Laboratory studies on the effectiveness of NOx reduction by selective catalytic reduction SCR method

W pracy przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych nad skutecznością redukcji tlenków azotu metodą selektywnej redukcji katalitycznej. Badania realizowane były przy użyciu instalacji zaprojektowanych w Kadrze Techniki Wodno-Mułowej i Utylizacji Odpadów Politechniki Koszalińskiej. Instalacja ta składała się z trzech podstawowych węzłów: przygotowania i dozowania roztworu cieczy absorpcyjnej (redukującej), reaktora do katalitycznej redukcji tlenków azotu oraz układu pomiarowego stężeń tlenków azotu. Do badań, jako ciecz absorpcyjną zdecydowano się zastosować 32,5% wodny roztwór mocznika. Jako parametry niezależne (zmienne) przyjęto: gęstość zraszania roztworem absorpcyjnym LLNH3, m3∙m-2∙s-1, przepływ spalin mierzony w punkcie wylotu oczyszczonych gazów spalinowych ze skrubera natryskowego , m3∙s-1 oraz temperatura spalin, Ts, K. Natomiast parametrem zależnym (wynikowym) w tych badaniach była skuteczność usuwania tlenków azotu hNOX, %. W pracy pokazano zbiorcze wyniki badań laboratoryjnych wpływu zmian gęstości zraszania roztworem absorpcyjnym, temperatury i przepływu spalin, na skuteczność usuwania NOx metodą selektywnej redukcji katalitycznej, wraz z ich statystyką opisową, na podstawie której wykreślono graficzną interpretację uśrednionych wielkości tych parametru. Otrzymane wyniki opracowano metodą estymacji nieliniowej quasi-Newtona z zastosowaniem aplikacji STATISTICA 10. Badanie związków pomiędzy zmiennymi niezależnymi a zmienną zależną dokonano stosując aproksymację metodą punktu centralnego opracowana przez prof. T. Piecucha. Ostatecznie opracowano równanie aproksymacyjne opisujące ten proces. Równanie poddano weryfikacji poprzez uzyskanie zależności między zmierzoną i obliczoną skutecznością redukcji tlenków azotu badana metodą. Współczynnik przeprowadzonej regresji wielorakiej wyniósł R = 0,969. Analiza wyników badań wpływu zmian gęstości zraszania roztworem absorpcyjnym na skuteczność usuwania NOx badaną metodą wykazała, że skuteczność redukcji tlenków azotu jest tym większa, im większa jest gęstość zraszania roztworem wody amoniakalnej. Istotna jest liniowa charakterystyka krzywej przebiegu tej zależności w badanym przedziale zmian, pokazująca, że dalsze zwiększanie gęstości zraszania będzie powodowało dalszy wzrost skuteczności redukcji NOx. Zaobserwowano stosunkowo niską skuteczność procesu w badanym zakresie gęstości zraszania wodą amoniakalną przy stałym przepływie i temperaturze spalin, wynoszącą około 57% przy najmniejszej wartości badanego parametru zmiennego LLNH3 i tylko 82% przy maksymalnej wartości tego parametru. Wzrost przepływu fazy gazowej w układzie powodował pogorszenie skuteczności usuwania tlenków azotu w spalinach. Dodatkowe obniżenie prędkości przepływu gazów spalinowych przez skruber natryskowy nie wpływał w istotny sposób na wartość skuteczności redukcji NOx, ale też zwiększanie przepływu spalin ponad wartość badaną nie pogarszał skuteczności usuwania NOx osiągalnej w układzie. Jak wskazują wyniki badań wpływu temperatury gazów spalinowych na skuteczność usuwania z nich tlenków azotu, wzrost temperatury w badanym zakresie (433,15–573,15K) powodował około 14% zwiększenie skuteczności redukcji NOx do maksymalnej wartości około 88%. Charakter przebiegu zmian badanego parametru pozwala sądzić, że dalsze zwiększanie temperatury spalin nie spowoduje znacznego wzrostu stopnia redukcji NOx. Osiągnięta wartość ponad 88% skuteczności usuwania NOx jest wartością największą, jaką można było uzyskać zmieniając założone parametry zmienne w układzie badania selektywnej metody redukcji katalitycznej NOx.