随着国际海事组织对船舶氮氧化物排放法规的不断加严,促使航运界一直在研究有效可行的船舶尾气后处理措施。其中,选择性催化还原技术作为氮氧化物减排潜力良好的有效措施之一具有良好的应用前景,但船舶SCR系统体积较大,会占据过多的有限船舶空间,降低船舶运营经济性,使得SCR系统应用于船舶受到一定的限制。因此,针对船舶SCR系统进行结构优化,使其紧凑小型化就显得很有必要。本文利用仿真软件,建立某船机的SCR催化器模型进行相应的模拟分析、结构优化及匹配性分析。首先初步设计出船机催化器的结构尺寸。在BOOST软件中建立船机整机模型,分析催化器和船机整机的匹配性,模拟结果表明,整机安装催化器后,整机功率输出和油耗最大下降幅度在3%左右,说明本文设计的SCR催化器和船机之间的匹配性较好。催化器不同布置方案的模拟结果对比表明,催化器布置于涡轮增压器前相对于布置于其后,对整机性能的影响较小,涡前SCR布置方案在柴油机满负荷时,相对于涡后SCR布置方案可节省油耗0.66%,整机功率输出增加约1%,且涡前布置方案的催化器脱硝性能整体高于涡后催化器的脱硝性能。然后利用单步标定法对选用的化学动力学模型进行标定,利用所建催化器模型分析单一结构参数对催化器脱硝效率、压降的影响,并利用响应面优化法对催化器结构参数进行优化,优化目标为催化器体积、催化器压降及NOx转化率。优化后催化器结构参数组合为:催化剂目数为510;涂层厚度为0.02 mm;载体壁厚为0.1 mm;催化剂长度为0.5 m;催化剂横截面积为0.566 m~2。优化后的SCR催化器体积减少23.82%,催化器产生的压降下降10.38%,而脱硝性能在柴油机满负荷时下降0.51%。最后,利用FIRE软件对催化器外形结构、扩张管锥角及催化剂布置层数进行优化分析,模拟结果表明,圆筒形催化器入口截面处的流场速度均匀性高于方筒形催化器,导致其NOx转化率高于方筒催化器;扩张管锥角为90°时,催化器入口处速度均匀性最好,90°扩张管锥角的催化器,其NOx转化率略高于60°锥角和120°锥角的催化器NOx转化率,但转化率差别很小;催化剂双层布置相对于单层布置,NOx转化率下降了0.4%,催化剂三层布置时,NOx转化率相对于单层布置下降了约1%,随着布置层数的增多,催化器产生的压降有所降低,双层布置时,催化器综合性能最好。