شبیه سازی عددی کاهش آلاینده nox با روش کاهش انتخابی غیر کاتالیستی (sncr)

چکیده کوره های صنعتی و نیروگاه ها با مصرف قابل توجه سوخت های فسیلی، نقش عمده ای در تولید آلاینده های هوا دارند. اکسید نیتروژن (no) از جمله این آلاینده ها است. راهبردهای مورد استفاده در کاهش آلاینده no به دو صورت کلی درون محفظه احتراق و بعد از محفظه احتراق طبقه بندی می گردند. یکی از روش های کاهش no بعد از محفظه احتراق، کاهش انتخابی غیرکاتالیستی (selective non catalytic reduction) است. در این روش، آمونیاک یا اوره در محدوده دمای بین 1150 تا 1400 کلوین به درون دودکش تزریق شده و با واکنش باno ، گاز نیتروژن تشکیل می دهد. هدف از تحقیق حاضر شبیه سازی عددی فرآیند sncr و ارائه رهیافتی برای بهبود شرایط کارکرد این پدیده است. در حل عددی فرآیند sncr از اثرات دوده موجود در محصولات دودکش بدلیل بی اهمیت بودن تشعشع و پایین بودن دما صرفنظر گردید. در کار حاضر توانایی چهار مکانیزم شیمیایی میلر، دوو، گلاربرگ و بروور در پیش بینی فرآیند sncr با تزریق آمونیاک مورد بررسی قرار گرفت. مشاهده گردید که سینتیک های شیمیایی گلاربرگ و بروور به ترتیب با خطای 10/27% و 24/89% نسبت به دو مکانیزم دیگر با دقت بهتری مقدار گونه no را پیش بینی می کنند. سپس اثر مواد افزودنی نیتروژن، هیدروژن و هیدروژن پراکسید بر فرآیند sncr به هنگام تزریق جت گازی آمونیاک مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد افزودن نیتروژن باعث بالا رفتن بازده فرآیند sncr می گردد. افزودن هیدروژن و هیدروژن پراکسید باعث کمتر شدن اندک بازده پدیده sncr می شوند ولی در عین حال محدوده دمایی مؤثر فرآیند sncr را 60 تا 230 کلوین به سمت دماهای پایین تر میل می دهند و این روش را پرکاربردتر می کند. با تحلیل پدیده لغزش آمونیاک با استفاده از سینتیک گلاربرگ مشخص گشت لغزش آمونیاک با افزایش دمای ورودی به دماهای بالاتر از 1250 کلوین، به مقادیر بسیار ناچیز کاهش می یابد. با بررسی اثر هندسه های مختلف در فرآیند sncr با تزریق آمونیاک معلوم گردید که هندسه تزریق با چهار نازل با بازده بالای 94% درصد در کاهش no و لغزش محدود آمونیاک بهترین حالت جهت انجام فرآیند است. مقایسه نتایج پاشش جت گازی آمونیاک با اسپری اوره مایع مشخص گردانید، در حالت اسپری اوره اختلاط بهتر و سریع تر صورت می گیرد، در نتیجه زمان و طول لازم برای اختلاط کاهش می یابد. در ادامه توانایی نرم افزار یک بعدی کمکین در پیش بینی فرآیند sncr مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد این نرم افزار قادر به تشخیص پارامترهایی مانند دمایی که در آن بیشترین بازده روش sncr اتفاق می افتد و همچنین جابجا شدن محدوده دمایی مؤثر روش در هنگام افزودنی هایی مانند هیدروژن است ولی به دلیل یک بعدی بودن قادر به پیش بینی اثرات وابسته به نحوه اختلاط و هندسه نیست. کلید واژه: اکسید نیتروژن، دودکش، مدل سازی، کاهش انتخابی غیرکاتالیستی، سینتیک شیمیایی.