بررسي تاثير پارامترهاي طراحي در كاهش آلاينده NOx با روش كاهش انتخابي غيركاتاليستي (SNCR)

Investigation of geometry effect on reduction of nitrogen oxide by Selective Non Catalytic Reduction (SNCR) method

كوره‌هاي صنعتي و نيروگاه‌ها با مصرف قابل توجه سوخت‌هاي فسيلي، نقش عمده‌اي در توليد آلاينده هاي هوا دارند. اكسيد نيتروژن از جمله اين آلاينده‌هاست. در تحقيق حاضر، اثر هندسه‌هاي مختلف در كاهش اكسيد نيتروژن (NO) با روش كاهش انتخابي غيركاتاليستي در دودكش كوره‌هاي صنعتي و نيروگاه‌ها، به صورت عددي بررسي شده است. در اين روش، آمونياك در محدوده دماي بين 1150 تا 1350 كلوين به درون دودكش تزريق شده و با واكنش باNO ، گاز نيتروژن توليد مي‌كند. هندسه مورد استفاده شامل دودكش استوانه‌اي به طول 500 سانتي‌متر و قطر پنج سانتي‌متر است. چهار هندسه‌ تزريق آمونياك توسط يك نازل، دو نازل، چهار نازل و پاشش توسط يك حلقه در دور دودكش مورد بررسي قرار گرفته است. با بررسي ميزان كاهش آلايندگي NO، مشاهده شد كه تزريق با يك نازل نسبت به ساير هندسه‌ها بازده كمتري در روش SNCR ايجاد مي‌كند. همچنين، در ادامه اثر افزايش طول دودكش نيز بررسي شده است. با افزايش طول دودكش مشخص شد، اين عامل تاثير زيادي بر كاهش پديده لغزش آمونياك دارد. براي بررسي اثر زاويه نازل آمونياك بر بازده SNCR، تزريق در زواياي 75- تا 75 درجه مورد ارزيابي قرار گرفت. مشخص شد با افزايش قدر مطلق زاويه نازل، بازده اين پديده كاهش مي‌يابد. در نهايت تاثير افزودن سپرك در مسير جريان مورد بررسي قرار گرفت. مشاهده شد با افزودن سپرك زمان و طول مورد نياز براي انجام واكنش به دليل اختلاط بهتر كاهش مي‌يابد.

Industrial kilns and power plants with high consumption of fossil fuels play a significant role in the production of air pollutants. Nitrogen oxide is one of these pollutants. In the present work, effect of different geometries on NO reduction in stack of industrial kilns and power plants is investigated numerically based on a selective non catalytic reduction (SNCR) method. In SNCR method, the NO reacts with ammonia which is injected into the kiln stack at temperature range of about 1150-1350 K and nitrogen is formed. In this study, a cylindrical stack with 500 cm length and 5 cm diameter is chosen, similar to Ostberg’s experimental work. Four geometries for ammonia injection with one, two, and four nozzles and by a ring around the stack have been studied. Numerical simulation of NO reduction by SNCR method shows that injection with one nozzle has lower efficiency than other injection geometries. Also, effect of gas stack length on NO reduction has been investigated. The results show that increasing stack length has a significant effect on ammonia slip reduction phenomenon. To investigate the effect of ammonia injection nozzle angle on SNCR efficiency, nozzle angles between -75 to 75 degrees were analyzed. Results show that the efficiency of this phenomenon decreases by increasing absolute value of injection nozzle angle. Finally, effect of baffle presence in mainstream has been studied. It is observed that the required time and length for reaction decrease due to better mixing.