为响应政府号召,深圳市人居环境委员会制定了《2018年“深圳蓝”可持续行动计划》。“计划”明确指出,港口的柴油动力拖轮需进行排气治理,降低氮氧化物排放使其满足IMO Tier III标准,以实现“绿色港航”。然而,旧船空间有限,无法布置SCR系统。考虑到催化剂具有一定的消声性能,可利用原消声器的空间设计一套既满足排放标准又符合降噪要求的一体化后处理系统。在一体化后处理系统设计过程中,脱硝性能、降噪性能和压力损失是需要关注的重要问题。本文以深圳某在用拖轮为研究对象,在不影响船舶柴油机原有性能的前提下,设计一套可同时减排和降噪的后处理系统,为集成化后处理系统设计优化与旧船改造提供参考。本文主要研究内容包括:(1)一体化后处理系统初始方案设计与研究。依据现有催化剂型号和SCR系统结构研究,提出满足该拖轮空间尺寸的初始后处理系统设计方案。基于三维模型仿真,研究初始方案在脱硝性能、降噪性能和压力损失三个方面的性能,结果表明:初始方案的压力损失满足设计要求,但脱硝性能(NO_x转化效率低于80%)和降噪性能(传递损失值比原消声器低4.84 dB(A))不满足设计要求,并基于此提出了相应的优化设计方向。(2)一体化后处理系统脱硝性能研究。在AVL BOOST和AVL FIRE中分别建立催化器一维和三维仿真模型,研究催化剂孔密度和扩压管角度对催化器脱硝性能的影响,结果表明:催化剂体积恒定时,NO_x转化效率随着孔密度的增加而增大;与40°和75°相比,扩压管角度为60°对应的NO_x转化效率最高。(3)一体化后处理系统降噪性能研究。在Virtual.Lab Acoustics仿真软件中建立不同结构的催化器模型,研究扩压管角度、收缩管角度及消声元件的布置对后处理系统降噪性能的影响,研究发现:在0~750 Hz频段,传递损失随着扩压管角度的增加而增加,在750 Hz~1 000 Hz频段,较小的扩压管角度有更好的消声效果;当收缩管角度由60°增加到75°时,传递损失基本不变,但当收缩管角度增加至180°时(即去掉收缩管锥体部分),传递损失明显增加,约增加4 dB(A);在后处理系统出口端布置57 mm内插管相比114 mm内插管和57 mm穿孔管而言能够明显改善消声性能。(4)一体化后处理系统优化方案研究。在初始方案的基础上,基于NO_x转化效率及降噪要求,设计得到了优化后的一体化脱硝降噪系统结构,并针对E3试验的四个工况点,从脱硝性能、降噪性能和压力损失三个方面对优化方案进行评估,结果表明:优化方案满足设计目标,即NO_x转化效率不低于80%,传递损失值不小于42.12 dB(A),压力损失不高于3.5 kPa。