Academic literature on the topic 'NOx-reduktion'

Globalt sett används fossila bränslen fortfarande till största delen, och industrisektorn är den med störst energianvändning. Därför är det viktigt att fortsätta arbetet med att hitta nya sätt att använda befintliga resurser, att utveckla energibesparande tekniker och att göra detta med hållbarhetsperspektivet i fokus. Denna studie är förlagd på kraftvärmeverket i Sandviken, som producerar fjärrvärme och elektricitet. Anläggningen ägs av Sandviken Energi AB som är ett kommunalt energibolag med ansvar för infrastrukturen i Sandvikens kommun. Syftet med studien är att undersöka möjligheten att sänka halten av kväveoxider, NOx, som släpps ut med rökgaserna, samt att rena det kondensat som bildas när rökgaserna värmeväxlas. Det finns en stor vinning i att minska NOx-utsläppen ur ett miljöperspektiv, eftersom de orsakar försurning och andra problem i naturen. Tillvägagångssättet är att dosera extra ammoniak vid förbränningen. Vid höga temperaturer reagerar ammoniak med kväveoxiderna och utsläppen av dessa minskar. 90 % av ammoniakutsläppen kan sedan återvinnas med en ammoniakstripper för att även dessa ska hållas inom gränsvärdena. Möjligheten att använda det vatten som bildas då rökgaserna kondenserar undersöks också. Många anläggningar skulle teoretiskt sett kunna bli helt självförsörjande i sin vattenanvändning eftersom stora volymer bildas. Det som krävs är att kondensatet blir tillräckligt rent för att kunna användas i de industriella processerna. På kraftvärmeverket i Sandviken bildas 30 000 m3 kondensat per år. Det renas och släpps ut via avloppet. År 2016 köptes 21 700 m3 stadsvatten in och användes i produktion och kontor, och även om inte alla processer tekniskt går att ersätta med renat kondensat kan stora besparingar ändå göras. Den enskilda processen med störst potential är processvattnet till de två fastbränslepannorna. Vattenanvändningen till dessa är i genomsnitt 6 000 m3 per år. Det finns även ytterligare potentiella användningsområden för det renade kondensatet som kan öka möjligheten att genomföra en installation. Resultatet av utredningen är att en ammoniakstripper skulle möjliggöra att NOx-utsläppen minskade med 10 700 kg per år. Detta resulterar i en kostnadsbesparing på 536 000 SEK och en återbetalningstid på ca nio år. Om rökgaskondensatrening också installeras ökar investeringen, men besparingen kan i bästa fall bli 20 000 m3 vatten per år. Inköpskostnaden för vatten skulle då minska med 800 000 SEK och återbetalningstiden skulle kunna bli ca två år. 67 % av det kondensat som i dagsläget bara släpps ut kan istället användas.

Studiens syfte var att studera en ombyggnation av SNCR-anläggningen i Filbornaverket, enavfallseldad rosterpanna, på uppdrag av Öresundskraft Kraft & Värme AB. Anledningen var attse om en minskning av NOx-utsläpp var möjlig då det innebär en minskning av försurning avskog och mark. Naturvårdsverket har som mål att minska mängden NOx-utsläpp genom attanvända sig av ekonomiska styrmedel.Filbornaverket är en panna på cirka 60 MW fjärrvärmeeffekt och 18 MW eleffekt. Metodensom användes var en jämförande metod. Ombyggnationen ledde till en minskning av NOxutsläppunder perioden oktober till november 2018 på 5,45% jämfört med samma period2017. Detta innebar en årlig besparing på cirka 250 000 kr i minskade NOx-avgifter tillNaturvårdsverket för Öresundskraft Kraft & Värme AB. Mängden insprutad ammoniak blev igenomsnitt 4,73% lägre 2018 jämfört med 2017.
This study examined the reconstruction of the SNCR equipment in Filbornaverket, a wasteburning grate boiler, on behalf of Öresundskraft Kraft & Värme AB. The purpose was to see ifa reduction of NOx was possible. A reduction of NOx means a reduction in acidification offorest and land. Naturvårdsverkets goal is to reduce the amount of NOx by using economiccontrol means.Filbornaverket is a boiler of about 60 MW district heating power and 18 MW electrical power.A comparative method was used in this study. The reconstruction lead to a reduced amountof NOx during the period October to November 2018 of 5,45% compared to same period2017. This means an annual saving of around 250 000 kr in reduced NOx-fees toNaturvårdsverket for Öresundskraft Kraft & Värme AB. The amount of injected ammonia wasin average 4,73% lower during 2018 compared to 2017.

Denna fallstudie undersöker hur två marina system för rening av kväveoxider från rökgaser, EGR samt SCR, presterar med avseende på emissioner och ekonomi. En vanligt förekommande tvåtakt dieselmotor valdes att teoretiskt utrustas med respektive system där ett beräkningsprogram, CEAS, kunde användas för att genomföra beräkningar efter valda driftsförhållanden och därmed få ut relevant data. Med förbrukning av de för systemen erforderliga kemikalierna samt förbrukning av bränsle kunde kostnader beräknas efter inhämtande av priser. Med IMO:s Tier III-krav som mål kunde förhindrad mängd utsläppt NOX beräknas och med hjälp av bildad rökgasmängd vid användande med och utan system kunde en uppfattning fås om hur systemen påverkar fartygets emissioner. Beräkningar valdes att göras över en uppskattad livslängd för ett fartyg, 20 år. Vidare valdes de ekonomiska kostnaderna för systemen att slås samman med inköpspriset för systemen. Slutsatser som kunde tas från studien var bland annat att SCR är det system vars sammanräknade kostnad är lägst vid drift. EGR är en teknik som utöver att klara Tier III-kraven även medför en minskning av en del andra miljöförorenande ämnen. Studien antyder att EGR är det bättre systemet ur emission synpunkt och SCR är det bättre systemet sett till ekonomi.
This case study examines how two marine systems used for reduction of nitrogen oxides from exhaust gases, EGR and SCR, performs in terms of emissions and economic impact. A commonly used two-stroke diesel engine was chosen to be, in theory, equipped with each system. By using a calculation program, CEAS, calculations based on different running conditions were possible and thereby obtain relevant data. With the given consumption of chemicals for each system and the consumption of fuel, costs were able to be calculated after price data was retrieved. With IMO’s tier III regulation as the limit, the inhibited amount of released NOX could be calculated. By using data of produced amounts of exhaust gases, with and without the systems, an estimate could be made on how the systems affect the ship emissions. Calculations were based on an approximation of a vessels lifespan, 20 years. Furthermore, the economic cost for each system was added with the purchase price of each system. Conclusions that could be drawn from the study were, amongst other things, that SCR was the system with the lowest operational cost. EGR does, besides being able to manage the Tier III-requirement, also manage to reduce some other environmental hazardous substances. The study implies that EGR is the better system when viewed in terms of emissions and SCR is the better system when viewed in terms of economy.

Die Technologie der Emissionsminderung von Stickoxiden (NOx) am Dieselmotor mittels selektiver katalytischer Reduktion (SCR) wurde im Jahre 2004 erstmals im Nutzfahrzeugsegment und 2007 im PKW-Segment für die Serie eingeführt. Die damaligen, wie auch die heutigen SCR Systeme basieren größtenteils auf der Dosierung des flüssigen Reagenzmittels AdBlue® in Verbindung mit einem im Unterbodenbereich positionierten SCR Katalysator. Die Effizienz der NOx Emissionsminderung, die in der Regel mit solchen Systemen erzielt wird, genügt zur Erfüllung der heute geltenden Abgasnormen. Mit Inkrafttreten einer jeden neuen Abgasnorm ist jedoch von einer weiteren Verschärfung des Grenzwertes für die NOx Emissionen auszugehen. So wird beispielsweise mit dem Wechsel von Euro 5 auf Euro 6 im Jahre 2014 der Grenzwert für den PKW-Dieselmotor von 180 mg/km auf 80 mg/km heruntergesetzt. Dies erfordert für zukünftige Niedrig-Emissions-Fahrzeuge einerseits die Weiterentwicklung von innermotorischen Maßnahmen zur Senkung der NOx Rohemissionen und andererseits die Weiterentwicklung von Abgasnachbehandlungssystemen, wie dem SCR System. Generell bieten aktuelle SCR Systeme noch großes Potential zu einer Effizienzsteigerung. Ein Aspekt hierbei, ist der Wechsel des Reagenzmediums von flüssigem AdBlue® hin zu gasförmigem Ammoniak. Dies hätte unter anderem folgende Vorteile: die Möglichkeit zur Dosierung des Reagenzmittels bei geringeren Abgastemperaturen durch Entfall der notwendigen Verdampfung und der anschließenden Hydro- und Thermolysereaktionen und damit die Möglichkeit zur Nutzung der Niedertemperaturaktivität und der erhöhten NH3 Speicherfähigkeit des SCR Katalysators. Zusätzlich kann die Bildung von Ablagerungen vermieden werden. Ein weiterer Aspekt ist die Funktionsintegration von SCR Beschichtungen auf Dieselpartikelfiltern (DPF). Diese sogenannten SCRF Katalysatoren haben den Vorteil, dass sie anstelle des Dieselpartikelfilters in motornaher Position verbaut werden können. Der Katalysator würde nach einem Motorkaltstart wesentlich schneller seine Light-Off Temperatur erreichen und könnte früher NOx konvertieren. Ein sekundärer Effekt wäre, dass die Heat-Up Phase zum Aufheizen des Katalysators verkürzt werden könnte und sich somit zusätzliche Kraftstoffeinsparungen und die Reduzierung von CO2 Emissionen erzielen lassen. Die Motivation für diese Dissertation leitet sich aus den beschriebenen Nachteilen der aktuell im Feld befindlichen SCR Systemen und der Notwendigkeit mögliche Potentiale mit neuen Methoden nutzbar zu machen ab. Den Themenkomplex dieser Arbeit bilden daher die Entwicklungsmethodik und die detaillierte Systembetrachtung von innovativen Ansätzen für SCR Systeme der nächsten Generation basierend auf der gasförmigen Reagenzdosierung. Im Einzelnen umfasst dies in der ersten Phase die Analyse eines industriellen Prototypen für die gasförmige Ammoniak (NH3) Dosierung im Vergleich zur flüssigen AdBlue® Dosierung am Dieselmotor. Das gasförmige NH3 ist hierbei in der kristallinen Struktur eines Salzes (Strontiumchlorid) eingespeichert. Durch Wärmezufuhr desorbiert das NH3 und steht so für die Dosierung in das Abgasrohr zur Verfügung. Parallel hierzu wird ein eigenes Dosiersystem für die gasförmige NH3 Dosierung entwickelt und in Betrieb genommen. Bedingt durch die Versorgung mittels einer NH3 Gasflasche dient das System primär zur stationären Anwendung am Motorprüfstand. Im nächsten Schritt werden unterschiedliche Düsenkonzepte zur gasförmigen NH3 Dosierung bei Verwendung von Unterboden SCR Katalysatoren entworfen. Diese werden in Bezug auf ihre Eigenschaften zur Gleichverteilung untersucht und bewertet. Für die Durchführung der Untersuchungen im stationären und transienten Motorbetrieb wird eine Systemanwendung entwickelt, die ein gasförmiges und ein flüssiges Dosiersystems integriert. Zusätzlich ist eine open-loop und eine closed-loop Dosierstrategie appliziert. Dies ermöglicht den direkten Vergleich zwischen der flüssigen und gasförmigen Dosierung zur Identifikation von Systemunterschieden. In der zweiten Phase wird das theoretische Potential für die Steigerung der DeNOx Performance eines SCRF Systems am Dieselmotor analysiert. Für ein motornahes SCRF System ändern sich die Randbedingungen gänzlich gegenüber einem Unterboden SCR System. Bedingt durch die extrem kurze Mischstrecke für die Reagenzdosierung und die Vermischung mit dem Abgas von weniger als 10 cm sind speziell hierauf ausgelegte Düsen- und Mischkonzepte erforderlich. Im Rahmen der Arbeit werden unterschiedliche Geometrien für Injektor-Mischer-Kombinationen zur gasförmigen NH3 Dosierung entworfen und in der Computational Fluid Dynamics (CFD) Simulation in Bezug auf die Qualität der Gleichverteilung und dem Gegendruckverhalten bewertet. Die vielversprechendste Variante wird gefertigt und sowohl am Strömungsprüfstand als auch am Motorprüfstand mit einem industriellen Prototyp einer AdBlue® Injektor-Mischer-Kombinationen verglichen. Anschließend erfolgt eine Parameterstudie zur Bewertung des Einflusses ausgewählter Größen, wie dem Volumen, der Washcoatbeladung und dem Substrat auf die DeNOx Performance von SCRF Katalysatoren. Als besonderer Aspekt dieser Arbeit wird basierend auf den positiven Ergebnissen des SCR Systems am Dieselmotor die Entwicklungsmethodik auf ein weiteres überstöchiometrisches Verbrennungskonzept, dem magerbetriebenen Ottomotor, übertragen. Hierzu wird in der dritten Phase ein stöchiometrisch betriebener Serienottomotor mit Saugrohreinspritzung auf den Magerbetrieb rekalibriert. Dies erfolgt mittels Anpassung des Lambda- und Zündwinkelkennfeldes. Mit dem Ziel der größtmöglichen Kraftstoffeinsparung ist die Grenze der Rekalibrierung durch die Aufrechterhaltung einer stabilen Verbrennung bestimmt. Mit den neu applizierten Kennfeldern kann im NEDC ein absoluter Verbrauchsvorteil von bis zu 12 % herausgefahren werden. Nachteilig stellt sich hierbei die NOx Emission dar. Prinzip bedingt kann der Drei-Wege-Katalysator die Stickoxide bei hohen Sauerstoff-anteilen im Abgas nicht reduzieren. Aus diesem Grund kommt daher ein aktives Unterboden SCR System mit der eigens entwickelten gasförmigen NH3 Dosierung zum Einsatz. Die Ergebnisse der Messungen zeigen, dass für den effektiven Betrieb eines aktiven SCR Systems am untersuchten Mager-Ottomotor die sich einstellenden Nachteile überwiegen. Im Einzelnen können für den Prüfstandmotor folgende Effekte nachgewiesen werden: der eigentliche Temperaturvorteil des ottomotorischen Abgases fällt im Magerbetrieb geringer aus als erwartet, das NO2/NOx Verhältnis liegt weit unter dem Niveau des Dieselmotors und lässt sich durch Oxidationsreaktionen über den Drei-Wege-Katalysator nicht ausreichend steigern. Der erforderliche SCR Katalysator bedarf aufgrund der erhöhten NOx Konzentrationen im Abgas ein weitaus größeres Volumen als für vergleichbare Dieselanwendungen. Als alternativen Anwendungsfall, im Rahmen der Methodenentwicklung, wird das Anwendungsspektrum um die Funktionalität eines Passiv SCR Systems erweitert. Ziel ist es, die NH3 bildende Eigenschaft des Drei-Wege-Katalysators zu nutzen. Es werden die Einflussparameter auf die NH3 Formierung analysiert und basierend hierauf eine Betriebsstrategie entwickelt. Durch einen gesteuerten Wechsel zwischen Mager- und Fettbetrieb sollen die emittierten Stickoxide reduziert werden. Das Funktionsprinzip ist vergleichbar mit NOx Speicherkatalysator Systemen. Der Unterschied ist jedoch, dass beim Passiv SCR System NH3 im Fettbetrieb generiert und für die Magerphasen im SCR Katalysator eingespeichert wird. Im Stichversuch am Beispiel des NEDC kann nachgewiesen werden, dass auf diese Weise hinreichend viel Reagenz gebildet wird. Der sich einstellende relative Verbrauchsnachteil liegt bei ca. 2,5-3 % und liegt somit auf einem vergleichbaren Niveau zu Betriebsstrategien mit NOx Speicherkatalysatoren. Die in dieser Dissertation entwickelte Methode ermöglichen die NOx Minderung mittels selektiver katalytischer Reduktion mit gasförmiger NH3 Dosierung sowohl am Dieselmotor mit Unterboden SCR Katalysator als auch mit motornahem SCRF Katalysator. Zudem kann die Methode auch als Basis für die Anwendung von aktiven und passiven SCR Systemen bei magerbetriebenen Ottomotoren genutzt werden.