Introduktion
Velkommen til R&R Consult- eksperter indenfor CFD simuleringer, hvor vi her analyserede og optimerede indsprøjtning af ammoniak i udstødningsgas i en røggaskanal til en Selectiv Catalytic Reduction, SCR, system.
Baggrund: NOx emmisoner
NOx, kvælstofoxider, dannes under høje temperaturforhold, såsom under forbrænding af brændstoffer i motorer eller i kedler. Det er dokumenteret, at NOx har alvorlige negative påvirkninger både på miljøet og menneskers sundhed.
Af denne årsag er det almindeligt at installere NOx-reduktions- og kontroludstyr, såsom SCR (Selective Catalytic Reduction) i kedler.
SCR System
SCR reducerer NOx-emissioner ved at introducere urea eller ammoniak efter forbrændingsprocessen for at omdanne kvælstofoxiderne til kvælstof og vand. Ammoniakken injiceres først i systemet opstrøms katalysatoren og blandes med røggassen. Blandingen ledes derefter gennem en katalysator, der øger den kemiske reaktionshastighed. Denne proces reducerer betydeligt mængden af NOx i røggassen.
Ammoniakindsprøjtning og opblanding
For at optimere processen er det afgørende, at ammoniakken og røggassen bliver grundigt blandet, før de når katalysatoren, og at der er en ensartet strømningsfordeling over katalysatoren. En grundig blanding sikrer, at der er en passende mængde ammoniak til stede i alle sektioner af katalysatoren, og en ensartet strømningsfordeling sikrer, at opholdstiden inde i katalysatoren er. Hvis nogen af de to nævnte betingelser ikke opfyldes, kan det resultere i “ammoniak slip,” hvor noget af ammoniakken passerer gennem systemet og i stedet udledes i miljøet samtidig med en ineffektiv reduktion af NOx gasser i katalysatoren. Ligesom NOx har ammoniak også en negativ miljøpåvirkning.
Af ovenstående årsag er det afgørende at sikre en korrekt blanding af det indblæste ammoniak i røggassen og en ensartet strømningsfordeling, når blandingen når ind i katalysatoren. Dette er afgørende parametre for at sikre en effektiv reduktion af NOx og for at undgå udledning af ureageret ammoniak i atmosfæren.”
CFD analysen
R&R Consult har mange års erfaring med CFD simulering af røggassystemer og opblanding af gasser og væsker og vi fik opgaven med at udføre en CFD-analyse (Computational Fluid Dynamics analyse) af røggassystemet for at evaluere og sikre en god opblanding af ammoniak i røggassen. Dette omfattede en CFD-model i fuld skala af udstødningsgassystemet, inklusive alle relevante interne komponenter, der kunne påvirke strømningsfordelingen og opblandingen.
Analysen inkluderede at der blev introduceret ”turbulensplader” for at opnå en bedre opblanding af ammoniakken og røggassen. På trods af at der blev identificeret nogle skævheder i ammoniakindsprøjtningssystemet (i manifolden), viste det endelige system med turbulensplader en fremragende opblanding og en meget ensartet strømningsfordeling ved katalysatorerne. Endnu engang demonstrerede CFD sit høje potentiale til at evaluere meget komplekse strømninger og fordeling. Brugen af CFD hjalp med at undgå timer med vanskelige og måske endda formålsløse fysiske målinger og i stedet gav en nøjagtig og detaljeret oversigt over systemet. Med resultaterne var det muligt at bekræfte med tillid, at NOx-målingerne på stedet var korrekte, og at NOx-reduktionssystemet fungerede som tiltænkt.”
Nedenstående CFD-animation viser indsprøjtning og spredningen af ammoniakken i røggassen.