益健康的下水管道系统。于大型系统，副产品回收可以是一种选择。还有的除氮氧化物的排放量，去除的LTO系统多种好处，如在硫氧化物，一氧化碳排放量减少，和其他污染物。为了获得最低氮氧化物的排放，臭氧层需要额外提供的。此外，还有成本增加的非线性过程作为排放量减少。这对一个具有挑战性的多目标优化问题，即如氮氧化物和硫氧化物的排放量必须降至最低，同时尽量减少系统成本以及限制臭氧量。 3案例分析 在本节中，我们将展示如何有效的多目标优化的架构可以为设计条例的过程中宝贵的工具，因此，它不仅可以减少氮氧化物和硫氧化物排放量控制在最低水平，而且还可以使系统成本降至最低。同时，为优化问题的约束设置可以确保模型的准确性以及限制在稳态运行条件增加臭氧。 图.5还显示，有4个最佳设计(第一组)的所有目标都较底座设计更好，这四个设计相比，在基础表8详细设计。结果显示:(1)这四个优化设计倾向于选择一个更大的直径，但类似的长度氧化剂，以 9 ab 宁波大学本科毕业设计(论文)系列表格 减少在比底部设计氧化剂更多的氮氧化物。通过这种方式，优化设计的氧化剂成本较高的基础设计。 (2)臭氧的摩尔比/最佳设计的氮氧化物比设计，较小的基地，使多余的臭氧可以比5 ppm的限制较少。这意味着更多的臭氧，而不是使用达到更高的氮氧化物排放量，在这里这四个优化设计选择使用直径较大的氧化剂。 (3)直径和高度较小的洗涤，而液体流量大于设计的基础，这有助于减少洗涤成本低得多的多硫的排放量。 (4)洗涤器的成本费用为氧化剂的比例远远高于该基地的设计，这表明，良好的设计上花更多的钱，而不是氧化剂对洗涤，但他们仍然可以得到较低的硫氧化物排放量低。 (5)从在洗涤成本差异较大的减少和成本较小的氧化剂来增加这四个优化设计总成本的节约。因此，所有4种设计方案都比较合理，如果要改善基础设计中的预期目标，并满足在目前情况下额外的臭氧研究的限制。 10 宁波大学本科毕业设计(论文)系列表格 宁波大学本科毕业设计(论文) 工作过程记录卡 学生签字: 邓彬富 指导教师签字: 杨国华 宁波大学本科毕业设计(论文)系列表格 宁波大学本科毕业设计(论文) 中期教学检查表(学院用) 学生姓名: 邓彬富 专业班级: 06轮机工程 指导教师: 杨国华 论文(设计)题目: 船舶柴油机排气脱硫脱硝研究 一、选题 ?;较好 ?;中 ?;差 ?。 二、开题报告书面材料准备情况:好 ?;较好 ?;差 ?。 三、文献查阅工作情况: 1、文献查阅与资料总结:好 ?;较好 ?;中 ?;差 ?。 文献查阅题录篇;摘要篇。 2、外文文献翻译情况:好 ?;较好 ?;中 ?;差 ?。 译文数量 四、论文(设计)进展情况: 1、是否按原定计划进程执行:是 ?;基本是 ?;否 ?。 2、已完成总任务的百分数 %。 3、毕业实习(调查)报告完成情况:好 ?;较好 ?;中 ?;差 ?。 4、指导教师对阶段性工作的评语: 好 ?;较好 ?;中 ?;差 ?。 五、学生前阶段工作态度和纪律情况: 1、指导教师对学生工作态度的评价: 认真 ?;一般 ?;不认真 ?。 2、是否每天在实验室(设计室、机房)工作:是 ?;不是 ?。(工科学生填写) 每天平均工作时间 ;每周平均工作时间。 3、请假天数 ;有否旷课; 主要原因。 六、总体评价:好 ?;较好 ?;中 ?;差 ?。 检查人: 10 年月日 七、对下阶段工作的意见和建议 加紧修改论文多收集资料