柴油机在船舶动力系统中具有不可替代的作用,但在燃烧过程中,除了产生正常的燃烧产物外,还会产生大量有害物质,其中NOx就是船舶柴油机最主要的污染物之一。而随着海运业的不断繁荣与发展,船舶柴油机排放废气所造成的大气污染也越来越严重。本文针对日益严重的船舶烟气污染问题,提出通过气相和液相超声形成羟基自由基的脱硝方法。气相脱硝方法是通过大气压强下高频高压放电制取大量的O₃,通过功率超声形成含有H2O₂和H2O+的超声水雾,将两者注入反应器形成以羟基自由基为主的氧活性粒子,最后与烟气中的NO生成HNO₃。液相脱硝方法是将烟气与O₃混合通入去离子水中,通过超声强化羟基自由基生成并与NO反应生成HNO₃。应用宏观动力学的理论和方法,阐明了以O₃为主的氧活性粒子与超声水雾相混合后注入烟气中转化为羟基自由基的化学反应机制,探讨了羟基自由基氧化脱除氮氧化物的反应过程。根据羟基脱硝原理,设计并构建了实验系统,同时基于FLUENT软件模拟了气相脱硝反应器中烟气与O₃和超声水雾的混合情况。通过实验分析了O₃的生成,NO的氧化以及影响氮氧化物脱除的主要影响因素,确立了羟基自由基氧化脱硝适宜的工艺条件。最后用Aspen Plus软件对羟基脱硝实验做了系统放大模拟。基于Fluent的模拟结果表明自主设计的反应器混合效果良好。实验研究结果表明:1.O₃浓度与放电电流呈正相关,与O₂进气流量呈反相关;2.在反应器中,O₃对NO的氧化率超过90%;3.气相脱硝在超声条件且O₃与NO摩尔比为1.0和2.0时,脱硝率分别可达42%和89.6%;4.液相脱硝在超声条件且O₃与NO摩尔比为1.0时,脱硝率可达84.4%。基于Aspen Plus软件,对液相脱硝系统进行模拟,其脱硝效率随温度的升高先增大后减少,当温度为90¹60℃时,脱硝效率都较高;脱硝率随O₃与NO摩尔比的增大而增大,但最佳摩尔比在0.8¹.0之间,脱硝效率可达87%。