CFD MODEL SNCR TECHNOLOGIE

Prezentace na téma: "CFD MODEL SNCR TECHNOLOGIE"— Transkript prezentace:

1 CFD MODEL SNCR TECHNOLOGIE
Tomáš Blejchař Jiří Pecháček, Rostislav Malý

2 Obsah Úvod do problematiky Metody sekundárního snižování emisí NOx
Metodika návrhu a ověření umístění trysek Model SNCR Srovnání výsledků CFD výpočtů s měřením Závěr

3 Úvod do problematiky OXIDY DUSÍKU – NOX:Hlavní složky jsou NO (90 %) a NO2 (5-10 %) Existují tři hlavní zdroje NOX: 1) Termické – závislí na teplotě 2) Palivové – obsažené v palivu 3) Promptní (rychlé) – vznikají při spalování uhlovodíku

4 Úvod do problematiky Primární opatření – omezení tvorby NOX
Sekundární opatření – odstranění NOX ze spalin Současný limit NOX 650 mg.m-3 Od roku 2008 nová zařízení mají limit NOX < 200 mg.m-3 Od roku 2016 všechna zařízení mají limit NOX < 200 mg.m-3 Při referenčním obsahu 6 % O2 ve spalinách

5 Úvod do problematiky Sekundární metody
Redukce NOX radikály NH2, jejichž zdrojem je Čpavke NH3 nebo Močovina (NH2)2CO Selektivní katalytická redukce SCR, katalyzátor TiO2,V2O5,WO3,SiO2 ca °C Zeolity (Aluminosilikáty) ca °C Aktivní uhlí ca °C

6 Úvod do problematiky Selektivní nekatalytická redukce SNCR, ca °C Reagent NH3 – DeNOX Reagent (NH2)2CO – NOXOUT Reagent (HNCO)3 – RAPRENOX

7 Úvod do problematiky Selektivní nekatalytická redukce SNCR Amoniak
Močovina Kyanomočová kyselina NH3 (NH2)2CO (HCNO)3 NH3 + OH  NH2 + H2O NH3 + HNCO 3 HNCO NH3 + HO2  NH2 + 2OH HNCO + H  NH2 + CO HNCO + OH  NCO + H2O NH2 + NO  N2 + H2O NCO + NO  N2O + CO NH2 + NO2  N2 + 2OH N2O + M  N2+O + M N2O + OH  N2+HO2 NCO + NO  N2 + CO2 N2O + H  N2+OH

8 Metodika návrhu a ověření umístění trysek
Vstupní měření teplotního pole v kotli pomocí prosávacího pyrometru. Veškeré informace o provozu kotle, atd. Případně nástřikové zkoušky. Prvotní návrh umístění trysek. Model spalování CFD - stanovení teplotního pole v kotli, koncentrace CO2, H2O, NO, O2, rychlosti spalin, radiace.

9 Metodika návrhu a ověření umístění trysek
Stanovení teplotního okna z výsledů CFD modelu spalování, první korekce návrhu. Detailní model horní části kotle, (většinou oblast v okolí šotů) se zahrnutím reakcí SNCR, simulace rozstřiku močoviny. Ověření navrhovaného množství vstřikované močoviny, odhad snížení emisí NOX, druhé ověření návrhu.

10 Metodika návrhu a ověření umístění trysek
Zpracování finálního projektu SNCR technologie.

11 Vstupní měření teplotního pole
Pro měření a případný nástřikový test jsou využity stávající prostupy do spalovací komory.

12 Vstupní měření teplotního pole návrh trysek
Navrženy byly dvě patra trysek tak aby co nejlépe pokryly celý průřez kotle při různých výkonech.

13 Vstupní měření teplotního pole návrh trysek

14 Stanovení důležitých parametrů pro detailní model zóny vstřikování
Model spalování CFD Výsledky CFD modelu Stanovení důležitých parametrů pro detailní model zóny vstřikování Koncentrační pole NO, CO2, O2, N2,H2O Intenzita radiace Teplota Rychlost spalin

15 Model spalování CFD Srovnání výsledků CFD modelu s výsledky měření
Výkon CFD Měření Chyba [%] NO [mg.mN-3] 100 325 327 -0,6 80 305 280 +8,9 60 479 538 +11,0 teplota [°C] kota +16,7 m 920,6 1086,1 -15,2 804,8 1002,4 -19,7 719,1 934,4 -23,0

16 Model spalování CFD Zobrazení teplotního okna
Rozsah teplot pro vstřikování roztoku močoviny °C

17 CFD model SNCR Pro model SNCR byly využity pouze čtyři globální reakce
(NH2)2CO + H2O  2NH3 + CO2 Termický rozklad roztoku močoviny Reakce bez O2 4NH3 + 6NO  5N2 + 6H2O Reakce probíhají až od teploty ca750°C 4NH3 + 4NO + O2  4N2 + 6H2O Reakce s O2 4NH3 + 5O2  4NO + 6H2O Nad teplotou 1050°C je tato reakce dominantní

18 Modelování rozstřiku močoviny
Ověřeny byly varianty 100 a 80% výkon. Nejdůležitějším výsledkem výpočtu jsou trajektorie částic močoviny, koncentrace NO a skluz NH3.

19 Modelování rozstřiku močoviny
100%, Dolní patro 100%, Horní patro

20 Modelování rozstřiku močoviny
Výkon Varianta bez SNCR s SNCR Účinnost snížení NOx Skluz NH3 Koncentrace NO [mg.m N -3], 6% O2, t=0°C % 100% 1 325 143 56 9 2 210 35 75 80% 305 122 60 12 106 65 95 Varianta 2 - horní patro Varianta 1 - dolní patro

21 Modelování rozstřiku močoviny
Varianta Bez SNCR s SNCR Účinnost snížení NOx Skluz NH3 Koncentrace NOx [mg.m N -3], 6% O2, t=0°C % 1 Spodní patro Výkon 100% CFD 325 143 56 9 Test 376 136 63 neměřen Výkon 80% 305 122 60 12 324 58 2 Horní patro 106 62 95 338 125

22 Závěr Snižování emisí NOX je v současnosti intenzivně řešené téma.
Sekundární metoda je v tomto ohledu finančně nenáročná a nevyžaduje velké zásahy do zařízení kotle. Metoda SNCR založená na vstřikování močoviny je z hlediska bezpečnosti a nákladnosti provozu nejvhodnější

23 Závěr Moderní metody založené na výpočtech metodou konečných objemů CFD jsou velice silné nástroje při projekčních pracích. CFD model spalování je možné použít jako zdroj informací, které jsou nezbytné pro detailní modelování v oblasti vstřikování reagentu.

24 Závěr CFD model SNCR má dobrou shodu s realitou, i když bude nezbytné další testování na jiných zařízeních. Výpočty budou pokračovat po realizaci díla. Model SNCR bude následně verifikován i s ohledem na skluz NH3. Dále bude nezbytné provést výpočty i pro jiná zařízení, aby bylo možné ověřit všeobecnou platnost modelu.

25 DĚKUJI ZA POZORNOST