SCR Sistemlerinde Kullanılan Üre Mikserlerinin Akış Davranışlarının İncelenmesi

Yıl 2023, Cilt: 11 Sayı: 4, 2006 - 2021, 24.10.2023

Buğra Başıhoş , Suat Sarıdemir

https://doi.org/10.29130/dubited.1291841

Öz

Günümüzde artan dünya nüfusu ile birlikte içten yanmalı motora sahip taşıtların sayıda artmaktadır. Bu nedenle taşıt egzoz emisyonu kaynaklı kirleticilerin oranı da artmaktadır. Bu zararlı emisyonların oluşturduğu çevre ve hava kirliliğinin azaltılması ve emisyon sınırlandırılması kapsamındaki normlara uyulması için, yanma sonrası emisyon kontrol sistemlerinin geliştirilmesi konularında çalışmalar yapılmaktadır. Bu kapsamda dizel motorlu araçlarda NOx emisyonlarını azaltmak için, ADblue katkı maddesi (amonyak) ve Seçici Katalitik Redüksiyon (SCR) sistemleri kullanılmaya başlanmıştır. ADblue katkı maddesinin SCR sistemlerinde daha iyi karışması ve iyi sonuç alınması için üre mikseri kullanılmaktadır. Egzoz sistemlerinde geri basıncın yüksek olması, performansı olumsuz yönde etkilemektedir. Bu nedenle SCR sistemlerinde kullanılan mikserlerin oluşturacağı geri basıncın düşük olması ve SCR sisteminin efektif çalışabilmesi için amonyak (NH3) homojenlik indeks (UI NH3) değerinin yüksek olması gerekmektedir. Üre mikserlerinin kanat sayısı, kanat açısı ve kanat uzunluğu karışım oranına etki eden parametrelerdir. Bu çalışmada, öncelikle 27 farklı mikserin, geri basınca ve UI NH3’ e olan etkileri sayısal analiz yöntemiyle incelenmiştir. Parametrik çalışma için kanat uzunlukları, kanat açıları ve kanat sayıları değiştirilerek sonuçlar incelenmiştir. Optimum mikser tasarımı için, geri basıncın 1 kPa’dan düşük olması ve UI NH3 değerinin 0,85’ ten yüksek olması hedeflenmiştir. 27 farklı mikser içinden, bu değerleri sağlayan 6 mikser prototip olarak imal edilmiş ve deneysel olarak geri basınç testleri ve UI NH3 ölçümleri yapılarak sonuçlar doğrulanmıştır. Kanat sayısı ve uzunluğunun geri basıncı arttırdığı, ancak UI NH3 değerine etkisinin olmadığı görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

SCR, ADblue, Homojenlik İndeksi, Geri Basınç

Kaynakça

• [1] Ayhan Vezir, "Bir dizel motoruna buhar enjeksiyonunun NOx ve is emisyonlarına etkisinin araştırılması," Doktora Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya Üniversitesi, Sakarya, Türkiye, 2009.
• [2] Yunus Özkan, "Farklı özellikteki duvar akışlı dizel partikül filtrelerinin basınç kaybına etkilerinin incelenmesi," Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya Üniversitesi, Sakarya, Türkiye, 2016.
• [3] Cem Soruşbay, Egzoz gazları emisyonu, Ders Notları, İstanbul, 2015.
• [4] A. Keskin, S. Sağıroğlu, "Dizel motorlarından kaynaklanan egzoz emisyonları ve kontrol yöntemleri," Mühendis ve Makina, c. 51, sayı 606, ss. 1-8, 2010.
• [5] A. Keskin, "Dizel motorlarından partikül madde emisyon kontrolü ve gelişmeler," 5. Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu, IATS 2009, Karabük, Türkiye, 2009, ss. 1-7.
• [6] T. V. Johnson, "Diesel emission control in review." Journal Of Fuels and Lubricants, c. 116, sayı 4, ss. 76-87, 2007.
• [7] P. Schiffmann, M. Lecompte, O. Laget, "Experimental Investigation of Novel Ammonia Mixer Designs for SCR Systems," IFP Energies Nouvelles, SAE Technical Paper, United States, ISSN 0148-7191, 2018.
• [8] G. Mehdi, S. Zhou, Y. Zhu, A. Shah, K. Chand, "Numerical Investigation of SCR Mixer Design Optimization for Improved Performance," Processes, c. 7, sayı 3, ss. 168-177, 2019.
• [9] C. Zhao, D. Lou, Y. Zhang, K. Lu, S. Liu, "Application Study on a New Hybrid Canning Structure of After-Treatment System for Diesel Engine," Energies, c. 12, sayı 6, ss. 733-746, 2020.
• [10] C. Zhang, C. Sun, M. Wu, K. Lu, "Optimisation design of SCR mixer for improving deposit performance at low temperatures," Fuel, c. 237, sayı 1, 465-474, 2019.
• [11] G. Padula, P. Schiffmann, M. Lecompte, Olivier Laget, "Computational Fluid Dynamics Study of Gaseous Ammonia Mixing in an Exhaust Pipe Using Static Mixers," SAE International Journal of Engines, c. 10, sayı 4, ss. 1894-1902, 2017.
• [12] T. Park, Y. Sung, T. Kim, I Lee, G. Choi, "Effect of static mixer geometry on flow mixing and pressure drop in marine SCR applications," International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering, c. 6, Sayı 1, ss. 27-38, 2014.
• [13] S.J. Jeong, S.J. Lee, and W.S. Kim, " Numerical Study on the Optimum Injection of Urea–Water Solution for SCR DeNOx System of a Heavy-Duty Diesel Engine to Improve DeNOx Performance and Reduce NH3 Slip," Environmental Engineering Science, c. 25, sayı 7, ss. 1017-1035, 2007.
• [14] C. Choi, Y. Sung, G. Min Choi, and D. J. Kim, "Numerical Analysis of Urea Decomposition with Static Mixers in Marine SCR System," Journal of Clean Energy Technologies, c. 3, sayı 1, ss. 39-42, 2015.
• [15] G. Mehdi, S. Zhou, Y. Zhu, A. Shah, K. Chand, "Numerical Investigation of SCR Mixer Design Optimization for Improved Performance," Processes, c. 7, sayı 3, ss. 168-177, 2019.
• [16] L. Tan, P. Feng, S. Yang, Y. Guo, S. Liu, Z. Li, "CFD studies on effects of SCR mixers on the performance of urea conversion and mixing of the reducing agent," Chemical Engineering and Processing - Process Intensification, c. 123, sayı 1, ss. 82-88, 2018.
• [17] Y. Zhu, T. Li, C. Xia, Y. Feng, S. Zhou,"Simulation analysis on vaporizer/mixer performance of the high-pressure SCR system in a marine diesel," Chemical Engineering and Processing - Process Intensification, c. 148, sayı 1, ss. 1-5, 2020.
• [18] Y. Sung, M. Choi, T. Park, C. Choi, Y. Park, G. Choi, "Synergistic effect of mixer and mixing chamber on flow mixing and NOx reduction in a marine urea-SCR System," Chemical Engineering and Processing - Process Intensification, c. 150, sayı 3, ss. 1016-1020, 2020.
• [19] İ. H. Savcı, M. Z. Gül, "A methodology to assess mixer performance for selective catalyst reduction application in hot air gas burner," Alexandria Engineering Journal, c. 61, sayı 9, ss. 6621-6633, 2022.
• [20] P. Schiffmann, M. Lecompte, O. Laget, "Experimental investigation of Novel Ammonia Mixer Designs for SCR Systems," SAE World Congress & Exhibition, Detroit, United States, 2018, ss 343-356.